焊接工藝對鋁材加工的應用

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摘要：伴隨社會經濟的快速發展，鋁合金行業也在迅猛發展，鋁材有著更為廣泛的應用。隨著時代的不斷發展以及科學技術的日益創新，人們對鋁材加工技術特別是焊接工藝提出了更高的要求?，F代化焊接工藝在鋁材加工過程中的應用，有利于大大提高鋁材加工的效率和質量，基于此，本文就焊接工藝在鋁材加工中的應用進行深入地研究。

關鍵詞：焊接工藝；鋁合金；加工；應用

鋁合金屬于輕金屬材料范疇，因為其具備較強的耐腐蝕性、優良的熱導性和電導性、高比強度和比模量等眾多優勢，不但在航空航天領域內有著大量應用，同時還是輕型轎車、汽車以及現代高速列車等諸多產品不可或缺的生產材料。伴隨現代科技的迅速發展，鋁材加工的焊接工藝日趨多樣化。當前，在鋁材加工過程中常用的焊接工藝主要有MIG、激光焊接、攪拌摩擦焊以及電子束焊接等等。

1鋁合金焊接概述

所謂“鋁合金焊接”，主要指的是對鋁合金材料進行焊接的過程。鋁合金，具有輕質量與高強度的特征；常用的焊接方法是自動MIG焊與手工MIG焊兩種，以上兩種方法所使用的焊接裝置、保護氣體、焊絲以及母材等都是不同的。對于鋁合金的加工及保存而言，應確保有“防水、防塵、干燥”環境；環境溫度往往需超過5℃、濕度應小于70%，過高的濕度通常會顯著加大焊縫出現氣孔的概率，進而對鋁材加工的焊接質量造成巨大的負面影響。此外，空氣的不斷流通可能會對氣體保護產生影響，進而形成焊接氣孔；對于此現象，可以加裝擋風板來防止室內穿堂風造成的影響。在開展鋁合金焊接作業時，應當注重采取以下幾種防護舉措：第一，在焊接作業開始前采取化學或者機械形式將焊絲外表以及工件四周的氧化物清理干凈；第二，在焊接環節應當使用符合要求的保護氣體來加以保護；第三，在氣焊過程中使用熔劑，在焊接時持續以焊絲挑破熔池外表形成的氧化膜。

2鋁合金的焊接性

在鋁合金焊接凝固的過程中，熔池當中的氣體由于無法及時向外逸出而比較容易會產生氣孔。當鋁合金完全暴露于空氣當中時，其表面會在很短時間內產生較高熔點的氧化膜(A12O3)，其熔點大約是2050℃，遠遠超過鋁（熔點約為660℃）及鋁合金（熔點約為560℃）的熔點；在焊接過程中，難以熔化的氧化膜則會對母材與填充金屬的熔合產生影響，造成氧化物中出現夾渣。在對鋁合金進行焊接時，熔池金屬的顏色并未發生任何改變，極易引起塌陷或者焊穿問題。鋁合金散熱速度快、熱導率較大，在焊接過程中需消耗大量的熱量。在對厚板進行焊接時，通常都應對焊接部位展開預熱。當處于熔化狀態的鋁合金完全結晶凝固以后，其體積可能會減少6%左右。因此形成的收縮應力或許會造成出現焊接裂縫以及工件形變。針對進行熱處理后的鋁合金，因為焊頭通過了比較大的熱循環，焊頭的熱影響區強度則會有較大程度的降低，其抗拉強度往往會下降30%~40%。

3焊接工藝在鋁材加工中的應用

3.1MIG焊接工藝在鋁材加工中的應用

現階段，可應用于鋁材加工的MIG焊接方法有很多，比如：第一，直流MIG焊。在鋁材加工過程中應用直流MIG焊方法，保持電源輸出電流的方向和大小不發生變化，現階段的應用相對偏少。第二，直流脈沖MIG焊。又可稱作“脈沖MIG焊”，在鋁材加工時，選擇周期性改變的脈沖電流進行焊接，能夠對焊接熱輸入和熔滴過渡等加以高效調控，目前有著較多的應用。第三，直流雙脈沖MIG焊。其主要有雙脈沖加等速送絲和單脈沖加低頻脈沖送絲兩種送絲方式，前者送絲比較簡單、后者送絲較為繁雜。雙脈沖MIG焊，通過低頻脈沖調整滴過渡的高頻脈沖（低頻的范圍是0.5Hz~50Hz、高頻的范圍是50Hz~300Hz），借此以取得周期性改變的強弱脈沖群。在鋁材加工過程中應用該焊接工藝，得到的焊縫外觀呈魚鱗狀，可有效控制氣孔出現的幾率。相較于鋁合金MIG焊工藝，雙脈沖MIG焊在鋁材加工中的運用有著較為明顯的優勢，其大大拓寬了電流的應用范圍；能夠對熔池尺寸以及熔滴過渡等進行有效控制，達到全方位的焊接；能夠有效調整熱輸入量，增強焊頭的質量；能夠得到美觀的焊縫；能夠增大焊頭間的縫隙（最大縫隙可以達到3mm）；能夠使裂紋的敏感性有較大幅度的下降；能夠提高熔透能力，有利于中厚材料的焊接。雙脈沖MIG焊在鋁材加工中應用的基本原理如下：①熔池攪拌。在雙脈沖MIG焊運用過程中，電弧不僅可以傳遞物質和供應熱能，而且還具備較強的剛性，可以在熔池內進行攪拌，相較于傳統脈沖MIG焊方法，可以獲得更好的攪拌效果，能夠對細化晶粒和粗晶進行破碎，加快氣體的排出速度，大大加強焊接接頭的性能。②熔滴沖擊。在鋁材加工過程中應用雙脈沖MIG焊工藝時，熔化后的焊絲通過射滴（亞射滴）形式過渡到熔池內，熔滴包含有很多的動能和熱能，從而對熔池產生沖擊，增強攪拌效果，進而加強焊接接頭的性能。③雙脈沖協同強化。相較于傳統脈沖MIG焊方法，雙脈沖下強弱脈沖群呈周期性改變趨勢，二者共同作用能夠在很大程度上加強熔池攪拌的效果，借此以得到更加強的熔透能力。④低頻誘發熔池共振。雙脈沖MIG焊接工藝的頻率比較低，而熔池本身的振動頻率也是非常低的，所以在鋁材加工焊接作業過程中，熔池極易產生共振作用，從而不斷加強焊接質量。

3.2激光焊接工藝在鋁材加工中的應用

3.2.1雙光束激光焊所謂“雙光束激光焊”，主要指的是兩束激光共同對焊件外表產生作用的焊接工藝。其實現途徑主要有以下兩種：第一，用兩臺單獨運行的激光器實施耦合；第二，以分光系統將單束激光分解成兩束光。在使用雙光束激光焊時，兩光點有3種不同的排列形式。在光點連線與焊接方向相平行時，呈串行排列；與焊接方向相垂直時，呈并行排列；除此以外，還能夠與焊接方向成特定的角度。在光點并行排列的時候，焊縫的寬度與串行排列相比大10%，可適當減少對裝配的需求。3.2.2激光填絲焊激光填絲焊，不僅具備傳統激光焊工藝的優勢，還能夠優化焊縫成形、降低裝配要求、提高冶金性能、加強力學性能以及避免出現熱裂紋等等，進而能夠有效拓寬激光焊工藝的運用范疇，更加適用于鋁材加工的焊接。此方法的核心技術就是處理好焊絲的送進裝置及送進形式等問題，為確保焊絲長期處在激光光斑的照射下，焊絲應當具備較強的指向性及剛直性，此對于送絲機構的校直作用有著更加嚴格的要求；除此以外，還需要采用手段對光致等離子體進行調控。3.2.3激光+電弧復合焊激光+電弧復合熱源將電弧與激光這兩類完全不同的能量傳輸機制、物理機制的熱源相互結合起來，并且對工件的相同部位產生作用，熱源的互相強化和互相作用以形成“協同效應”，可以得到“1+1>2”的效果，具備高效率、大熔深以及強搭橋力等諸多特征，是近幾年內迅猛發展的焊接效率較高的工藝，已成為鋁材加工激光焊接的主要研究方向。按照電弧與激光所處空間位置的差異，激光+電弧復合焊可劃分成旁軸復合與同軸復合兩種形式?，F階段的研究大都采取旁軸復合形式，此形式較為簡單、便利，然而其工藝參數較為繁雜，對于焊接空間有著極高的要求，同時電弧與激光成特定角度會造成熱源作用的不對稱性；同軸復合則不會出現以上問題，然而其對于焊接設備有著嚴格的設計要求。激光+電弧復合焊發展初期應用的激光功率偏小，主要是通過激光對電弧進行壓縮、增強或者誘導，電弧是必不可少的成形要素。當前，大功率激光器有著廣泛的運用，激光漸漸占據著焊縫成形的主導地位，電弧主要發揮合金元素過渡、激光吸收率提升等各類作用。

3.3攪拌摩擦焊工藝在鋁材加工中的應用

攪拌摩擦焊，具有環保、綠色、成本低、質量高等眾多特征，是激光焊接后出現的新型焊接工藝。攪拌摩擦焊的出現及不斷發展，引起了全球各國焊接行業的高度重視；相較于以往的熔化焊接方式，攪拌摩擦焊有著熔化焊難以企及的優勢：在焊接作業時并未滿足材料的熔點要求，如此就不會產生裂紋或者氣孔等問題；不會形成輻射、煙塵或者飛濺等現象，不會對焊接人員的身體健康造成影響；無需添加焊絲，可大幅減少焊接費用。因為其具有諸多優勢，攪拌摩擦焊工藝可應用于鎂、鋁等輕質合金，特別適用于7XXX系列（Al-Zn）合金、2XXX系列（Al-Cu）合金，同樣可應用于鋼合金、鈦合金、鎂合金以及銅合金等合金的焊接。攪拌摩擦焊工藝在鋁材加工中應用的基本原理如下：攪拌摩擦焊選擇旋轉速度較快的、外觀獨特的攪拌頭用作焊接工具，在剛開始焊接時將處于高速旋轉狀態的攪拌頭以特定的下插速率插入到2塊試板的連接縫隙當中，在插入到事先設置好的深度時（也就是攪拌頭的軸肩和工件的外表無縫接觸），通常會停留0.2s，攪拌頭順著焊接的方向進行旋轉運動。軸肩和工件外表摩擦形成的熱量與攪拌針攪拌形成的熱量使得焊縫溫度有所提高，接頭金屬充分塑性軟化，軟化后的金屬跟隨攪拌頭的運動而不斷移動，產生持續性的塑性流，塑性流里面的金屬與塑性流觸碰的部分金屬因為軟化情況的差異，將會形成程度完全不同的塑性變性能。攪拌頭將發生塑性形變的材料填充攪拌頭后側的空腔，同時在攪拌頭軸肩和攪拌針攪拌、擠壓的共同作用下以達到材料的連接。

4結論

綜上所述，要想加強鋁材加工的效率和質量，則應采用更加先進的焊接工藝和方法。近幾年內，伴隨科學技術的日益創新發展，MIG焊、激光焊以及攪拌摩擦焊等相對先進的焊接工藝，在鋁材加工行業有著愈來愈廣泛的應用。在鋁材加工焊接工藝日益完善的背景下，鋁合金材料將會滲透到各行各業當中；反過來，各行各業不斷增長的訴求同樣必定會推動鋁材加工焊接工藝的不斷創新。當前，傳統MIG焊和TIG焊裝置得益于計算機技術的發展而有較大幅度的提升。相較于熔化焊接工藝，攪拌摩擦焊可以有效防止鋁材加工過程中產生各類缺陷，可以形成性能較強的接頭；以往焊接性能相對偏低的中高強度鋁材，使用攪拌摩擦焊則可得到強性能的接頭。

參考文獻

[1]郭必永，李樸.鋁合金的焊接工藝和生產應用[J].科技風，2013（22）：86.

[2]吳水龍.鋁合金焊接加工工藝及焊接裂紋的防止措施[J].中國新技術新產品，2010（18）：191.

[3]鄭崇林.淺談鋁材的焊接方法[J].農技服務，2014（03）：174-175.

作者：鄒超 郝先芃 單位：龍口市叢林鋁材有限公司技術部