铝合金焊接研究现状

2019-09-07 版权声明 举报文章

铝合金焊接研究现状

摘 要:现代有色金属焊接工艺的进步,将有利于我国工业的进步。本文从铝合金的分类及其焊接性出发,介绍了钨极氩弧焊、搅拌摩擦焊、熔化极惰性气体保护焊、激光焊、激光-电弧复合焊在铝合金焊接中的研究现状,并对铝合金焊接未来的发展方向进行了展望。

关键词:有色金属;铝合金;焊接方法

中图分类号:TG457 文献标识码:A

1 铝合金的分类及其焊接性

铝合金根据所含主要合金成分的不同,分为8个系。1系是含Al≧99.0%的纯铝,2系是Cu,3系是Mn,4系是Si,5系是Mg,6系是Mg-Si,7系是Zn,8系是其他合金。铝合金根据加工方式的不同分为锻造铝合金和铸造铝合金。根据铝合金是否可进行热处理强化,分为可热处理强化铝合金和非热处理强化铝合金。纯铝熔点约660℃,而焊接用铝合金熔点是560~650℃,具有较高导热性,焊接时要用能量集中的大功率热源。焊接过程中熔池没有金属颜色变化,易造成塌陷。焊接铝合金时,易出现氢气孔,因为氢在铝合金中的溶解度,会由液态时69mL/100g变到0.036mL/100g,使气体在熔池快速凝固时来不及溢出而成为气孔。合金一般有较宽的脆性温度区间,线膨胀系数大,约是低碳钢的2倍,凝固时平均收缩率约5%,因此铝合金焊接中易产生变形和热裂纹。铝合金与氧的亲和力大,暴露在空气中表面会生成一层氧化膜,熔点约2050℃,焊接时阻碍填充金属与基体的润湿,易造成夹渣。对于锻造铝合金,焊后易软化。

2 铝合金的焊接方法

2.1 钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是目前广泛应用的铝合金焊接方法,用金属钨做电极,惰性气体为保护气,具有设备简单、价格便宜、成型好、电弧稳定等优点。西华大学的李龙庆等人,采用普通的交流TIG焊和随TIG焊旋转挤压的方法焊接2A12铝合金薄板,发现随TIG焊旋转挤压法对变形和气孔有更好的控制效果,而且焊缝的组织晶粒要细小均匀得多,有效提高接头的力学性能。拉伸试验中试样均断裂在焊缝区,而且随焊旋转挤压法的焊接接头的抗拉强度和屈服强度比普通的TIG焊高出20%。印度的S. BABU等人,采用脉冲TIG焊技术焊接AA6061铝合金,得到了更细小的熔合区晶粒和更高强度的接头。研究发现,焊接参数中峰值电流和基值电流是最重要参数,决定熔合区的晶粒尺寸AA6061铝合金焊接接头的抗拉强度。

2.2 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是上世纪90年代被英国的焊接研究所研发的,由于其属于固相焊接,能有效克服熔化焊带来的缺陷,在铝合金的连接方面越来越受到认可。湖南化工职业技术学院的吴兴欢等人,采用搅拌摩擦焊技术焊接5A02铝合金板材。以转速800r/min和120mm/min的焊速进行焊接,试验得到的焊接接头的抗拉强度最大,可达母材的91.21%,而且焊缝中无任何缺陷。法国的Vincent Proton等人,使用搅拌摩擦焊技术焊接2050铝合金,研究其接头的腐蚀性为。熔核内的晶界和晶粒易受腐蚀,腐蚀性为与微观尺度上的不均匀性有关,试件上观察到的宏观上的不同腐蚀性为是由于从顶部到底部的腐蚀行为不同造成的。

2.3 MIG焊

MIG焊以焊丝作电极,惰性气体保护下进行焊接,由于使用焊丝做电极,可以使用大电流,使得母材熔深大,变形比TIG焊小,焊接铝合金时采用反接,具有良好的阴极雾化作用。西南交通大学的江超等人对高速列车用A6005-T6铝合金进行MIG焊试验,研究其抵抗裂纹扩展的能力。热影响区的冲击功最大,焊缝的冲击功最小,通过使用CTOD和J积分两种方法分析发现,热影响区抵抗裂纹扩展的能力最好,而焊缝最差。焊缝上的气孔和夹杂较多,塑性较差,热影响区的韧性更加优越。上海工程技术大学的杨尚磊等人,采用MIG焊技术焊接A6N01铝合金,熔合区为柱状晶组织而焊缝区为等轴晶,热影响区的过时效区晶粒最为粗大,并形成了HAZ软化区。母材会析出短棒状的β’过渡强化相,热影响区会析出粗大的稳定强化相β。焊缝的显微硬度最低,接头的抗拉强度为母材的87%。

2.4 激光焊

铝及铝合金的激光焊接是最近十几年才发展起来的一种新技术,与传统的焊接方法相比,有功率密度大、热影响区小、焊接变形小等优点。天津大学的王小博等人, 以NaCl、ZnCl2 等卤化物为活性剂使用Nd:YAG激光焊接6061铝合金。卤化物活性剂能降低激光等离子体的温度,减少等离子体对激光的散射、折射以及逆韧致吸收,增大透过等离子体照射在试件表面的激光功率密度,增加激光对试件的热输入,使焊缝熔深增大,活性剂改变了熔池内金属的流动状态使熔深进一步增大。德国的J. P. Bergmanna等人,通过给脉冲Nd:YAG激光叠加二极管激光器改善了铝合金激光焊接的焊接性。通过二极管激光器的预热增加Nd:YAG焊接激光的吸收率。此外由两个激光构成的热循环模式为凝固提供有利的条件,有效减少或避免热裂纹。

2.5 激光-电弧复合焊

用激光焊接铝合金有许多优势,但仍有设备成本高、接头间隙允许度小等缺点,为有效焊接铝合金,发挥激光焊接优势,发展激光-电弧复合焊接工艺。合肥工业大学的徐晓波等人,使用激光-MIG复合热源焊接6061-T6铝合金。复合焊接接头抗拉强度为母材的57%,而焊缝区域的显微硬度为母材的65%,看出明显存在接头软化现象。焊缝中的气孔和接头软化等缺陷影响焊接结构的力学性能。意大利的Alessandro Ascari等人,使用激光-GMA混合热源焊接28mm的AA608铝合金板材,研究孔隙度和工艺参数的关系。GMAW的电流明显影响孔隙的形成,但不会影响电源间距。

参考文献

[1]铝及铝合金焊接工艺研究[Z].

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