鋁合金焊接的幾種***工藝:攪拌摩擦焊、激光焊、激光- 電弧復(fù)合焊、電子束焊。針對于焊接性不好和曾認(rèn)為不可焊接的合金提出了有效的解決方法,幾種工藝均具有優(yōu)越性,并可對厚板鋁合金進(jìn)行焊接。
關(guān)鍵詞: 鋁合金 攪拌摩擦焊 激光焊 激光- 電弧復(fù)合焊 電子束焊
1 鋁合金焊接的特點(diǎn)
鋁合金由于重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。
鋁合金焊接有幾大難點(diǎn):
①鋁合金焊接接頭軟化嚴(yán)重,強(qiáng)度系數(shù)低,這也是阻礙鋁合金應(yīng)用的障礙;
②鋁合金表面易產(chǎn)生難熔的氧化膜(Al2O3 其熔點(diǎn)為2060 ℃) ,這就需要采用大功率密度的焊接工藝;
③鋁合金焊接容易產(chǎn)生氣孔;
④鋁合金焊接易產(chǎn)生熱裂紋;
⑤線膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生焊接變形;
⑥鋁合金熱導(dǎo)率大(約為鋼的4 倍) ,相同焊接速度下,熱輸入要比焊接鋼材大2~4 倍。
因此,鋁合金的焊接要求采用能量密度大、焊接熱輸入小、焊接速度高的焊接方法。
2 鋁合金的***焊接工藝
針對鋁合金焊接的難點(diǎn),近些年來提出了幾種新工藝,在交通、航天、航空等行業(yè)得到了一定應(yīng)用,幾種新工藝可以很好地解決鋁合金焊接的難點(diǎn),焊后接頭性能良好,并可以對以前焊接性不好或不可焊的鋁合金進(jìn)行焊接。
鋁合金的攪拌摩擦焊接
攪拌摩擦焊FSW是由英國焊接研究所TWI 1991 年提出的新的固態(tài)塑性連接工藝。圖1為攪拌摩擦焊接示意圖[3 ] 。其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插入工件待焊部位,通過攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)與工件間的攪拌摩擦,摩擦產(chǎn)生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動,從而使焊件壓焊在一起。圖2 為攪拌摩擦焊接過程[4 ] 。由于攪拌摩擦焊過程中不存在金屬的熔化,是一種固態(tài)連接過程,故焊接時不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強(qiáng)鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復(fù)合材料焊接等。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應(yīng)用較多。已經(jīng)成功地進(jìn)行了攪拌摩擦焊接的鋁合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。國外已經(jīng).進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段,在挪威已經(jīng)應(yīng)用此技術(shù)焊接快艇上長為20 m 的結(jié)構(gòu)件,美國洛克希德·馬丁航空航天公司用該項(xiàng)技術(shù)焊接了鋁合金儲存液氧的低溫容器火箭結(jié)構(gòu)件。
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鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是經(jīng)過塑性變形和動態(tài)再結(jié)晶而形成,焊縫區(qū)晶粒細(xì)化,無熔焊的樹枝晶,***細(xì)密,熱影響區(qū)較熔化焊時窄,無合金元素?zé)龘p、裂紋和氣孔等缺陷,綜合性能良好。與傳統(tǒng)熔焊方法相比,它無飛濺、,不需要添加焊絲和保護(hù)氣體,接頭性能良好。由于是固相焊接工藝,加熱溫度低,焊接熱影響區(qū)顯微***變化小,如亞穩(wěn)定相基本保持不變,這對于熱處理強(qiáng)化鋁合金及沉淀強(qiáng)化鋁合金非常有利。焊后的殘余應(yīng)力和變形非常小,對于薄板鋁合金焊后基本不變形。與普通摩擦焊相比,它可不受軸類零件的限制,可焊接直焊縫、角焊縫。傳統(tǒng)焊接工藝焊接鋁合金要求對表面進(jìn)行去除氧化膜,并在48 h 內(nèi)進(jìn)行加工,而攪拌摩擦焊工藝只要在焊前去除油污即可,并對裝配要求不高。并且攪拌摩擦焊比熔化焊節(jié)省能源、污染小。
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