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1、铝合金焊接质量工艺分析及优化方法摘要：现如今，随着我国轻量化车辆制造技术不断的发展，铝合金材料在车辆 制造中得到大量应用。但是铝合金在焊接过程中存在热膨胀和导热系数大、散热 速度快等典型问题，焊接质量控制成为铝合金生产中的一大难题。本文主要针对 铝合金材料熔焊中存在的质量问题进行分析，如气孔率高、接头残余应力大、结 晶组织和晶粒粗大，提出优化焊接工艺的方法，为改善铝合金焊缝的质量缺陷、 焊缝的性能提升提供基础。关键词：铝合金焊接；质量；工艺优化引言众所周知，铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性， 同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。高强铝合金具有较高的比强度、比刚度，良 好的耐
2、腐蚀性能、加工性能和力学性能，已成为汽车、航空航天、舰船等载运领 域结构轻量化制造不可或缺的金属材料，其中汽车、飞机应用最多。铝极易氧化 产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，从而破坏金属的连续性和均匀 性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。焊接技术在提高结构材料利用率、减轻结构 重量、实现复杂及异种材料整体结构低成本制造方面独具优势，其中铝合金激光 焊接技术更是倍受关注的热点，值得业内人士的重视。1 铝合金焊接技术的特点1 ）抗氧化铝合金焊接的过程中，会达到铝的熔点，表面铝金属融化，由于金 属铝极易氧化，在已经融化的铝金属即将滴落时，铝金属会和空气中的氧气迅速 结合，形成致密的氧化铝薄膜，附
3、着在金属表面，阻止内部已融化的铝金属进一 步低落。此时，若是想要进一步进行铝合金的焊接过程，就要换用功率更大的焊 接仪器，采用大功率密度的焊接工艺。2）熔点铝合金的熔点高，很稳定，在焊 接的过程中，能够起到吸潮的作用。但同时，焊接的过程中，铝金属的表面极易 产生气泡等缺陷，所以在焊接的过程中要注意随时清除铝合金表面的氧化铝薄膜， 防止气泡影响到最终的产品质量。 3）热导率铝合金的热导率较大，通常情况下， 铝合金的热导率约为钢的4 倍，所以在铝合金的焊接过程中，在相同焊接速度的 条件下，铝合金的焊接技术需要更高的热输入，具体热输入约为钢材料的二到四 倍。2 铝合金焊接工艺优化2 1 焊接工艺优化
4、对晶粒度的影响 不同的焊接工艺对焊接接头金相组织晶粒度的影响不同，现有的焊接工艺大 功率激光焊的焊缝中心区组织晶粒最细小，但力学性能较差，在激光焊中增加 TIG 辅助、高频 TIG 复合焊等技术引进使晶界共晶相的宽度较小、焊缝组织细化、 力学性能增加。但从组织的均匀性考量，晶粒仍比较粗大，从焊接工艺对焊接接 头的性能角度，为降低熔合区的晶粒粗大、晶界析出量等接头缺陷，焊接接头的 工艺参数需要优化，对打底层采用快速焊、焊丝填充量背面成型宽度控制在5mm，正面焊缝平面控制在1mm。经验证此时的接头晶粒组织细而均匀，对填 充层采用低速焊，焊缝平面控制在1mm，给予接头足够的热循环时间，获得较 为细化
5、的晶粒组织。2.2 激光焊接焊接激光器有脉冲激光器，波长在 1064nm 时，光束比较集中，但能量较小 通常用于对薄壁的焊接。使用脉冲激光器焊接时要选择合适的波形，如方波、双 峰波等。铝合金表面对激光的反射率较高，前期会损失较多的能量，但随着温度 的升高，小孔形成后开始进入深熔焊，液态金属对激光的吸收率又增大，因此在 此时应减小激光的能量，以防能量过大使液态金属产生飞溅现象。铝合金激光焊 接时，焊接速度较快时，过冷度也就越大，容易导致裂纹出现。激光焊接器还有 一种焊接模式是连续焊接，连续焊接时不容易出现裂纹，焊接后有一定的韧性。 连续激光焊接还能解决脉冲焊接后出现的凹陷问题。与传统的焊接方式相
6、比，连 续激光器有许多的优势，生产的效率较高，还能解决脉冲激光焊接后出现的裂纹 和气孔问题，使得焊接后的铝合金有良好的性能，并且连续激光焊接的成本也较 低。2.3 铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术 铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术是近10 年来发展起来的一项新技 术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等 特点。焊接过程易于集成化、自动化、柔性化，可实现高速高精度焊接，特别适 合复杂结构的高精度焊接。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、 热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合 金有较大的应用优势。可提高加工速度
7、并极大地降低热输入，从而可提高生产效 率，改善焊接质量。激光焊接技术在工业中所占比重已成为衡量一个国家工业加 工水平高低的重要标志，激光焊接是铝合金焊接技术的重要发展方向。随着激光 技术和铝合金研制技术的发展，进一步开展铝合金激光焊接应用技术基础研究、 开发铝合金激光焊接新工艺，更有效地拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力。2.4 焊接工艺优化对气孔率的影响 现行铝合金材料焊接工艺的填充层采用焊枪摆动所产生的接头质量，熔宽范 围、接头的软化区相应的加大，与不摆动焊枪相比，虽然在一定程度上改善了焊 缝内气孔率，但通过焊枪摆动改变仍未有效克服熔合线附近局部气孔率高的常见 问题，铝合金材料散热和热传导条
8、件的不一致对焊接接头性能的改变效果甚微， 抑制焊缝中气孔的产生关乎焊缝质量的好坏，从根源控制母材、填充物和保护 气体中氢含量，需要精细的生产工艺，焊前需对母材表面去除 015mm 的厚度 表面粗糙度尽量控制在5ym。优化单面两层焊的焊接工艺，快速打底低速填 充的方法，并采用高频耦合脉冲TIG焊技术，使电弧的能力密度、刚度和冲击力 增强，熔池内液态金属材料有规则地流动，与母材有效结合，抑制气孔的产生， 焊接接头的拉伸强度系数、延伸率等力学性能增强。3 铝合金焊接技术的研究展望 依据上述的铝合金焊接技术的特点，可以看出铝合金技术作为工业领域中的 关键技术，必然有着长远的发展。如今，铝合金焊接技术的
9、各项特点大部分已经 被应用于当今技术各个领域的实践之中，但还有很多部分有待进一步研究。首先， 原铝合金焊接技术大部分采用普通的脉冲MIG、TIG等技术，随着其内置处理器 的发展，微型处理器和数字信号处理芯片将会成为铝合金焊接技术的核心。其次， 传统的焊接技术将会逐渐被激光焊接技术和电子焊接技术所取代。经过不断发展 和改造的新型焊接技术将会具有更高的质量，能够在更大的程度上满足相关生产 部门的要求，其应用也会越来越广泛。此外，铝合金焊接技术在一定程度上会影 响最后成品的结构、外观甚至是其他关键性能。因此我们要在实际应用之中，根 据铝合金焊接技术的使用过程中产生的问题，不断进行优化，以满足工业领域
10、的 更高要求。不断发展的铝合金焊接技术已经成为工业领域中的一大优势，如何充 分利用这个优势，如何更大限度地发挥这一优势是相关技术研究人员应该一直思考的命题。结语铝及铝合金材料密度低，强度高，热电导率高，耐腐蚀能力强，具有良好的 物理特性和力学性能，因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。随着材料技术的 发展，各种高强高韧铝合金不断推出，尤其是第三代铝锂合金、新型高强铝合金 的出现，对铝合金激光焊接技术提出了更多更高的要求，同时铝合金的多样性也 带来了各种各样的激光焊接新问题，所以必须深入研究这些问题，才能更有效地 拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力。参考文献：1 高鹏.铝合金焊接质量的定量评价及其工艺优化分析J.科学技术创 新，2019（02）：1851862 刘小松，戴忠晨，赵佳佳，等调修次数对铝合金焊接接头力学性能及 微观组织的影响J.焊接技术，2018, 47（7）： 54 57+6.3 彭亚萍.铝合金焊接质量的定量评价及其工艺优化J.焊接技术， 2016， 45（7）： 9598.
