先进材料的焊接

第一篇：先进材料的焊接

Ti-Al金属间化合物焊接性分析

摘要：TiAl合金具有低密度、高比强度、高比刚度、良好的高温力学性能和优异的抗氧化性能等优点，是未来应用于航空、航天飞行器热端部件的理想候选材料。相比于传统应用的Ni基高温合金，TiAl合金的部分取代能够显著减轻飞行器的重量，提高其飞行及发射效率。因此，研究TiAl合金与Ni基高温合金的连接对于TiAl合金在航空航天、武器制造等领域的广泛应用具有非常重要的意义。文主要介绍了Ni-Al金属间化合物在钎焊、搅拌摩擦焊、电子束焊焊接性的分析。Ti-Al金属间化合物钎焊焊接性分析

1.1 TiAl与Ni基合金接触反应钎焊性[1] 以Ti为中间层实现了TiAl与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析，并对接头剪切强度进行测试。结果表明：当钎焊温度为960℃时，钎缝主要由Ti。和Ti2Ni组成；当钎焊温度从960℃升高到1000℃时，钎缝中生成Ti—Al及A1一Ni—Ti化合物，典型界面结构为：GH99／(Ni，Cr)。／Ti2Ni+A1Ni2Ti+TiNi／Ti3A1+A13NiTi2／Ti3Al+A13NiTi2／TiAl；钎焊温度继续升高，Ti3Al和A13NiTi2变得粗大，导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃，保温10min时，接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高，钎缝厚度先增加后减小

1)采用Ti作中间层，可以实现TiAI合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接。

2)当钎焊温度为960℃时，钎缝主要由Tiss+Ti2Ni组成，随着钎焊温度的升高，进入钎缝中的Al原子增多，开始生成Ti．Al及Al—Ni—Ti的化合物。当钎焊温度为1000℃，保温10rain时，钎焊接头的典型界面组织结构为：GH99／(Ni，Cr)。／Ti2Ni+A1Ni2Ti+TiNi／Ti3AI+A13NiTi2／Ti3A1+A13NiTi2／TiAl。此外，随着钎焊温度的升高，钎缝厚度先增加后减小。

3)在所选的试验参数范围内，随着钎焊温度的升高接头的剪切强度先升高后降低，当钎焊温度为1000℃，保温10min时，接头的剪切强度值最高，达到233MPa。

4)接头的界面反应过程分为4个阶段：固相扩散及反应阶段、液相产生阶段、等温凝固阶段和残余液相凝固析出阶段。

1.2 TiAI合金与42CrMo钢钎焊接分析[2] 在1143～1213K、120～1500s参数范围内以Ag．Cu—Ti箔为钎料对TiAI合金与42CrMo钢进行了真空钎焊试验。采用光学显微镜、扫描电镜、元素面扫描和能谱分析等方法对界面组织进行了分析，测量了界面反应层厚度。分祈了界面反应层的形成过程及受控因素，计算了反应层成长的动力学参数。结果表明，接头界面反应层包括靠近TiAl合金的A1CuTi+Ti3AI层、AICu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层，其成长活化能分别为324.97、207.97、338.03kJ/mol。TiAl合金与钎科的界面反应层受控于液态钎料中的Cu元素，成长较快；42CrMo钢与钎料间的TiC层受控于固态钢中C元素，成长较慢。脆性反应层A1CuTi+Ti3A1层厚度为3.3um时接头强度最高，脆性层厚度继续增大，接头强度显著下降。

1)TiAl／Ag-Cu／Ti／Ag—Cu／42CrMo钎焊接头界面反应层包括：靠近TiAI合金的Ti3AI+AICuTi层、A1Cu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层。

2)AICu2Ti反应层依附于TiAl合金母材形成并长大，Ti、A1的扩散路径相对较短，液态钎料合金又可以源源不断地提供Cu，长大速度相对较大；A1CuTi+Ti3A1反应层的成长受制于Cu原子在固相A1Cu2Ti中的扩散，因而长大速度相对较小；TiC的生长受控于来自固态42CrMo钢中的C元素，因此，TiC的生成速度相对很小，反应层的厚度也一直很小。

3)计算得到TiAl／AgCuTi／42CrMo钎焊接头界面TiC、A1Cu2Ti和Ti3AI+A1CuTi反应层成长的动力学参数，基于试验测量的数据，采用数学拟合的方法得出头强度最好；超过4gm时接头力学性能显著下降。Ti-Al金属间化合物摩擦焊焊接性分析

2.1 Ti-Al金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊焊接性分析[3] 焊接接头的宏观形态表明见图1,TiAl的宏观变形程度小于NiCr20TiAl，飞边较小；NiCr20TiAl一侧变形较大，相应的飞边也较大。表明在焊接温度下的高温强度远大于。(1)TiAl与NiCr20TiAl摩擦焊接优化工艺规范为：Pf为3.6MPa,Pd为5.22,tf为4.5s，td为5.0s;接头拉伸强度可达到390MPa以上；

(2)在摩擦焊接过程热力耦合的作用下，界面近区均发生了动态再结晶，并形成细晶层，而TiAl侧的变形程度较低。

(3)TiAl和NiCr20TiAl主要合金元素在界面两侧的小幅扩散，是其实现固态连接的主因;尤其在界面区未见脆性相生成，表明采用摩擦焊接技术连接TiAl与NiCr20TiAl是可行的。

图1 TiAl-NiCr20TiAl摩擦焊接头宏观形貌 3 Ti-Al金属间化合物电子束焊焊接性分析

3.1金属间化合物Ni3Al材料电子束焊[4] 定向凝固Ni3AI基高温台金电子柬焊琏中所产生的裂纹有宏观裂纹，此外微观裂纹均在熔台线附近沿晶界开裂，在显微镜下观察时，可以发现具有晶间破坏的特征，在有些焊缝的断面上发现有氧化，说明裂纹是在高温下产生的，因此，分析该裂纹为热裂纹。产生热裂纹的因素是复杂的，是多方面的，但概括起来，主要是冶金因素和应力因素，二者之间既有内在的联系，又有各自独立的变化规律。但就具体的焊接件而言，产生热裂纹往往是冶金因素和应力因素共同作用的结果。

(1)定向凝固Ni3Al基高温合垒电子柬焊缝易产生热裂纹，目前尚不能完全消除。

(2)在定向凝固Ni3A1基商温台盒电子柬焊接时，增大电子柬加速电压、提高焊接速度，并采用聚焦焊接等方法，可以减少焊箍产生热裂纹。(3)由于定向凝固N3Al基高温台金为一种新登材料，要彻底消除熔焊焊缝中热裂纹的产生。言先捌在不降低其原有的性能的弼时，改进材料的焊接性I其次，在定向凝固Ni，AI基高温合金电子柬焊缝中蔼加第三种金属，以减少热裂纹的产生．添加第三种童属的厚度和成分还有待进一步试验、研究。参考文献

李海新，林铁松，何鹏，王显军，冯吉才.TiAI与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能.稀有金属材料与工程,2012.11.李玉龙，冯吉才，何鹏，杨瑾.TiAI合金与42CrMo钢钎焊接头界面反应层成长及其对力学性能的影响.稀有金属材料与工程.2012.10.王忠平，钟燕，张立军，周正航等Ti-Al金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊接分析.电焊机,2004.9.毛智勇，左从进.金属间化合物Ni。Al材料电子束焊接性研究.材料工程.2001.

第二篇：焊接先进班组

先进班组总结

冬风乱舞，瑞雪纷飞，天气在渐渐变冷，2011年即将过去，新的一年即将开始。我们所在的伊犁南岗化工年产12万吨PVC联合化工项目工程是我们六公司在新疆重要的战地，在这一年的工作中我们收获颇丰，随着工程的不断进展，在于队的带领下，我们焊接班组在这一年里取得了非常优越的成绩。

我们十一队在此PVC工程中主要负责聚合、干燥、供料回收、压缩、精馏、尾气净化、空压制氮及冷冻、单体储存、转化和提氢各车间的设备安装及供料回收、精馏、空压制氮及冷冻等部分车间的钢结构安装。现如今我们焊接小组已经完成230吨钢结构的预制焊接安装，并配合吊装小组安装大小设备近80台。在整个施工过程中我们虽然面对重重困难，层层挑战，但是我们迎难而上，勇敢面对！在于队的领导下，我们焊接班组用最短的时间取得了最大的效益，拿到了最好的成绩。

一个班组的发展是具有多面性的，而基础工作十分重要的也是非常必要的，因为基础工作包含好多内容，基础工作做的好不好会直接影响到班组的凝聚力，质量，安全等工作的完成。一个班组是否有活力，有竞争力，首先是看班组的凝聚力，因为只有具有了凝聚力整个班组才会具有战斗力，而这个凝聚力体现是全体人员有一个共同的奋斗目标，有一个核心的人，并且由核心的人带领大家共同为实现这个目标。班组长就是这里的核心人物。我们的班组长作为一个班组长，特别是施工一线的班组长他深刻地知道他的责任的重大，因为焊接施工一线的工作是要靠他来安排部署的，而他深知在大家眼里他就是个排头兵，他的一言一行直接或间接的都会对大家产生影响，所以他在日常的工作中是十分的注意的，即使自己有心烦的事他也会注意自己的言行，尽量不会让他的情绪让大家看出来以免影响到大家。质量、安全工作是也是一个班组的工作重点，是我们时时刻刻都注意的，因为钢结构的焊接、吊装及设备的焊接、吊装，好多都是高空作业，比较危险。所在的工作环境比较复杂，而接触的大多数都是重型设备，钢铁物件，如各种各样的设备及钢结构和钢筋等。一旦出现事故后果是十分严重的，平时空闲的时间班组长就给大家讲解安全问题，分析各种安全事故以及产生的原因，避免事故发生的方法。发现一但有违章的行为立即给予纠正，并且告诉其违章有可能带来的后果。在施工过程中要把现场情况考虑全面，并且仔细复查，稍有疏忽就会造成事故的发生，这是大家都不愿看到的。

焊接班组是我们安装十一队的重要班组，焊接组成员经常在施工前就要认真考虑施工过程中可能会出现的问题，以及各种问题的解决方法，尽可能的做到未雨绸缪，并且早发现问题早解决，提前做好施工方案，做好一切前期准备工作，这样就能提高施工效率，以避免窝工和浪费材料和人工的现象出现，也能提高焊接施工的安全系数。例如：精馏车间由于设备安装工程的需要，该车间的钢结构平台及室外钢梯必须最短时间内施工并完成。焊接施工难度大，施工工期紧，于是经过十一队领导和技术员研究决定，成立焊接攻坚小组，对此工程发起一场攻坚战。焊接组艰苦奋斗，不怕困难，迎难而上。克服现场高空作业严寒酷冷环境，加班加点，在保证员工的安全和焊接的质量前提下和时间赛跑，抢工期，抢进度，经过焊接攻坚小组近10天的紧张施工，最终将该工程在项目部和业主规定的时间内焊接安装完毕，为设备安装工程创造了有利的施工条件，保证了施工正常进度。因此我们焊接小组得到了项目部表扬与业主的一致好评。

总之在即将过去的一年里，在全体班组员工的共同努力下，我们圆满的完成了公司交给我们的焊接任务，我想这就得意于我们的班组基础工作做的比较好，具有一定的战斗力，在明年的工作中我们将继续发挥长处，克服缺点，提高我们的焊接技能、改进我们的工作方法，将所有焊接项目做好，我们要为公司取得更大的利益而努力，为六公司的发展而奋斗，我相信六公司的明天会更加辉煌！

。。。焊接组

2011年12月8日

第三篇：焊接熟练工先进事迹材料

焊接熟练工先进事迹材料作为一名焊接熟练工，刘丰昌在**车间从事焊接工作期间，兢兢业业，不多言，不多事，服从分配，勤奋好学，掌握了一手过硬的焊接技术，熟悉了焊接流程和要领，成为车间的技术骨干和操作能手，配合团队圆满完成各项生产任务，并保持较高的探伤合格率，为工程进度的顺利进行贡献了不可磨灭的贡献。该员工工作态度端正，坚守岗位，认真负责，出色完成自己任务的同时，积极协助同事，在团队中带起了一股传帮带的良好氛围，使整个焊接团队拧成一股绳，效率明显提高。刘丰昌在工作中能过认真对待每一项工作，热心为大家服务，越是困难的地方，越能迎难而上。该员工遵守劳动纪律，保证按时出勤，出勤率高，有效利用工作时间，保证工作按时完成，工作质量优秀，效率高，是团队中优秀的骨干人才。

1、个人能力强，技术突出。作为一名熟练焊接工，刘丰昌凭借出色的技术，在焊接工作中能够出色的完成了各项生产任务，焊缝美观，合格率高，有效的保证了工程进度的顺利开展。

2、具有良好的团队精神。

第四篇：先进焊接技术作业

铝板/镀锌钢板的CMT焊接技术

1.CMT焊接技术基本原理

Fronius公司CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡技术是在MIG/MAG焊基础上开发的一种革新技术。第一次将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调。当焊机的DSP处理器监测到一个熔滴短路信号。就会反馈给送丝机构，并回抽焊丝帮助熔滴脱落，使熔滴过渡在几乎无电流的状态下进行。整个焊接过程实现“热-冷-热”交替转换，每秒钟转换达70次。焊接热输入大幅降低，可实现0.3mm以上薄板的无飞溅、高质量的MIG/MAG熔焊和MIG钎焊[1]。

在用CMT 焊接镀锌钢板与铝的研究中，CMT可以很好的控制脆性金属间化合物的厚度，保证接头的力学性能。在焊接铝与镀锌钢板时减少锌层的蒸发，保证了材料的抗腐蚀性。除此之外，CMT有非常好的适应性，不必像TIG一样对装配精度要求极高。再加上一元化的专家库系统，使它特别适用于自动焊[2]。

CMT技术的创新之处在于将焊丝的运动与熔滴过渡结合起来，使得CMT熔滴过渡的电压电流区间更低，对焊接技术的发展做出了重大的贡献。与STT法、脉动送丝法等低飞溅焊接的电压电流波形相比较，CMT技术具有十分明显的优势，熔滴过渡和送丝运动相结合的精细化、微机化、智能化精确控制是未来电焊机发展的必然发展趋势。在生产中推广低飞溅CMT焊接方法对降低产品生产的成本将具有重要的意义，具有广阔的应用前景[3]。

CMT技术是将送丝过程和熔滴过渡过程进行了数字化的协调，电弧点燃后，熔滴生成、长大，同时焊丝前送，焊机的数字信号处理器（DPS）监测电弧建立的开始时间，并逐渐降低焊接电流。某一瞬间，熔滴接触熔池会产生短路，电弧熄灭之后，电流降低且接近零。当短路信号被焊机的数字信号处理器检测到时，它会将短路信号反馈给送丝机，送丝机将会迅速响应进行焊丝回抽，从而迫使熔滴从焊丝端头脱落，熔滴在无电流状态下进行过渡，在送丝惯性力和表面张力作用下进入熔池。在熔滴从焊丝上滴落后，焊接电流通过数字控制系统再次被提高，焊接电弧重新被生成，并将焊丝向前送出，开始新一轮的焊接过程。

2.CMT焊接技术工艺特点

从形式上看CMT工艺的熔滴过渡是一种特殊的短路过渡过程。与传统的熔化极气体保护焊（GMAW）相比有3个明显的不同之处：（1）电压和电流几乎为零在熔滴过渡短路时。CMT焊接系统在数字化控制时，会独自本能的监控短路过渡的过程，在熔滴过渡短路时，电流被电源将降至非常低，热输入量几乎没有了，整个熔滴过渡过程就是高频率的“ 热一冷一热” 交替的过程，热输入量在很大程度上被降低。

（2）第一次将熔滴过渡过程和焊丝运动相结合。当使用CMT技术工艺时，焊丝的送进/回抽动作会一定程度上影响焊接过程。也就是说，熔滴的过渡过程是通过送丝运动变化来控制的焊丝的“前送/回抽”频率可高达70次/秒。与普通的GMAW焊相比，它实现了闭环控制，这是其重大的创新之处。

（3）熔滴脱落在一定程度上是由于焊丝的回抽。在熔滴过渡时，焊接电流十分的低，但熔滴的脱落一样被焊丝的机械式回抽运动所实现，一定程度上，并且避免了普通短路过渡方式所形成的飞溅。摆脱了以往STT法单纯靠控制脉动与波形送丝法单纯靠控制焊丝疼带来的不足。

3.CMT焊接技术国内外研究现状

哈尔滨工业大学张洪涛等人[4]，通过建立的电弧形态视觉传感系统以及电流电压波形采集系统研究了镀锌层对铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊电弧加热行为的影响。结果表明，小电流焊接时，镀锌层可以作为等离子体阴极，起到稳定电弧的作用，而在无镀锌层条件下，电弧的阴极斑点不停地跳跃，电弧极其不稳；随着焊接电流的增大，在镀锌钢板上焊接时，由于镀锌层的蒸发变得十分剧烈，这种蒸发行为也使得在镀锌钢板上焊接时的电弧的边缘上翘，减小了电弧与工件的接触面积，进而降低了焊接热输入，减小了界面脆性化合物层的厚度。

兰州理工大学的曹睿，余刚等人[5]利用正交实验法对铝合金与镀锌钢薄板搭接件进行了异种材料冷金属过渡(CMT)熔钎焊，研究了工艺参数、焊丝成分以及镀锌层厚度对焊缝表面成形和接头力学性能的影响。铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊的接头为典型的搭接接头形貌，在整个焊接过程中，硅和锌很好的起到了促进熔化的铝在钢板表面湿润和铺展的作用。接头的界面组织分析表明，焊接接头被分成熔化区、中间界面区、过渡界面区和富锌区。在焊缝金属和镀锌板的界面区形成的金属间化合物层，主要成分为Fe2Al5和FeAl3，焊丝中硅含量控制在5%左右可获得性能良好焊接接头。通过实验得出理想的工艺参数：7075系列铝材在焊接电压13V，送丝速度5.0m/min，焊接速度：6.0m/s，偏离中心距离2mm，镀锌层厚度：120g/m2，焊丝系列：4043可得到良好的焊接接头。哈尔滨工业大学石常亮、何鹏等人[6]，采用冷金属过渡方法(CMT)对铝和镀锌钢板异种材料进行了熔钎焊连接。使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)和拉伸试验对焊接接头界面区显微组织及接头性能进行研究。试验结果表明，铝和镀锌钢能得到成形良好的搭接接头。在CMT熔钎焊的方法下，形成了中间厚两边薄的界面区，并且在熔化区一侧边缘形成了富锌区，界面区组织成分也由致密的FeAl3金属间化合物层变为α固溶体和FeAl3化合物混合层，而富锌区是由富铝的α固溶体和残留的铝组成。在进行拉伸试验时，断裂发生在铝母材的热影响区，接头强度为72.09MPa。

江苏科技大学崔晴晴[7]以Q235和5052铝合金为研究对象，以ER4043铝硅焊丝为填充金属，利用CMT焊接技术进行了铝/钢异种金属的焊接工艺性试验，采用超井深、SEM、EDS等方法对焊接接头的组织和性能进行了研究。实验得出铝硅焊丝焊接铝/钢的最佳工艺参数为：焊接电流66A，焊接速度750mm/min。在最佳工艺参数下填充ER4043铝硅焊丝时，接头最大抗拉强度为115.7Mpa。对接头端口进行宏观和微观分析，结果表明，接头均断裂在铝合金的热影响区，断裂类型为以韧性断裂为主的韧脆混合断裂方式。显微硬度测试表明界面区的显微硬度明显高于铝和镀锌钢的基体硬度值，达到460HV。

江苏科技大学宋辉[8]在CMT焊接工艺基础上进行了改造，研究了活性CMT焊接技术。选择Fe2O3，Al2O3和MgCO3等9种材料作为活性剂CMT焊接用活性剂。设计了活性剂加工混匀的工艺流程。通过实验，酒精完全可以取代丙酮作为活性剂焊接用乳化剂。采用配方均匀设计方法进行试验。得到B2O3，SiO2和Al2O3三种配方的活性剂对熔深影响最为明显。确立了一种基础配方PF0，其配方范围为：B2O330%-60%，SiO2为10%-30%，Al2O3为20%-30%。活性剂CMT焊接避免了CO2气体保护焊飞溅大的缺点和CMT焊接熔深浅的弊端。

4.CMT焊接技术工艺应用

CMT技术不仅降低了热输入量，并且与脉冲MIG 焊相比较而言，焊丝熔化率更加高。通过调整电流短路的持续时间，在焊丝熔敷率改变很小的情况下即可以控制熔深。此外，将脉冲MIG焊与CMT工艺相结合，可以大大的扩展可以焊接的材料的厚度，并且焊缝成形美观。换句话说，CMT技术提供了一个焊接热输入量低且焊缝成形美观的平台，可以在此基础上适当提高焊接能量的输入，使之应用范围更加扩大。

当前CMT工艺的三个主要应用:（1）薄板焊接。传统气体保护焊焊接时热输入量大容易引起大的飞溅和大的变形等问题，CMT技术解决了这些问题。CMT技术非常适用于焊接薄板材料，甚至到超薄板，而且不用担心塌陷和烧穿。

（2）无飞溅的MIG钎焊。因为热输入量较低且真正的无飞溅焊接，使之可以进行钎焊。因为其熔滴过渡方式十分的特别新颖，使CMT技术可以在各种位置的钎焊都能如鱼得水。CMT工艺与传统钎焊比较而言，其效率更高并且具有广阔的应用领域。

（3）异种金属钢和铝的焊接。在汽车行业中，随着铝板应用的越来越多。钢与铝的连接问题的解决变得迫在眉睫。人们对此进行了大量的研究，热连接或者普通的熔焊连接容易产生较厚的脆性金属间化合物，这大大的影响了接头性能。使用CMT技术焊接镀锌钢板与铝板的实验中，CMT技术可以很好的控制脆性金属间化合物的厚度并且能够保证接头的力学性能。在焊接铝板与镀锌钢板时减少锌层的蒸发，保证了材料的抗腐蚀性。除此之外，CMT技术适应性非常好，不会像TIG焊一样要求极高的装配精度。再加上一元化的专家库系统，使CMT特别适用于自动焊。因此，CMT是一种非常有发展前景的工艺，它在汽车领域、航天领域、电器领域、航空领域、船舶领域和某些建筑领域有很好的应用前景[9]。

参考文献

[1] 杨修荣.超薄板的CMT冷金属过渡技术[J].能源工程焊接国际论坛.2005 [2] 薄板焊接的极限[J].电焊机.2011(4):25 [3] 杨晓峰.CMT工艺应用及研究现状[J].产业与科技论坛.2011(10): 15 [4] 张洪涛.镀锌钢板CMT熔-钎焊电弧加热行为的影响[J].焊接学报.2009(8)[5] 曹睿, 余刚.铝合金和钢异种金属CMT焊接性分析[J].中国学术期刊 [6] 石常亮, 何鹏.铝/镀锌钢板CMT熔钎焊界面区组织与接头性能[J].焊接学报.2006(12): 27 [7] 崔晴晴.铝合金和镀锌钢的CMT焊接技术研究[D].江苏科技大学,2012.30-35 [8] 宋辉.活性剂CMT焊接技术研究[D].江苏科技大学，2011.24-26 [9] 铝合金与镀锌薄钢板熔钎焊接头组织与力学性能[J].材料工程.2010(10):82

第五篇：几种铝合金焊接先进工艺

铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光-电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。

关键词: 铝合金 搅拌摩擦焊 激光焊 激光-电弧复合焊 电子束焊

铝合金焊接的特点

铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。

铝合金焊接有几大难点:

①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;

②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃),这就需要采用大功率密度的焊接工艺;

③铝合金焊接容易产生气孔;

④铝合金焊接易产生热裂纹;

⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形;

⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍),相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。

因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

铝合金的先进焊接工艺

针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。

2.1 铝合金的搅拌摩擦焊接

搅拌摩擦焊FSW(Friction Stir Welding)是由英国焊接研究所TWI(The Welding Institute)1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ]。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ]。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ]。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al-Cu)、5000 系列(AlMgZn)、8000 系列(Al-Li)等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。

铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。

搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:

①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊;

②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板;

③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除;

④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快;

⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单,主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。

2.2 铝合金的激光焊接

铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding)是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。

激光焊接铝合金有以下优点:

①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;

②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好;

③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本;

④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线;

⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接;

⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。

现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。

在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。图3 为激光焊接时的小孔形状。图4 为激光深熔焊示意图[5 ]。

铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束(波长为10.6μm)表面初始吸收率1.7 %;对YAG激光束(波长为1.06 μm)吸收率接近5 %。图5 为不同金属对激光的吸收率。比较复杂,高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动,起弧后稳定性不强,同时在电弧的高温状态下,电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度。传统

Mig，用铝合金焊丝填充。Tig，氩弧焊（非熔化极）。