鋁及其合金因具有良好的耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和高的比強(qiáng)度而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，在產(chǎn)量上是僅次于鋼鐵的第二類金屬材料。近年來(lái)，隨著鋁合金在汽車、造船、國(guó)防、航空航天、娛樂(lè)和體育器材等制造領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，鋁合金焊接技術(shù)也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，其表現(xiàn)可歸為3方面。其一，基于對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新而出現(xiàn)的新型鋁合金焊接技術(shù)，如低頻調(diào)制型脈沖MIG焊、交流MIG焊、雙焊槍TIG焊、穿孔型等離子弧立焊等；其二，高能密度焊接技術(shù)在鋁合金焊接領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，如電子束焊、YAG激光焊等；其三，攪拌摩擦焊在鋁合金焊接領(lǐng)域中的出現(xiàn)[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(wú)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)用的最大障礙；
（2）合金表面易產(chǎn)生難熔的氧化膜(A12O3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、焊接速度高的高效焊接方法[2]。
鋁合金激光焊接技術(shù)
目前，生產(chǎn)中常用MIG 焊、TIG 焊方法來(lái)焊接鋁合金材料。雖然使用這2種方法能夠得到良好的焊接接頭，但是，這2種方法卻有熔透能力差、焊接變形大、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。近年來(lái)，很多科技工作者開(kāi)始探討焊接鋁合金的新方法，如激光焊、雙光束激光焊、激光-電弧復(fù)合焊及摩擦攪拌焊等，下面主要介紹前3種焊接方法的主要特點(diǎn)[3]。
1 鋁合金的激光焊
隨著大功率、高性能激光加工設(shè)備的不斷開(kāi)發(fā)，鋁合金激光焊接技術(shù)發(fā)展很快，是未來(lái)焊接鋁合金的主要發(fā)展方向之一。目前，鋁合金激光焊接已經(jīng)被使用在車體部件的連接上，在Audi A2(全鋁結(jié)構(gòu))上，就有30m 激光焊縫。
與傳統(tǒng)的TIG、MIG 焊相比，用激光來(lái)焊接鋁合金具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到熔化區(qū)和熱影響區(qū)窄而熔深大的焊縫。
(2)冷卻速度快，能得到組織微細(xì)的焊縫，故焊接接頭性能良好。
(3)焊接速度快、功能多、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高且不需要真空裝置，所以在焊接精度、效率、自動(dòng)化等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
激光焊接是一種高能密度的焊接工藝，焊接鋁合金可以有效防止傳統(tǒng)焊接工藝產(chǎn)生的缺陷，強(qiáng)度系數(shù)提高很大。但激光器功率一般都比較低，對(duì)鋁合金厚板焊接困難，同時(shí)鋁合金表面對(duì)激光束的吸收率很低，以及要達(dá)到深熔焊時(shí)存在閾值問(wèn)題，所以工藝上有一定難度[4]。
2 鋁合金的激光一電弧復(fù)合焊
雖然用激光焊接鋁合金有許多優(yōu)勢(shì)，但仍存在較大的局限性，如設(shè)備成本高、接頭間隙允許度小、工件準(zhǔn)備工序要求嚴(yán)等。為了更有效地焊接鋁合金，人們發(fā)展了激光-電弧復(fù)合焊接工藝。激光-電弧復(fù)合主要是激光與TIG 電弧、MIG 電弧及等離子體的復(fù)合。目前，該工藝在德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家研究比較多，并在汽車業(yè)中已有一定的應(yīng)用，如大眾汽車公司的Phaeton前門上就有48處激光-MIG焊道，而且激光復(fù)合焊還可以用來(lái)焊接車體及輪軸。不過(guò)國(guó)內(nèi)在該工藝的研究和應(yīng)用上基本還是空白。
鋁合金激光-電弧復(fù)合焊很好地解決了激光焊接的功率、鋁合金表面對(duì)激光束的吸收率以及深熔焊的閾值問(wèn)題，是極具前景的鋁合金焊接工藝之一，目前工藝還不成熟，處于研究探索階段。
用激光和電弧復(fù)合焊接方法來(lái)焊接鋁合金時(shí)，激光與電弧相互影響，可以克服單用激光或電弧焊方法自身的不足，產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。能顯著提高焊接效率，這主要基于2種效應(yīng)：一方面是高的能量密度導(dǎo)致了高的焊接速度；另一方面是2種熱源同時(shí)作用在一個(gè)相同區(qū)域的疊加效應(yīng)。這種復(fù)合工藝的優(yōu)勢(shì)很多，潛力很大，在未來(lái)的汽車生產(chǎn)中必將具有廣泛的應(yīng)用前景[5]。
3 鋁合金的雙光束激光焊
激光單獨(dú)焊接鋁合金時(shí)會(huì)產(chǎn)生由于鑰孔塌陷而產(chǎn)生的氣孔。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，人們又研究了雙束激光焊，發(fā)現(xiàn)雙束激光焊有相對(duì)較寬的焊寬和較低的焊縫深寬比，能提高鑰孔的穩(wěn)定性，可以明顯地降低氣孔敏感性。其原因在于雙束激光焊接時(shí)第一束激光產(chǎn)生熔池，并對(duì)附近區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，累積的熱量使第二束激光照射該處時(shí)，可以熔化更多的母材，從而形成較寬的焊縫。此外，由于第二束激光可以把第一束激光形成的鑰孔后壁氣化，避免了鑰孔的塌陷，所以形成氣孔的幾率就要小一些[6]。
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