国外铝合金焊接技术的发展

1、_ 机 械 m a c h in e r y 国外铝合金焊接技术的发展 李 盖 1 8 国外铝合金的应用领域正在不断的 扩大 ，除了在航空、航天以及建筑行业 应用外，在汽车、造船 机械 电气 、 制玲、军事和包装等行业也得到愈来愈 广泛的应用。随着铝合金应用的发展， 铝焊接阃题就显得愈来愈重要了铝合 金的应用和铝焊接技术的发展是相 辅相 成的。要扩大铝合金的应用范围，必须 提高铝合金的焊接技术；铝合金焊接技 术提高了，会促使铝合金应用领域进一 步扩大。在 5 0年代以前，由于铝焊接 工艺比较落后，使得铝合金的应用受到 很大 的限制 。 自 5 0年代 以后，铝合金 的焊接技术有了突破性的进展，

2、从而使 得铝合金在许多领域中的应用成为可 能。铝焊 接技 术虽然 在 国外 已发展 了 三 四十年，但仍有许多问题待于解 决；特别是一些新的应用领域对铝焊接 工艺提出了新的要求。下面首先介绍一 下铝焊接在 国外的发展和应 用情况。 在航空 建筑和机械领域中，传统 和连接方法是铆接这种方法的缺点是 铆接处易于 产生静 电腐 蚀和接 口松动。 所 以，国外在 这些领 域 中采 用焊接 方 法。 铝合金在汽车方面的应用是汽车用 材料的一个新的发展方向适应节能的 要求，汽车制造者正在不断寻求用铝合 金来代替钢材。目前，日本由于采用铝 合 金代替 钢材 ，使得 汽车重 量减 轻了 2 0 5 0 ，燃

3、料 节 省 了 1 0 以 上。 最近，有的公司推出了全铝汽车。使用 铝合金的优点，不仅在于减轻重量，也 提高了耐腐蚀性，从而使材料的使用寿 命得到了延长。汽车上的铝结构连接都 要求焊接，井要求焊缝有 良好的机械性 能，无气孔。除结构件之外，汽车上的 散热器也向着铝合金化的方向发展。传 统的汽车散热器采用铜合金，重量大， 成本高 在铝合金的焊接技术提高之 后，铝合金的散热器比铜合金有更多的 优越性 目前，许多汽车公 司都在推广 用铝合金来代替铜合金来制造汽车散热 器 轮船上铝合金的应用也迅速发展， 且几乎所有的连接部位都要求焊接。在 发达国家游艇的生产 量很大，舰体一般 都是全铝结构 ；过去采

4、用铆接 ，现在转 向焊接。另外，气垫船也从用玻璃钢材 料向铝合金转化。为减轻船体重量大 型客货轮和军舰的上层建筑也逐渐采用 铝合金结构 铝合金在制玲工业方面的应用也是 一 个新的发展方向传统的制玲技术是 采用铜散热器，连接部位采用铅焊 。铅 焊的质量不易保证，制冷荆亦易泄漏 目前使用的氟利昂制冷剂，是造成大气 臭氧层破坏 的罪魁祸 手，国际社会强烈 要求制止氟利昂的生产，采用铝合金散 热器后，连接部位的焊接是铝熔焊 ，其 效果优于铅焊 ，可 以保证制冷剂没有泄 漏因此，铝合金散热器的应用有着良 好的前景。这是制冷行业的一项重大的 措施目前在国外得到不断的推广。 另外在军工方面铝合金 的应用 亦

5、日 趋广泛。用铝台金来代替钢铁材料，会 使武器装备的重量大大减轻 ，携带和运 输都很方便。 铝焊接中的一个重要 问题是铝焊料 的生产。 目前根据焊接的母材不同铝焊 料分成两个系列。一种是用于加工铝材 焊接的焊料，另一种是用于铸铝焊接的 焊料。在美国用于加工铝焊接的焊料有 十几 个 品 种 ，有i 1 0 0 ， 1 1 9 9 ， 2 3 i 9 ， 4 0 4 3 ，4 0 4 7 ，4 1 4 5 ，4 6 4 3 ， 5 i 8 3 ， 5 3 5 6 ，5 5 5 4 ，5 5 5 6和 5 6 5 4等牌号 ；用 于铸铝 的焊 料有 4 0 0 8 ，4 o 0 9 ，4 0 1 0

6、和 4 0 1 i 等几种牌号。其 中 1 1 0 0 、1 1 9 9系 列焊料的化学成分是纯铝加上微量合金 化元素 ，铝的含量在 9 9 以上 ；2 0 0 0 系列焊料是铝铜合金；4 0 0 0系列是铝 硅合金，5 0 0 0系列是铝镁合金用于 铸铝的焊料系列 4 o 0 0是铝硅铜镁台 金。 由于铝焊接工艺要求严 格，所以对 焊料的质量要求很高首先化学成分要 分布均匀，如果有化学成分的偏析，就 会导致焊接区产生裂纹；另外焊料中要 防止气孔和夹杂物液态铝中氧的溶解 度比固态铝要高出 2 0倍以上，因此在 生产铝焊料的过程中要防止水气和其它 能产生氢气的来蔼。焊缝区如果有严重 的氢气气泡或

7、一些氢气产生的空穴，都 会使 焊缝 区的塑性 变坏而 产生氢脆 现 象 因此，除了生产过程中要保证焊料 的无气孔性 ，在运输、储存 过程 中也要 避免焊料吸水以及其它的污染源，对铝 焊料产品的包装要求也很严格，一般都 采用塑料密封包装。铝焊料产品有两种 类型：一种是丝材，一种是棒材前者 主要 是用于 自动焊接，后者主要用于手 工焊接。丝材的包装采用轴装，捧材的 包装采用塑料套封装。在储存中要放在 干燥无水气的容器 内。用于 自动焊接的 焊 丝要求有 标准 的轴 重 有 i 磅 、 i 5 磅和 3 o磅几种。另外，焊丝的表面要 求无润精荆污染，直径规格也有一定的 标准 铝焊料的生产， 目前在国

8、外基本上 实行的是 a ws标 准。一些 特殊 用途的 铝焊料也实行其它的标准 ，如航天方面 使用的铝焊料实行汽车工程协会标准 s ae ，军工方面使用的铝焊料实行美国 海军 部的标 准 mi l i t a r y f e d e r a l ，另 外还有美国国家计量标准局的标准 ans i 和铝 协会 的标准等 按照 这些标 准的规定，铝焊料要进行 各种试 验，以 确定产品是否符合出厂要求。一般的试 童 焊 丁复 a 。 钙 维普资讯 验有 下几种。一种 叫焊接试验 这种 试验是 用焊 料进行实际的铝台金焊接 ， 然后用 x 射线 仪来探测焊缝 区的气孔 和裂纹，以确定焊料 的焊接性 能是

9、否合 格 一种叫供料性能试验。这种试验 的 目的是检验在 自动焊接时，是否能维持 恒定的供料 有的焊丝在连续供料过程 中会有缠绕 扭结 以及死旁等现象。还 有一种试验是力学性能试验，一是对生 产出来的焊丝进行拉伸试验，一是对焊 接部件的焊缝进行横向拉伸和焊缝弯曲 试验。为保证生产出来的铝焊料表面没 有润滑剂的污染，还要进行一种烟雾试 验。对 于各种特殊用途的铝焊料，还可 进行其 它一些性能试验 在铝台金焊接 中，铝焊料品种的选 择也要规范化。焊料 的选择 首先取决于 母材，有 同种母材的焊接，也有不同种 母材的焊接 无论哪一种情况的焊接都 有几种焊料可供选择。这种选择的 目的 是取决于焊缝的使

10、用性能要求。根据铝 合金应用情况，制定出 6种使用条件。 第一种是焊接的难易程度，也包括是否 产生焊接裂纹，用符号 w 来表示 第 二种是焊缝的强度，是指平接焊缝的强 度，用符号 s来表示。第三种是焊缝 的塑性 ，是指在无弯曲情况下的拉伸延 伸性 能，用符号 d 来表示 。第 四种 是 耐磨蚀性，指在盐水中的抗腐蚀能力， 用符号 c来表示 第五种是在高温下 的焊缝持 久性 ，指在 6 5 5 以上焊缝 承受高温的能力，用符号 t来表示 第六种是阳极 氧化着色的能力，是指焊 缝处着色能力和母材的匹配，用符号 m 来 表示。对于每一种使用条件定出 4 个等级标 准，分别 为 a b c和 d 对于

11、每一种焊料在不同的使用条件下 可 达到不同的等级 。因此，使用者可 根 据焊接的具体 使用条件来选择焊料的种 类 应 当指 出，每一种焊料只有在某些 使用条件下才有 良好的表现 ，使用者 必 须根据主要的性 能要求来选择焊料， 而 不可能选择一种焊料在所有性 能方 面都 很优越 ，必须有取有舍 这 种铝焊料焊 接性能可以制定出一个等级表，根据这 个袁可 以对不同母材和不同使用条件的 铝焊接选择出正确 的焊料。 铝是化学性质很 活泼的元素，很容 易和氧化台而形成氧化铝。氧化铝的熔 点很高，在一般的铝焊接温度下不会融 化，只会形成杂质，使焊缝区的塑性降 低；另外也常常导致产生焊接裂纹 所 在焊接过

12、程中也常采取一定的措施 盘 除表面的氧化物。有一种先进技术叫阴 极浸蚀方法，它是利用谪节 阴极 电位 的 方法使氧化铝 在焊 接过程 中首先除掉 以获得 良好的焊接质量。 在铝焊接中，焊料进料多少也会导 致焊接质量的低劣 采用人工焊接很难 保证进 料的速度均匀一致。在国外，大 量的焊接都采用 自动焊接的方法，这种 方法有一定的焊料传输机构 ，使得焊接 过程中焊料的输入速度维持恒定。一旦 条件选择适当可 保证焊缝均匀，质 机械 m a c h i n e r y 量可靠 铝焊接目前所使用的方法有金属电 弧 保护 焊( ml g) 和 钨 电 弧保 护焊 t i g)两种。它们的原理是利用在惰 性

13、气体下产生的电弧去除掉铝表面的氧 化膜 ，而使母材熔融的办法来获得 良好 的焊接。这种焊接方法对惰性气体的覆 盖以及电弧的强度等的控制都要适当。 因此焊接技 术的掌握也很重要。 直流正 电极 mi g焊接方法有 良好 的焊接结果。但是直流正电极 t i g焊 接在应用 l 有困难，原 因是热量很大， 热影响巨大 ，但是焊接 渗透 区却很浅 。 所以采用交流电的方法可以利用交流负 电极部份进行焊接渗透，而正电极部份 可提供清除氧化层的作用。目前，国外 新的焊接设备由于采用了先进的整流技 术和快速固态开关装置，可 产生非对 称交流波形，这样可以控制正负极所 占 的比重。一般情况下碱少正极状 态的时 间，增加负极状态的时间，使得热量减 少，热影响区减少，但是焊接渗透得到 增加。由于这种焊接设备的改进，使得 原 来 不 能用 t i g 焊接 的 问题 得 解 决 铝 焊接 技术 在 国外有 了很大 的发 展， 目前发展的趋势是向 自动化和规范 化的方向。一些大公司现在开始用计算 机控 制 和机器 人操作 进行 t l g 焊接 。 随着铝合金应用的广泛发展，铝焊接技 术将会有更加广阔的前途。