铝合金的焊接技术研究现状

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铝合金具有杰出的导电性和导热性，且力学性能较高、易加工成形，其密度为钢的三分之一，因而广泛应用于航空航天、船舶、车辆等工业制造领域[6]。飞机、汽车、船舶的部件等常使用铝合金材料，能够大幅度的减轻其重量，降低其重心，提高稳定性，还能降低能耗、减少污染、提高燃料利用率，大幅度降低产品的成本，且能够弥补钢铁在工作中因腐蚀作用而产生的损耗[5]。87885

如图1-1所示，是铝合金的二元相图。其中D点为共晶温度的饱和固溶度。位于D点以左的为变形铝合金。位于D点以右的为铸造铝合金。变形铝合金是通过塑性变形加工使其微观组织和力学性能改变的铝合金。铸造铝合金则是直接通过浇铸而成形。

铝合金的二元相图

根据铝合金中包含的金属元素种类和材料的型号，为不同的合金取定代号：

第一个数字（千位）：1xxx（纯铝）、2xxx（Al-Gu 系合金）、3xxx（Al-Mn系合金）、4xxx （Al-Si 系合金）、5xxx（Al-Mg系合金）、6xxx（Al-Mg-Si系合金）、7xxx（Al-Zn-Mg系合金）、8xxx （上记以外的合金）。论文网

第二个数字（百位）：0代表基本合金；1-9代表铝合金的各种改型。

第三、四个数字（十、个）：铝合金的标识，用于纯铝则表示纯度。

铝合金的材质标识：

F代表原始材料；O表示退火、再结晶处理的材质；H表示加工硬化后的材质(H后加2位数字)。

第1位表示材料加工处理的工艺：H1x表示只作加工硬化的材质；H2x表示加工硬化后，做部分退火后的材质；H3x表示加工硬化和安定化处理后的材质。

第2位表示材料加工处理后的结果：Hx9为超硬质；Hx8为硬质；Hx6为3/4硬质；Hx4为1/2硬质；Hx2为1/4硬质。

铝合金材料的焊接难点主要有以下几点：

(1) 对激光有较高的反射率：在激光焊接的过程中，相当多的光束被铝合金的表层所反射，被板材吸收的热量较少。因此难以使焊材熔化，熔深难以深入[4]。

(2) 较强的氧化能力：铝与空气接触时极易发生氧化，产生致密的Al2O3膜薄。氧化膜在熔池凝固过程中会阻碍熔池金属间的融合，且会形成夹渣。此Al2O3膜薄还会吸收较多的水分，极易产生形状不规则的气孔。这些气孔会引起边缘发生应力集中，最终导致焊缝出现微裂纹[20]。

(3) 线膨胀系数大：铝合金凝固时的体积收缩率约6。5%左右，其焊缝区与热影响区都可能会出现裂纹，导致焊后接头力学性能下降。

为了提高焊接接头的强度，优化工艺，减少缺陷，拓展铝合金的应用空间，国内外的专家学者们做了大量的试验和研究。

邹勇、杨得帅等对6061铝合金激光焊接接头的研究发现，焊接参数的选择对焊接缺陷存在明显的影响：随着激光功率增加，焊缝中的气孔数目也增加。采用脉冲激光能够减少焊缝中的气孔数量，但同时会使其裂纹倾向变大[8]。

卢艳、宋伦斌等采用激光焊接和激光－氩弧复合焊两种焊接工艺，分别对3A21铝合金材料进行试验对比。研究发现相对于单纯的激光焊接工艺，激光复合焊接工艺能够有效提高3A21铝合金材料焊接接头组织的力学性能，减少焊接缺陷的发生，从而提升焊接工艺[9]。

张德芬、杨阳等采用激光－MIG复合焊和激光焊接两种焊接工艺，分别对6009铝合金进行试验对比。研究结果表明：复合焊的焊接速度可以达到单纯激光焊接速度的3倍，接头抗拉强度更强。其韧窝更加均匀，焊缝中心显微组织更加细小。复合焊接焊缝中心的晶体颗粒尺寸更小更均匀，其断裂处的韧窝更深也更均匀。而激光焊接的宽背比大于复合焊接。激光－MIG复合焊的HAZ区发生了软化，而激光焊接的焊缝和HAZ极窄，几乎没有软化区