鋁質合金焊接工藝最常用的方法
2017/5/8 11:23:50
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先來了解幾種最先進的鋁和鋁合金焊接工藝和方法:
(1)鋁合金的攪拌摩擦焊接工藝:
其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插進工件待焊部位,通過攪拌頭高速旋轉與工件間的攪拌摩擦,摩擦產生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態,并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性活動,從而使焊件壓焊在一起。由于攪拌摩擦焊過程中不存在金屬的熔化,是一種固態連接過程,故焊接時不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是經過塑性變形和動態再結晶而形成,焊縫區晶粒細化,無熔焊的樹枝晶,組織細密,熱影響區較熔化焊時窄,無合金元素燒損、裂紋和氣孔等缺陷,綜合性能良好。與傳統熔焊方法相比,它無飛濺、煙塵,不需要添加焊絲和保護氣體,接頭性能良好。由于是固相焊接工藝,加熱溫度低,焊接熱影響區顯微組織變化小,如亞穩定相基本保持不變,這對于熱處理強化鋁合金及沉淀強化鋁合金非常有利。焊后的殘余應力和變形非常小,對于薄板鋁合金焊后基本不變形。
攪拌摩擦焊鋁合金存在的缺點:
①鋁合金攪拌摩擦焊接時速度低于熔化焊;
②焊件夾持要求高,焊接過程中對焊件要求加一定的壓力,反面要求有墊板;
③焊后端頭形成一個攪拌頭殘留的孔洞,一般需要補焊上或機械切除;
④攪拌頭適應性差,不同厚度鋁合金板材要求不同結構的攪拌頭,且攪拌頭磨損快;
⑤工藝還不成熟,目前限于結構簡單的構件,如平直的結構、圓形結構。
(2)鋁合金的激光焊接工藝:
鋁及鋁合金激光焊接技術(LaserWelding)是近十幾年來發展起來的一項新技術,與傳統焊接工藝相比,它具有功能強、可靠性高、無需真空條件及效率高等特點。其功率密度大、熱輸進總量低、同等熱輸進量熔深大、熱影響區小、焊接變形小、速度高、易于產業自動化等優點。
激光焊接鋁合金存在的缺點:①現在應用的激光器主要是CO2和YAG激光器和光纖激光器,CO2激光器功率大,對于要求大功率的厚板焊接比較適合。但鋁合金表面對CO2激光束的吸收率比較小,在焊接過程中造成大量的能量損失。②YAG激光一般功率比較小。③大功率光纖激光器激光焊接機特別昂貴,目前還沒有達到大規模產業化生產。
(3)鋁合金的電子束焊接工藝:
電子束焊是指在真空環境下,利用會聚的高速電子流轟擊工件接縫處產生的熱能,使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束作為焊接熱源的突出特點是功率密度高、穿透能力強、精確、快速、可控、保護效果好。對于鋁合金電子束焊接,由于能量密度高可大大減小熱影響區,進步焊接接頭強度,避免熱裂紋等缺陷的產生。由于能量密度高,穿透能力強可對難以焊接的鋁合金厚板進行焊接。鋁合金電子束焊焊后殘余應力小,變形小,對薄板焊后幾乎可做到不變形。電子束焊要求在真空條件下完成,真空是最好的保護手段,在這種條件下可以得到純凈的焊縫金屬,避免了空氣或保護氣體的污染。電子束焊接鋁合金在真空重熔時,焊縫中雜質含量微乎其微,焊縫氣體含量降低接近一半,從而焊縫塑性、韌性大大進步。電子束可控性好,可以方便地進行掃描、偏轉、跟蹤等,易于焊接過程的自動化,并且通過電子束掃描熔池可以消除缺陷,進步接頭質量。
(1)鋁合金的攪拌摩擦焊接工藝:
其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插進工件待焊部位,通過攪拌頭高速旋轉與工件間的攪拌摩擦,摩擦產生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態,并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性活動,從而使焊件壓焊在一起。由于攪拌摩擦焊過程中不存在金屬的熔化,是一種固態連接過程,故焊接時不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是經過塑性變形和動態再結晶而形成,焊縫區晶粒細化,無熔焊的樹枝晶,組織細密,熱影響區較熔化焊時窄,無合金元素燒損、裂紋和氣孔等缺陷,綜合性能良好。與傳統熔焊方法相比,它無飛濺、煙塵,不需要添加焊絲和保護氣體,接頭性能良好。由于是固相焊接工藝,加熱溫度低,焊接熱影響區顯微組織變化小,如亞穩定相基本保持不變,這對于熱處理強化鋁合金及沉淀強化鋁合金非常有利。焊后的殘余應力和變形非常小,對于薄板鋁合金焊后基本不變形。
攪拌摩擦焊鋁合金存在的缺點:
①鋁合金攪拌摩擦焊接時速度低于熔化焊;
②焊件夾持要求高,焊接過程中對焊件要求加一定的壓力,反面要求有墊板;
③焊后端頭形成一個攪拌頭殘留的孔洞,一般需要補焊上或機械切除;
④攪拌頭適應性差,不同厚度鋁合金板材要求不同結構的攪拌頭,且攪拌頭磨損快;
⑤工藝還不成熟,目前限于結構簡單的構件,如平直的結構、圓形結構。
(2)鋁合金的激光焊接工藝:
鋁及鋁合金激光焊接技術(LaserWelding)是近十幾年來發展起來的一項新技術,與傳統焊接工藝相比,它具有功能強、可靠性高、無需真空條件及效率高等特點。其功率密度大、熱輸進總量低、同等熱輸進量熔深大、熱影響區小、焊接變形小、速度高、易于產業自動化等優點。
激光焊接鋁合金存在的缺點:①現在應用的激光器主要是CO2和YAG激光器和光纖激光器,CO2激光器功率大,對于要求大功率的厚板焊接比較適合。但鋁合金表面對CO2激光束的吸收率比較小,在焊接過程中造成大量的能量損失。②YAG激光一般功率比較小。③大功率光纖激光器激光焊接機特別昂貴,目前還沒有達到大規模產業化生產。
(3)鋁合金的電子束焊接工藝:
電子束焊是指在真空環境下,利用會聚的高速電子流轟擊工件接縫處產生的熱能,使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束作為焊接熱源的突出特點是功率密度高、穿透能力強、精確、快速、可控、保護效果好。對于鋁合金電子束焊接,由于能量密度高可大大減小熱影響區,進步焊接接頭強度,避免熱裂紋等缺陷的產生。由于能量密度高,穿透能力強可對難以焊接的鋁合金厚板進行焊接。鋁合金電子束焊焊后殘余應力小,變形小,對薄板焊后幾乎可做到不變形。電子束焊要求在真空條件下完成,真空是最好的保護手段,在這種條件下可以得到純凈的焊縫金屬,避免了空氣或保護氣體的污染。電子束焊接鋁合金在真空重熔時,焊縫中雜質含量微乎其微,焊縫氣體含量降低接近一半,從而焊縫塑性、韌性大大進步。電子束可控性好,可以方便地進行掃描、偏轉、跟蹤等,易于焊接過程的自動化,并且通過電子束掃描熔池可以消除缺陷,進步接頭質量。
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