铝合金焊接技术的研究现状及发展趋势

曲 瑞王 洋

（1.沈阳盛达因机电设备有限公司，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳蒙塔萨汽车零部件有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1 铝合金焊接技术的研究现状

1.1 传统焊接技术

铝合金的传统焊接技术包括TIG焊、MIG焊、等离子弧焊等。这些技术的焊接工艺已经比较成熟，现阶段的研究重点在于改善与创新。1998年由肯塔基大学的机器人及制造系统中心和美国国家科技基金资助而研制的双焊枪TIG焊，可以不用填充焊丝，并能增加熔深；芬兰Kemppi公司2001年在市场上推出的一款全数字化脉冲 (doublepulse)MIG焊机KemppiproEvolution，使得送丝速度与脉冲频率相适应从而提高焊接质量；美国航空航天管理局 (NANA)对变极性进行了大量的研究，成功研制了以变极性等离子弧焊工艺 (VPPAW)为核心的焊接技术和相应的设备，并成功地实现了厚板铝合金构件的焊接。

1.2 高能束焊

电子束焊，激光焊都是高能量束焊，其显著特点是焊接能量大，焊缝深宽比高，焊接速度快，但是也存在一定的缺陷。Guitterz，L.A和Belforte，D.A等人用激光焊接铝合金时发现铝合金对能量反射较大，吸收效率不高；乌克兰的邦达列夫将铝合金电子束焊接时焊缝常见缺陷分为以下几种裂纹、气孔、未焊透、焊缝成型变化，特殊缺陷，并把电子束焊接过程中合金元素的汽化损失归于特殊缺陷；台湾中山大学黄儒瑛在铝基复合材料的电子束焊接时发现合金由于成分挥发散失，使合金基材无法产生足够的强化相Mg2Si，从而导致复材的强度降低。

1.3 固相焊接技术

在实际生产中，固相焊接技术已经用于许多铝合金的焊接中。RolfLarsson等人对6XXX系铝合金进行了搅拌摩擦焊，发现可焊的厚度最薄达到了1.5mm，而最厚可达5Omm；Rhodes发现7075-T6铝合金接头焊核区中精细的等轴晶被大角度晶界分隔；Y.Huang等研究了不同的工艺参数对7075铝合金在真空室中进行扩散焊的影响，得到了最佳的工艺参数：温度是 510～520℃，压力是 2.5～3.8MPa，时间是 90～120min。

2 铝合金焊接技术的发展

2.1 激光焊接技术

随着科技的发展，激光在很多领域得到了非常广泛的应用，在铝合金焊接领域的应用也越来越广泛，激光焊接技术是在激光加工工艺发展的基础上产生的一种新型焊接技术，在金属焊接特别是铝合金焊接领域得到了非常广泛的应用，在使用激光焊接技术进行铝合金焊接时，根据功率的不同还产生了很多种改变，不同类型的激光焊技术在焊接时也有不同的要求。但是不论采取哪种激光焊接技术进行铝合金的焊接，铝合金都能够随着激光束的变化不断熔化，从而把铝合金材料焊接在一起。激光焊接技术和传统的TIG焊接技术以及MIG焊接技术相比，焊接时的能量非常大，不会对铝合金的质量产生影响，能够根据铝合金材料的不同选择合适的激光焊接工艺。

2.2 激光—电弧复合焊接技术

顾名思义，激光—电弧复合焊接技术指的就是把激光焊接技术和电弧焊接技术相结合而形成的新型焊接技术，在使用激光—电弧复合焊接技术进行铝合金焊接时，能够综合激光焊接技术和电弧焊接技术的优势，使二者在铝合金焊接过程中优势互补，弥补各自在铝合金焊接中的不足之处，解决铝合金焊接过程中容易产生的问题，是一种新型的现代化铝合金焊接技术，在铝合金焊接方面得到了越来越广泛的应用。

2.3 双枪TIG焊

双焊枪TIG焊（ODT-TIG）是用两把焊枪对工件的两个相对面同时焊接，两焊枪都接在同一个电源上，二次线的正负极分别接上一把TIG焊枪而工件不接电极。焊接时，采用恒定的方波交流电流，2把焊枪正对着，分别指向工件正反两面，不仅双面成形而且一部分电流从一把焊枪通过工件传到另一把焊枪，再回到电源。这种电流的流动使得电弧更加集中，熔深增加，减少厚板的焊接层数。同时还由于降低了热输入，使HAZ范围减少，裂纹出现率降低，焊后变形小。此外，此焊接法不需要使用填充焊丝，因此不会使合金成分发生很大的改变，提高了焊缝质量而且降低了生产成本。Y.M.ZHANG和S.B.ZHANG用此法对6061铝合金进行了焊接，对于9.5毫米厚的铝板可以在不预热的情况下，仅用150A电流和焊接速度为2mm/s单道焊就可以充分焊透。与传统的交流TIG焊相比，双枪TIG焊不仅可以简化焊接工艺、节省能量而且其焊缝强度和延展性都高于普通的交流TIG焊。

2.4 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，它利用一种特殊形状的搅拌工具，旋转着插入被焊工件，然后沿着焊缝运动，通过搅拌工具的轴肩与材料摩擦产生热量，使焊材加热到塑性状态，通过塑性变形，破坏接合面的氧化膜和金属晶粒，使得处于热塑性状态的金属在焊接区域转移过渡，经过轴肩挤压塑性金属而形成焊接接头。

3 结语

焊接技术作为铝合金在工业领域中扩大应用范围的关键技术之一，必然会得到进一步的发展。虽然传统的钨极惰性气体保护电弧焊、熔化极惰性气体保护电弧焊在铝合金焊接中占主导地位，但是随着复合焊和搅拌摩擦焊等新工艺的成熟，必将取代传统的TIG焊和MIG焊。此外，激光束焊和电子束焊在高质量高要求的铝合金产品生产部门也会应用得越来越广泛。