第一篇：先進材料的焊接

Ti-Al金屬間化合物焊接性分析

摘要：TiAl合金具有低密度、高比強度、高比剛度、良好的高溫力學性能和優異的抗氧化性能等優點，是未來應用于航空、航天飛行器熱端部件的理想候選材料。相比于傳統應用的Ni基高溫合金，TiAl合金的部分取代能夠顯著減輕飛行器的重量，提高其飛行及發射效率。因此，研究TiAl合金與Ni基高溫合金的連接對于TiAl合金在航空航天、武器制造等領域的廣泛應用具有非常重要的意義。文主要介紹了Ni-Al金屬間化合物在釬焊、攪拌摩擦焊、電子束焊焊接性的分析。Ti-Al金屬間化合物釬焊焊接性分析

1.1 TiAl與Ni基合金接觸反應釬焊性[1] 以Ti為中間層實現了TiAl與Ni基合金的接觸反應釬焊。采用掃描電鏡和電子探針等手段對釬焊接頭的界面結構及生成相進行分析，并對接頭剪切強度進行測試。結果表明：當釬焊溫度為960℃時，釬縫主要由Ti。和Ti2Ni組成；當釬焊溫度從960℃升高到1000℃時，釬縫中生成Ti—Al及A1一Ni—Ti化合物，典型界面結構為：GH99／(Ni，Cr)。／Ti2Ni+A1Ni2Ti+TiNi／Ti3A1+A13NiTi2／Ti3Al+A13NiTi2／TiAl；釬焊溫度繼續升高，Ti3Al和A13NiTi2變得粗大，導致接頭性能下降。當釬焊溫度為1000℃，保溫10min時，接頭剪切強度達到最大值233MPa。隨釬焊溫度的升高，釬縫厚度先增加后減小

1)采用Ti作中間層，可以實現TiAI合金與Ni基高溫合金的接觸反應釬焊連接。

2)當釬焊溫度為960℃時，釬縫主要由Tiss+Ti2Ni組成，隨著釬焊溫度的升高，進入釬縫中的Al原子增多，開始生成Ti．Al及Al—Ni—Ti的化合物。當釬焊溫度為1000℃，保溫10rain時，釬焊接頭的典型界面組織結構為：GH99／(Ni，Cr)。／Ti2Ni+A1Ni2Ti+TiNi／Ti3AI+A13NiTi2／Ti3A1+A13NiTi2／TiAl。此外，隨著釬焊溫度的升高，釬縫厚度先增加后減小。

3)在所選的試驗參數范圍內，隨著釬焊溫度的升高接頭的剪切強度先升高后降低，當釬焊溫度為1000℃，保溫10min時，接頭的剪切強度值最高，達到233MPa。

4)接頭的界面反應過程分為4個階段：固相擴散及反應階段、液相產生階段、等溫凝固階段和殘余液相凝固析出階段。

1.2 TiAI合金與42CrMo鋼釬焊接分析[2] 在1143～1213K、120～1500s參數范圍內以Ag．Cu—Ti箔為釬料對TiAI合金與42CrMo鋼進行了真空釬焊試驗。采用光學顯微鏡、掃描電鏡、元素面掃描和能譜分析等方法對界面組織進行了分析，測量了界面反應層厚度。分祈了界面反應層的形成過程及受控因素，計算了反應層成長的動力學參數。結果表明，接頭界面反應層包括靠近TiAl合金的A1CuTi+Ti3AI層、AICu2Ti層以及靠近42CrMo鋼的TiC層，其成長活化能分別為324.97、207.97、338.03kJ/mol。TiAl合金與釬科的界面反應層受控于液態釬料中的Cu元素，成長較快；42CrMo鋼與釬料間的TiC層受控于固態鋼中C元素，成長較慢。脆性反應層A1CuTi+Ti3A1層厚度為3.3um時接頭強度最高，脆性層厚度繼續增大，接頭強度顯著下降。

1)TiAl／Ag-Cu／Ti／Ag—Cu／42CrMo釬焊接頭界面反應層包括：靠近TiAI合金的Ti3AI+AICuTi層、A1Cu2Ti層以及靠近42CrMo鋼的TiC層。

2)AICu2Ti反應層依附于TiAl合金母材形成并長大，Ti、A1的擴散路徑相對較短，液態釬料合金又可以源源不斷地提供Cu，長大速度相對較大；A1CuTi+Ti3A1反應層的成長受制于Cu原子在固相A1Cu2Ti中的擴散，因而長大速度相對較小；TiC的生長受控于來自固態42CrMo鋼中的C元素，因此，TiC的生成速度相對很小，反應層的厚度也一直很小。

3)計算得到TiAl／AgCuTi／42CrMo釬焊接頭界面TiC、A1Cu2Ti和Ti3AI+A1CuTi反應層成長的動力學參數，基于試驗測量的數據，采用數學擬合的方法得出頭強度最好；超過4gm時接頭力學性能顯著下降。Ti-Al金屬間化合物摩擦焊焊接性分析

2.1 Ti-Al金屬間化合物與NiCr20TiAl摩擦焊焊接性分析[3] 焊接接頭的宏觀形態表明見圖1,TiAl的宏觀變形程度小于NiCr20TiAl，飛邊較小；NiCr20TiAl一側變形較大，相應的飛邊也較大。表明在焊接溫度下的高溫強度遠大于。(1)TiAl與NiCr20TiAl摩擦焊接優化工藝規范為：Pf為3.6MPa,Pd為5.22,tf為4.5s，td為5.0s;接頭拉伸強度可達到390MPa以上；

(2)在摩擦焊接過程熱力耦合的作用下，界面近區均發生了動態再結晶，并形成細晶層，而TiAl側的變形程度較低。

(3)TiAl和NiCr20TiAl主要合金元素在界面兩側的小幅擴散，是其實現固態連接的主因;尤其在界面區未見脆性相生成，表明采用摩擦焊接技術連接TiAl與NiCr20TiAl是可行的。

圖1 TiAl-NiCr20TiAl摩擦焊接頭宏觀形貌 3 Ti-Al金屬間化合物電子束焊焊接性分析

3.1金屬間化合物Ni3Al材料電子束焊[4] 定向凝固Ni3AI基高溫臺金電子柬焊璉中所產生的裂紋有宏觀裂紋，此外微觀裂紋均在熔臺線附近沿晶界開裂，在顯微鏡下觀察時，可以發現具有晶間破壞的特征，在有些焊縫的斷面上發現有氧化，說明裂紋是在高溫下產生的，因此，分析該裂紋為熱裂紋。產生熱裂紋的因素是復雜的，是多方面的，但概括起來，主要是冶金因素和應力因素，二者之間既有內在的聯系，又有各自獨立的變化規律。但就具體的焊接件而言，產生熱裂紋往往是冶金因素和應力因素共同作用的結果。

(1)定向凝固Ni3Al基高溫合壘電子柬焊縫易產生熱裂紋，目前尚不能完全消除。

(2)在定向凝固Ni3A1基商溫臺盒電子柬焊接時，增大電子柬加速電壓、提高焊接速度，并采用聚焦焊接等方法，可以減少焊箍產生熱裂紋。(3)由于定向凝固N3Al基高溫臺金為一種新登材料，要徹底消除熔焊焊縫中熱裂紋的產生。言先捌在不降低其原有的性能的弼時，改進材料的焊接性I其次，在定向凝固Ni，AI基高溫合金電子柬焊縫中藹加第三種金屬，以減少熱裂紋的產生．添加第三種童屬的厚度和成分還有待進一步試驗、研究。參考文獻

李海新，林鐵松，何鵬，王顯軍，馮吉才.TiAI與Ni基合金接觸反應釬焊接頭界面組織及性能.稀有金屬材料與工程,2012.11.李玉龍，馮吉才，何鵬，楊瑾.TiAI合金與42CrMo鋼釬焊接頭界面反應層成長及其對力學性能的影響.稀有金屬材料與工程.2012.10.王忠平，鐘燕，張立軍，周正航等Ti-Al金屬間化合物與NiCr20TiAl摩擦焊接分析.電焊機,2004.9.毛智勇，左從進.金屬間化合物Ni。Al材料電子束焊接性研究.材料工程.2001.

第二篇：焊接先進班組

先進班組總結

冬風亂舞，瑞雪紛飛，天氣在漸漸變冷，2011年即將過去，新的一年即將開始。我們所在的伊犁南崗化工年產12萬噸PVC聯合化工項目工程是我們六公司在新疆重要的戰地，在這一年的工作中我們收獲頗豐，隨著工程的不斷進展，在于隊的帶領下，我們焊接班組在這一年里取得了非常優越的成績。

我們十一隊在此PVC工程中主要負責聚合、干燥、供料回收、壓縮、精餾、尾氣凈化、空壓制氮及冷凍、單體儲存、轉化和提氫各車間的設備安裝及供料回收、精餾、空壓制氮及冷凍等部分車間的鋼結構安裝。現如今我們焊接小組已經完成230噸鋼結構的預制焊接安裝，并配合吊裝小組安裝大小設備近80臺。在整個施工過程中我們雖然面對重重困難，層層挑戰，但是我們迎難而上，勇敢面對！在于隊的領導下，我們焊接班組用最短的時間取得了最大的效益，拿到了最好的成績。

一個班組的發展是具有多面性的，而基礎工作十分重要的也是非常必要的，因為基礎工作包含好多內容，基礎工作做的好不好會直接影響到班組的凝聚力，質量，安全等工作的完成。一個班組是否有活力，有競爭力，首先是看班組的凝聚力，因為只有具有了凝聚力整個班組才會具有戰斗力，而這個凝聚力體現是全體人員有一個共同的奮斗目標，有一個核心的人，并且由核心的人帶領大家共同為實現這個目標。班組長就是這里的核心人物。我們的班組長作為一個班組長，特別是施工一線的班組長他深刻地知道他的責任的重大，因為焊接施工一線的工作是要靠他來安排部署的，而他深知在大家眼里他就是個排頭兵，他的一言一行直接或間接的都會對大家產生影響，所以他在日常的工作中是十分的注意的，即使自己有心煩的事他也會注意自己的言行，盡量不會讓他的情緒讓大家看出來以免影響到大家。質量、安全工作是也是一個班組的工作重點，是我們時時刻刻都注意的，因為鋼結構的焊接、吊裝及設備的焊接、吊裝，好多都是高空作業，比較危險。所在的工作環境比較復雜，而接觸的大多數都是重型設備，鋼鐵物件，如各種各樣的設備及鋼結構和鋼筋等。一旦出現事故后果是十分嚴重的，平時空閑的時間班組長就給大家講解安全問題，分析各種安全事故以及產生的原因，避免事故發生的方法。發現一但有違章的行為立即給予糾正，并且告訴其違章有可能帶來的后果。在施工過程中要把現場情況考慮全面，并且仔細復查，稍有疏忽就會造成事故的發生，這是大家都不愿看到的。

焊接班組是我們安裝十一隊的重要班組，焊接組成員經常在施工前就要認真考慮施工過程中可能會出現的問題，以及各種問題的解決方法，盡可能的做到未雨綢繆，并且早發現問題早解決，提前做好施工方案，做好一切前期準備工作，這樣就能提高施工效率，以避免窩工和浪費材料和人工的現象出現，也能提高焊接施工的安全系數。例如：精餾車間由于設備安裝工程的需要，該車間的鋼結構平臺及室外鋼梯必須最短時間內施工并完成。焊接施工難度大，施工工期緊，于是經過十一隊領導和技術員研究決定，成立焊接攻堅小組，對此工程發起一場攻堅戰。焊接組艱苦奮斗，不怕困難，迎難而上。克服現場高空作業嚴寒酷冷環境，加班加點，在保證員工的安全和焊接的質量前提下和時間賽跑，搶工期，搶進度，經過焊接攻堅小組近10天的緊張施工，最終將該工程在項目部和業主規定的時間內焊接安裝完畢，為設備安裝工程創造了有利的施工條件，保證了施工正常進度。因此我們焊接小組得到了項目部表揚與業主的一致好評。

總之在即將過去的一年里，在全體班組員工的共同努力下，我們圓滿的完成了公司交給我們的焊接任務，我想這就得意于我們的班組基礎工作做的比較好，具有一定的戰斗力，在明年的工作中我們將繼續發揮長處，克服缺點，提高我們的焊接技能、改進我們的工作方法，將所有焊接項目做好，我們要為公司取得更大的利益而努力，為六公司的發展而奮斗，我相信六公司的明天會更加輝煌！

。。。焊接組

2011年12月8日

第三篇：焊接熟練工先進事跡材料

焊接熟練工先進事跡材料作為一名焊接熟練工，劉豐昌在**車間從事焊接工作期間，兢兢業業，不多言，不多事，服從分配，勤奮好學，掌握了一手過硬的焊接技術，熟悉了焊接流程和要領，成為車間的技術骨干和操作能手，配合團隊圓滿完成各項生產任務，并保持較高的探傷合格率，為工程進度的順利進行貢獻了不可磨滅的貢獻。該員工工作態度端正，堅守崗位，認真負責，出色完成自己任務的同時，積極協助同事，在團隊中帶起了一股傳幫帶的良好氛圍，使整個焊接團隊擰成一股繩，效率明顯提高。劉豐昌在工作中能過認真對待每一項工作，熱心為大家服務，越是困難的地方，越能迎難而上。該員工遵守勞動紀律，保證按時出勤，出勤率高，有效利用工作時間，保證工作按時完成，工作質量優秀，效率高，是團隊中優秀的骨干人才。

1、個人能力強，技術突出。作為一名熟練焊接工，劉豐昌憑借出色的技術，在焊接工作中能夠出色的完成了各項生產任務，焊縫美觀，合格率高，有效的保證了工程進度的順利開展。

2、具有良好的團隊精神。

第四篇：先進焊接技術作業

鋁板/鍍鋅鋼板的CMT焊接技術

1.CMT焊接技術基本原理

Fronius公司CMT(Cold Metal Transfer)冷金屬過渡技術是在MIG/MAG焊基礎上開發的一種革新技術。第一次將送絲運動與熔滴過渡過程進行數字化協調。當焊機的DSP處理器監測到一個熔滴短路信號。就會反饋給送絲機構，并回抽焊絲幫助熔滴脫落，使熔滴過渡在幾乎無電流的狀態下進行。整個焊接過程實現“熱-冷-熱”交替轉換，每秒鐘轉換達70次。焊接熱輸入大幅降低，可實現0.3mm以上薄板的無飛濺、高質量的MIG/MAG熔焊和MIG釬焊[1]。

在用CMT 焊接鍍鋅鋼板與鋁的研究中，CMT可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度，保證接頭的力學性能。在焊接鋁與鍍鋅鋼板時減少鋅層的蒸發，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT有非常好的適應性，不必像TIG一樣對裝配精度要求極高。再加上一元化的專家庫系統，使它特別適用于自動焊[2]。

CMT技術的創新之處在于將焊絲的運動與熔滴過渡結合起來，使得CMT熔滴過渡的電壓電流區間更低，對焊接技術的發展做出了重大的貢獻。與STT法、脈動送絲法等低飛濺焊接的電壓電流波形相比較，CMT技術具有十分明顯的優勢，熔滴過渡和送絲運動相結合的精細化、微機化、智能化精確控制是未來電焊機發展的必然發展趨勢。在生產中推廣低飛濺CMT焊接方法對降低產品生產的成本將具有重要的意義，具有廣闊的應用前景[3]。

CMT技術是將送絲過程和熔滴過渡過程進行了數字化的協調，電弧點燃后，熔滴生成、長大，同時焊絲前送，焊機的數字信號處理器（DPS）監測電弧建立的開始時間，并逐漸降低焊接電流。某一瞬間，熔滴接觸熔池會產生短路，電弧熄滅之后，電流降低且接近零。當短路信號被焊機的數字信號處理器檢測到時，它會將短路信號反饋給送絲機，送絲機將會迅速響應進行焊絲回抽，從而迫使熔滴從焊絲端頭脫落，熔滴在無電流狀態下進行過渡，在送絲慣性力和表面張力作用下進入熔池。在熔滴從焊絲上滴落后，焊接電流通過數字控制系統再次被提高，焊接電弧重新被生成，并將焊絲向前送出，開始新一輪的焊接過程。

2.CMT焊接技術工藝特點

從形式上看CMT工藝的熔滴過渡是一種特殊的短路過渡過程。與傳統的熔化極氣體保護焊（GMAW）相比有3個明顯的不同之處：（1）電壓和電流幾乎為零在熔滴過渡短路時。CMT焊接系統在數字化控制時，會獨自本能的監控短路過渡的過程，在熔滴過渡短路時，電流被電源將降至非常低，熱輸入量幾乎沒有了，整個熔滴過渡過程就是高頻率的“ 熱一冷一熱” 交替的過程，熱輸入量在很大程度上被降低。

（2）第一次將熔滴過渡過程和焊絲運動相結合。當使用CMT技術工藝時，焊絲的送進/回抽動作會一定程度上影響焊接過程。也就是說，熔滴的過渡過程是通過送絲運動變化來控制的焊絲的“前送/回抽”頻率可高達70次/秒。與普通的GMAW焊相比，它實現了閉環控制，這是其重大的創新之處。

（3）熔滴脫落在一定程度上是由于焊絲的回抽。在熔滴過渡時，焊接電流十分的低，但熔滴的脫落一樣被焊絲的機械式回抽運動所實現，一定程度上，并且避免了普通短路過渡方式所形成的飛濺。擺脫了以往STT法單純靠控制脈動與波形送絲法單純靠控制焊絲疼帶來的不足。

3.CMT焊接技術國內外研究現狀

哈爾濱工業大學張洪濤等人[4]，通過建立的電弧形態視覺傳感系統以及電流電壓波形采集系統研究了鍍鋅層對鋁/鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊電弧加熱行為的影響。結果表明，小電流焊接時，鍍鋅層可以作為等離子體陰極，起到穩定電弧的作用，而在無鍍鋅層條件下，電弧的陰極斑點不停地跳躍，電弧極其不穩；隨著焊接電流的增大，在鍍鋅鋼板上焊接時，由于鍍鋅層的蒸發變得十分劇烈，這種蒸發行為也使得在鍍鋅鋼板上焊接時的電弧的邊緣上翹，減小了電弧與工件的接觸面積，進而降低了焊接熱輸入，減小了界面脆性化合物層的厚度。

蘭州理工大學的曹睿，余剛等人[5]利用正交實驗法對鋁合金與鍍鋅鋼薄板搭接件進行了異種材料冷金屬過渡(CMT)熔釬焊，研究了工藝參數、焊絲成分以及鍍鋅層厚度對焊縫表面成形和接頭力學性能的影響。鋁/鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊的接頭為典型的搭接接頭形貌，在整個焊接過程中，硅和鋅很好的起到了促進熔化的鋁在鋼板表面濕潤和鋪展的作用。接頭的界面組織分析表明，焊接接頭被分成熔化區、中間界面區、過渡界面區和富鋅區。在焊縫金屬和鍍鋅板的界面區形成的金屬間化合物層，主要成分為Fe2Al5和FeAl3，焊絲中硅含量控制在5%左右可獲得性能良好焊接接頭。通過實驗得出理想的工藝參數：7075系列鋁材在焊接電壓13V，送絲速度5.0m/min，焊接速度：6.0m/s，偏離中心距離2mm，鍍鋅層厚度：120g/m2，焊絲系列：4043可得到良好的焊接接頭。哈爾濱工業大學石常亮、何鵬等人[6]，采用冷金屬過渡方法(CMT)對鋁和鍍鋅鋼板異種材料進行了熔釬焊連接。使用掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDAX)和拉伸試驗對焊接接頭界面區顯微組織及接頭性能進行研究。試驗結果表明，鋁和鍍鋅鋼能得到成形良好的搭接接頭。在CMT熔釬焊的方法下，形成了中間厚兩邊薄的界面區，并且在熔化區一側邊緣形成了富鋅區，界面區組織成分也由致密的FeAl3金屬間化合物層變為α固溶體和FeAl3化合物混合層，而富鋅區是由富鋁的α固溶體和殘留的鋁組成。在進行拉伸試驗時，斷裂發生在鋁母材的熱影響區，接頭強度為72.09MPa。

江蘇科技大學崔晴晴[7]以Q235和5052鋁合金為研究對象，以ER4043鋁硅焊絲為填充金屬，利用CMT焊接技術進行了鋁/鋼異種金屬的焊接工藝性試驗，采用超井深、SEM、EDS等方法對焊接接頭的組織和性能進行了研究。實驗得出鋁硅焊絲焊接鋁/鋼的最佳工藝參數為：焊接電流66A，焊接速度750mm/min。在最佳工藝參數下填充ER4043鋁硅焊絲時，接頭最大抗拉強度為115.7Mpa。對接頭端口進行宏觀和微觀分析，結果表明，接頭均斷裂在鋁合金的熱影響區，斷裂類型為以韌性斷裂為主的韌脆混合斷裂方式。顯微硬度測試表明界面區的顯微硬度明顯高于鋁和鍍鋅鋼的基體硬度值，達到460HV。

江蘇科技大學宋輝[8]在CMT焊接工藝基礎上進行了改造，研究了活性CMT焊接技術。選擇Fe2O3，Al2O3和MgCO3等9種材料作為活性劑CMT焊接用活性劑。設計了活性劑加工混勻的工藝流程。通過實驗，酒精完全可以取代丙酮作為活性劑焊接用乳化劑。采用配方均勻設計方法進行試驗。得到B2O3，SiO2和Al2O3三種配方的活性劑對熔深影響最為明顯。確立了一種基礎配方PF0，其配方范圍為：B2O330%-60%，SiO2為10%-30%，Al2O3為20%-30%。活性劑CMT焊接避免了CO2氣體保護焊飛濺大的缺點和CMT焊接熔深淺的弊端。

4.CMT焊接技術工藝應用

CMT技術不僅降低了熱輸入量，并且與脈沖MIG 焊相比較而言，焊絲熔化率更加高。通過調整電流短路的持續時間，在焊絲熔敷率改變很小的情況下即可以控制熔深。此外，將脈沖MIG焊與CMT工藝相結合，可以大大的擴展可以焊接的材料的厚度，并且焊縫成形美觀。換句話說，CMT技術提供了一個焊接熱輸入量低且焊縫成形美觀的平臺，可以在此基礎上適當提高焊接能量的輸入，使之應用范圍更加擴大。

當前CMT工藝的三個主要應用:（1）薄板焊接。傳統氣體保護焊焊接時熱輸入量大容易引起大的飛濺和大的變形等問題，CMT技術解決了這些問題。CMT技術非常適用于焊接薄板材料，甚至到超薄板，而且不用擔心塌陷和燒穿。

（2）無飛濺的MIG釬焊。因為熱輸入量較低且真正的無飛濺焊接，使之可以進行釬焊。因為其熔滴過渡方式十分的特別新穎，使CMT技術可以在各種位置的釬焊都能如魚得水。CMT工藝與傳統釬焊比較而言，其效率更高并且具有廣闊的應用領域。

（3）異種金屬鋼和鋁的焊接。在汽車行業中，隨著鋁板應用的越來越多。鋼與鋁的連接問題的解決變得迫在眉睫。人們對此進行了大量的研究，熱連接或者普通的熔焊連接容易產生較厚的脆性金屬間化合物，這大大的影響了接頭性能。使用CMT技術焊接鍍鋅鋼板與鋁板的實驗中，CMT技術可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度并且能夠保證接頭的力學性能。在焊接鋁板與鍍鋅鋼板時減少鋅層的蒸發，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT技術適應性非常好，不會像TIG焊一樣要求極高的裝配精度。再加上一元化的專家庫系統，使CMT特別適用于自動焊。因此，CMT是一種非常有發展前景的工藝，它在汽車領域、航天領域、電器領域、航空領域、船舶領域和某些建筑領域有很好的應用前景[9]。

參考文獻

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第五篇：幾種鋁合金焊接先進工藝

鋁合金焊接的幾種先進工藝:攪拌摩擦焊、激光焊、激光-電弧復合焊、電子束焊。針對于焊接性不好和曾認為不可焊接的合金提出了有效的解決方法,幾種工藝均具有優越性,并可對厚板鋁合金進行焊接。

關鍵詞: 鋁合金 攪拌摩擦焊 激光焊 激光-電弧復合焊 電子束焊

鋁合金焊接的特點

鋁合金由于重量輕、比強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應用于各種焊接結構產品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結構重量可減輕50 %以上。

鋁合金焊接有幾大難點:

①鋁合金焊接接頭軟化嚴重,強度系數低,這也是阻礙鋁合金應用的最大障礙;

②鋁合金表面易產生難熔的氧化膜(Al2O3 其熔點為2060 ℃),這就需要采用大功率密度的焊接工藝;

③鋁合金焊接容易產生氣孔;

④鋁合金焊接易產生熱裂紋;

⑤線膨脹系數大,易產生焊接變形;

⑥鋁合金熱導率大(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、焊接速度高的高效焊接方法。

鋁合金的先進焊接工藝

針對鋁合金焊接的難點,近些年來提出了幾種新工藝,在交通、航天、航空等行業得到了一定應用,幾種新工藝可以很好地解決鋁合金焊接的難點,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行焊接。

2.1 鋁合金的攪拌摩擦焊接

攪拌摩擦焊FSW(Friction Stir Welding)是由英國焊接研究所TWI(The Welding Institute)1991 年提出的新的固態塑性連接工藝[1～2 ]。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與工件間的攪拌摩擦,摩擦產生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態,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,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應用較多。已經成功地進行了攪拌摩擦焊接的鋁合金包括2000 系列(Al-Cu)、5000 系列(AlMgZn)、8000 系列(Al-Li)等。國外已經.進入工業化生產階段,在挪威已經應用此技術焊接快艇上長為20 m 的結構件,美國洛克希德·馬丁航空航天公司用該項技術焊接了鋁合金儲存液氧的低溫容器火箭結構件。

鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是經過塑性變形和動態再結晶而形成,焊縫區晶粒細化,無熔焊的樹枝晶,組織細密,熱影響區較熔化焊時窄,無合金元素燒損、裂紋和氣孔等缺陷,綜合性能良好。與傳統熔焊方法相比,它無飛濺、煙塵,不需要添加焊絲和保護氣體,接頭性能良好。由于是固相焊接工藝,加熱溫度低,焊接熱影響區顯微組織變化小,如亞穩定相基本保持不變,這對于熱處理強化鋁合金及沉淀強化鋁合金非常有利。焊后的殘余應力和變形非常小,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。傳統焊接工藝焊接鋁合金要求對表面進行去除氧化膜,并在48 h 內進行加工,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省能源、污染小。

攪拌摩擦焊鋁合金也存在一定的缺點:

①鋁合金攪拌摩擦焊接時速度低于熔化焊;

②焊件夾持要求高,焊接過程中對焊件要求加一定的壓力,反面要求有墊板;

③焊后端頭形成一個攪拌頭殘留的孔洞,一般需要補焊上或機械切除;

④攪拌頭適應性差,不同厚度鋁合金板材要求不同結構的攪拌頭,且攪拌頭磨損快;

⑤工藝還不成熟,目前限于結構簡單的構件,如平直的結構、圓形結構。攪拌摩擦焊工藝參數簡單,主要有攪拌頭的旋轉速度、攪拌頭的移動速度、對焊件的壓力及攪拌頭的尺寸等。

2.2 鋁合金的激光焊接

鋁及鋁合金激光焊接技術(Laser Welding)是近十幾年來發展起來的一項新技術,與傳統焊接工藝相比,它具有功能強、可靠性高、無需真空條件及效率高等特點。其功率密度大、熱輸入總量低、同等熱輸入量熔深大、熱影響區小、焊接變形小、速度高、易于工業自動化等優點,特別對熱處理鋁合金有較大的應用優勢。可提高加工速度并極大地降低熱輸入,從而可提高生產效率,改善焊接質量。在焊接高強度大厚度鋁合金時,傳統的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發生匙孔效應,則可以得到實現。

激光焊接鋁合金有以下優點:

①能量密度高,熱輸入低,熱變形量小,熔化區和熱影響區窄而熔深大;

②冷卻速度高而得到微細焊縫組織,接頭性能良好;

③與接觸焊相比,激光焊不用電極,所以減少了工時和成本;

④不需要電子束焊時的真空氣氛,且保護氣和壓力可選擇,被焊工件的形狀不受電磁影響,不產生X 射線;

⑤可對密閉透明物體內部金屬材料進行焊接;

⑥激光可用光導纖維進行遠距離的傳輸,從而使工藝適應性好,配合計算機和機械手,可實現焊接過程的自動化與精密控制。

現在應用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,對于要求大功率的厚板焊接比較適合。但鋁合金表面對CO2 激光束的吸收率比較小,在焊接過程中造成大量的能量損失。YAG激光一般功率比較小,鋁合金表面對YAG激光束的吸收率相對CO2激光較大,可用光導纖維傳導,適應性強,工藝安排簡單等。

在焊接大厚度鋁合金時,傳統的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發生匙孔效應,則可以得到實現。圖3 為激光焊接時的小孔形狀。圖4 為激光深熔焊示意圖[5 ]。

鋁及鋁合金的激光焊接難點在于鋁及鋁合金對輻射能的吸收很弱,對CO2 激光束(波長為10.6μm)表面初始吸收率1.7 %;對YAG激光束(波長為1.06 μm)吸收率接近5 %。圖5 為不同金屬對激光的吸收率。比較復雜,高頻引弧時引起電極燒損和電弧擺動,起弧后穩定性不強,同時在電弧的高溫狀態下,電極迅速燒損。但激光與等離子弧復合可明顯提高熔深和焊接速度。傳統

Mig，用鋁合金焊絲填充。Tig，氬弧焊（非熔化極）。