鋁合金零件加工廠家教你：如何把鋁合金零件焊接在一起

鋁合金零件焊接是經常用到的鋁合金加工方式之一，以下是鋁合金零件生產廠家一鑫精密為大家整理的幾種先進的鋁合金焊接工藝：激光焊接、攪拌摩擦焊、電子束焊接和激光-電弧復合焊。

針對焊接性差、一度被認為是可焊的合金，提出了有效的解決方案。幾種工藝都有優點，可用于焊接厚鋁合金。

關鍵詞：鋁合金攪拌摩擦焊、激光焊接、激光-電弧復合焊接、電子束焊接

1、鋁合金焊接的特點

鋁合金因其重量輕、比強度高、耐蝕性好、無磁性、成型性好、低溫性能好等特點，被廣泛應用于各種焊接結構產品中。用鋁合金代替鋼板焊接，可減輕結構重量50%以上。

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與常見的鋼鐵材料不同，鋁合金材料在焊接時有如下幾個難點：

①鋁合金焊接接頭軟化嚴重，強度系數低，這也是鋁合金應用的最大障礙；

②鋁合金表面易產生難熔氧化膜(Al2O3熔點為2060℃)，需要高功率密度的焊接工藝；

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③鋁合金零件焊接易產生氣孔；

④鋁合金焊接時容易因溫高產生熱裂紋；

⑤線膨脹系數大，容易產生焊接變形；

⑥鋁合金導熱系數高(約為鋼的4倍)，在相同焊接速度下，熱輸入比焊接鋼大2 ~ 4倍。

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因此，鋁合金的焊接需要高能量密度、低焊接熱輸入、高焊接速度的高效焊接方法。

2、鋁合金的先進焊接技術

針對鋁合金焊接的難點，近年來提出了幾種新技術，并在交通、航天、航空等行業得到應用。幾種新技術很好地解決了鋁合金焊接的難點，焊接接頭性能良好，可用于焊接以前不可焊或不可焊的鋁合金。

2.1、鋁合金攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊(FSW)是由焊接研究所的TWI(焊接研究所)于1991年提出的一種新型固態塑性連接工藝。

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其工作原理是將一種特殊類型的攪拌頭插入工件待焊接的部位。通過攪拌頭的高速旋轉和工件之間的攪拌摩擦，摩擦產生的熱量使這部分金屬處于熱塑性狀態，并在攪拌頭的壓力下從前端向后端塑性流動，從而將焊件壓焊在一起。

由于攪拌摩擦焊是一種固態連接工藝，在攪拌過程中沒有金屬熔化，因此沒有焊接缺陷，可用于焊接鋁、高強度鋁合金、銅合金、鈦合金、異種材料和復合材料等難以熔焊的有色金屬材料。

目前，攪拌摩擦焊廣泛應用于鋁合金焊接。攪拌摩擦焊成功的鋁合金有2000系列(鋁銅)、5000系列(鋁鎂)、6000系列(鋁鎂硅)、7000系列(鋁鋅)、8000系列(鋁鋰)等。

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國外已經進入工業生產階段。在挪威，這項技術已被用于焊接20米長的快艇結構部件。美國洛克希德·馬丁航空航天公司利用這一技術焊接了儲存液氧的鋁合金低溫容器火箭結構件。

鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是通過塑性變形和動態再結晶形成的。焊縫區晶粒細小，熔焊無枝晶，組織細小，熱影響區比熔焊窄，無合金元素燒損、裂紋、氣孔等缺陷，綜合性能好。

與傳統的熔焊方法相比，它沒有飛濺、煙塵，不需要添加焊絲和保護氣體，接頭性能好。由于是固相焊接工藝，加熱溫度低，焊接熱影響區組織變化小。比如亞穩相基本保持不變，對熱處理強化鋁合金和析出強化鋁合金非常有利。

焊后殘余應力和變形很小，薄鋁合金焊后基本不變形。與普通摩擦焊相比，它可以焊接直焊縫和角焊縫，不受軸類零件的限制。

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鋁合金傳統焊接工藝要求去除表面氧化膜，并在48小時內進行處理，而攪拌摩擦焊工藝只需在焊接前去除油污，裝配要求不高。與熔焊相比，攪拌摩擦焊節能，污染小。

攪拌摩擦焊鋁合金也有一些缺點：

①鋁合金攪拌摩擦焊的速度低于熔焊；

②焊件的裝夾要求高，焊接時需要對焊件施加一定的壓力，對側需要墊板；

③焊接后端頭形成攪拌頭留下的孔，一般需要補焊或機械拆除；

④攪拌頭適應性差，不同厚度的鋁合金板需要不同結構的攪拌頭，攪拌頭磨損快；

⑤技術還不成熟，目前僅限于簡單的構件，如平面結構、圓形結構。攪拌摩擦焊工藝參數簡單，主要包括攪拌頭的轉速、攪拌頭的移動速度、對焊件的壓力和攪拌頭的尺寸等。

2.2、鋁合金材料的激光焊接

鋁及鋁合金激光焊接技術是近十年發展起來的一項新技術。與傳統焊接技術相比，它具有功能強、可靠性高、無真空條件、效率高的特點。

它具有功率密度高、總熱輸入低、相同熱輸入下的熔化深度大、熱影響區小、焊接變形小、速度快、易于工業自動化等優點，尤其適用于熱處理鋁合金。

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它可以提高加工速度，大大減少熱量輸入，從而提高生產效率和焊接質量。在焊接高強厚鋁合金時，傳統的焊接方法根本無法實現單熔透，但當激光深熔焊形成大深度的小孔時，可以實現小孔效應。

激光焊接鋁合金具有以下優點：

①能量密度高，熱輸入低，熱變形小，熔化區和熱影響區窄，熔化深度大；

②高冷卻速度獲得細小的焊縫組織，接頭性能良好；

③與接觸焊接相比，激光焊接不使用電極，減少了工時和成本；

④電子束焊接時不需要真空氣氛，可選擇保護氣體和壓力，使被焊工件形狀不受電磁影響，不產生X射線；

⑤能焊接封閉透明物體內部的金屬材料；

⑥激光可通過光纖遠距離傳輸，工藝適應性好。借助計算機和機械手，可以實現焊接過程的自動化和精確控制。

目前使用的激光器主要是CO2和YAG激光器。CO2激光器功率大，適用于焊接要求高功率的厚板。然而，CO2激光束在鋁合金表面的吸收率相對較小，在焊接過程中造成了大量的能量損失。

YAG激光器一般功率較低，YAG激光束在鋁合金表面的吸收率高于CO2激光器，且可通過光纖傳導，適應性強，工藝布置簡單。

在焊接大厚度鋁合金時，如體積較大的靜電噴涂設備，傳統的焊接方法根本無法實現單焊透，但當激光深熔焊形成大深度的小孔時，就可以實現小孔效應。

鋁及鋁合金激光焊接的難點在于鋁及鋁合金零件對輻射能的吸收較弱，CO2激光束的初始吸收率(波長10。6μm)為1。7%.YAG激光束的吸收率(波長1。06微米)接近5%。復雜、高頻引弧引起電極燒損和電弧擺動，引弧后穩定性不強。

同時，在電弧的高溫下，電極迅速燃燒。然而，激光與等離子弧結合可以明顯提高熔深和焊接速度。