? 對鋁及鋁合金焊接特點進行分析，比較了TIG、MIG、PAW不同焊接方法焊接鋁及其合金時的優(yōu)缺點。通過攪拌摩擦焊及變極性焊接兩種焊接工藝的介紹，結(jié)合本企業(yè)產(chǎn)品，對兩種焊接方法的應(yīng)用進行了展望。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低密度、高強度金屬材料越來越多地得到應(yīng)用，鋁合金以其低溫特性、質(zhì)量輕、強度高的優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空航天、機車和民用工業(yè)中，成為一種重要的加工材料。??? 在鋁合金的加工過程中，鋁合金的焊接是其中一個重要的加工環(huán)節(jié)。鋁合金導(dǎo)熱快在空氣中容易被氧化，其表面形成一層致密、難熔、體積質(zhì)量大的氧化膜，阻礙基體金屬的熔合。所以對于鋁合金焊接必須可靠清理其表面致密氧化膜，才能保證正常的焊接。
??? 目前鋁合金的焊接方法有交流TIG、直流氬弧TIG、熔化極氣體保護焊MIG、穿孔變極性等離子焊接、真空電子束和激光以及攪拌摩擦焊等，但應(yīng)用較多的仍然是交流TIG和MIG兩種方法，其余的不是工藝或設(shè)備不成熟，就是設(shè)備價格昂貴、應(yīng)用場合受限制等因素而沒有得到廣泛應(yīng)用。在此通過對鋁及其合金焊接特點及常用焊接方法的分析，對目前比較先進的鋁合金焊接技術(shù)一攪拌摩擦焊和變極性焊接進行簡要介紹。
? ? 鋁及其合金的焊接特點
? ? 1.1.采用熱量集中的焊接特點
??? 從物理性能上看，鋁及其合金具有導(dǎo)熱性強而熱量大，線膨脹系數(shù)大，熔點低和高溫強度小等特點。焊接時，首先必須采用能量集中的熱源，以保證熔合良好；其次，要采用墊板和夾具，以保證裝配質(zhì)量和防止焊接變形。例如，純鋁在370~C左右時強度不超過9.8N/mm²，因此焊接時不能采用懸空方式，否則會因支持不住溶池液態(tài)金屬的重量而破壞焊縫成形。
? ? 1.2.有氧化膜，焊接時需要陰極清理
??? 從化學(xué)性質(zhì)上看，鋁及其合金表面極易形成難熔的氧化膜(三氧化二鋁的熔點2050°C)，而鋁只有660°C，所以焊接時必須先除氧化膜，否則會造成焊縫金屬夾渣及未熔合。
? ? 1.3.溶池不易觀察
??? 鋁及其合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時，并無顏色的變化，因此也不易確定接縫的坡口是否熔化，造成焊接操作上的困難。
? ? 1.4.焊縫氣孔傾向大
??? 首先，液態(tài)鋁對氧的溶解速度比固態(tài)下大20倍左右，加上鋁導(dǎo)熱快，氣體來不及逸出而造成氣孔；其次，三氧化二鋁易吸附水分而使焊縫產(chǎn)生氣孔；母材及焊絲未清理干凈(油和水)、保護氣體不純也是造成氣孔的一個方面。
? ? 1.5.焊接接頭的等強性
??? 鋁合金焊接后接頭軟化，表現(xiàn)在強度或塑性有所下降，這種接頭的性能上的薄弱環(huán)節(jié)，可以存在于焊縫、熔合區(qū)或熱影響區(qū)三個區(qū)域中的一個區(qū)域之中。
總之，由于鋁合金焊接的敏感性，往往存在著檢驗工序多、氣孔率高、焊接變形大以及接頭強度系數(shù)低(只達母材的60％-80％)等缺點。
? ? 常用焊接方法的特點
??? 鋁及其合金常用的電弧焊接方法主要有交流鎢極氬弧焊(TIC)和熔化極氣體保護焊(MIG)。
? ? 2.1.鋁合金的交流TIG焊接
? ? 2.1.1.對于交流TIG焊接，最常用的是交流方波。即用電源輸出的交流負半波對鋁合金氧化膜進行破碎處理(也稱為“陰極破碎”)，正半波對鋁合金進行熔化焊接。
? ? 2.1.2.交流TIG焊接的優(yōu)、缺點
??? 優(yōu)點：交流TIG一般適用于焊接薄板(3mm以下)；具有電弧穩(wěn)定、成形美觀、焊件變形小、操作靈活等優(yōu)點；最適合于焊接尺寸較精密的小零件。
??? 缺點：由于受鎢極允許電流密度的限制，它的熔透能力小，對于厚板需要開坡口，采用多層焊，由此導(dǎo)致熱輸入量大，焊接變形大，接頭性能下降，尤其是塑性性能；對工件及焊絲的清理要求高。
? ? 2.2.熔化極氣體保護焊(MIG)接的優(yōu)、缺點
??? 優(yōu)點：適用于焊接厚度8mm以上的鋁或鋁合金的板材；生產(chǎn)效率是TIG的3-5倍。
??? 缺點：氣孔傾向比TIG焊大；焊接線能量大，焊接變形大；同樣對工件及焊絲的清要求高。
??? 總之，以上兩種焊接方法具有工藝要求高，對焊接材料的要求高，容易產(chǎn)生氣孔，接頭性能下降等問題。
? ? 鋁及其合金的攪拌摩擦焊接
??? 攪拌摩擦焊是英國焊接研究所發(fā)明的一種新興的固態(tài)連接方法。通過攪拌針和軸肩與工件之間的摩擦熱，在攪拌針的附近形成塑性軟化層，軟化層在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的作用下填充人攪拌針后所形成的空腔內(nèi)，從而實現(xiàn)可靠的連接。它不僅具有傳統(tǒng)摩擦焊接的優(yōu)點，而且突破了傳統(tǒng)摩擦焊接只能焊接軸類零件的限制，可以焊接板類零件，實現(xiàn)多種接頭形式，不同位置的焊接。
??? 與傳統(tǒng)焊接方法相比，攪拌摩擦焊具有以下特點：
? ? 3.1.焊接過程無熔化，因此無氣孔、裂紋、夾渣等缺陷；
? ? 3.2.無需保護氣體和填絲；
? ? 3.3.殘余變形小、應(yīng)力低；
? ? 3.4.接頭組織性能優(yōu)于熔焊；
? ? 3.5.全機械化操作，效率高。