焊接工艺对铝合金焊接性能的影响

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响

梁兆银

身份证号码： 37083019691110****

摘要：随着铝合金应用的广泛发展，铝合金焊接性能越来越重要。因此，提高铝合金的焊接性能成为铝合金发展的重点。铝合金焊接材料是铝合金钎焊和熔化焊所必需的填充材料，是决定焊接技术和焊接质量的重要因素之一。现今，越来越多铝合金焊接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于其焊接效率高，能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。

关键词：铝合金；焊接工艺；焊接性能

引言

调查显示，在工业生产领域中，铝合金的产量仅次于钢铁的产量。铝合金的耐腐蚀性、导电性和传热性，使其能够广泛的应用于各行各业。而铝合金焊接技术的好坏，直接决定了铝合金在实际应用中发挥的价值。

1铝合金焊接技术的特点

铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀等特点。这些特点与其物理性质息息相关，由于这些优点，使得铝合金焊接技术具有广阔的应用空间和发展前景。

1.1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。

1.2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。

1.3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试验设备及材料

2.1试验设备

光纤激光器是把泵浦物质掺入到光纤中，由半导体激光器发出特定波长的激光，使光纤产生激光，光纤激光器具有结构紧凑、光电转化效率达到30%、功率稳定、免维护等优点，非常适合金属材料的精密焊接。采用1000W单模光纤激光器,平均功率1000W,中心波长1070nm,光束质量M2=1.3(其值越小,表明光束质量越好,极限值为1.0)。由于单模激光器良好的光束质量,光束分布呈高斯分布,聚焦光斑小，作用在材料上的功率密度高，可以得到深宽比大的焊缝。

2.2试验材料

试验材料为铝合金，厚度为1.0mm，长×宽尺寸为100mm×50mm。采用拼接方式进行焊接，焊接前清洗铝合金表面及接头处去除油污和氧化膜，采用工装将待焊工件夹紧。

2.3试验设计

经过前期大量试验验证，影响焊接接头强度的主要因素为激光功率、焊接速度、离焦量(激光焦点与工件表面的距离，焦点在工件表面上方为正离焦，焦点在工件下方为负离焦)。三者对焊缝熔深、焊缝宽度、焊缝外观以及热影响范围均有直接的影响，三者同时作用将直接影响焊接接头的强度。在前期预试验可行的基础上，保持其他因素不变，对激光功率、焊接速度及离焦量三因素进行设计。

2.4接头焊缝成形

在TIG电弧加热作用下，由于局部焊接温度高于铝合金母材和焊丝的熔点，焊丝熔化并填充焊缝，在铝母材一侧形成熔焊接头。此外，局部焊接温度低于钢母材熔点，配合钎剂的化学去膜作用，熔融焊缝金属与钢基体发生钎焊反应形成钎焊接头，并在钢基体生成一层界面反应产物。

2.5焊接电流对界面微观形貌的影响

控制金属间化合物（IMC）层厚度，是获得高强度异种金属接头的重要手段之一。在铝/钢电弧熔钎焊过程中，金属间化合物层厚度受焊接热输入的影响非常明显。

使用Image-proplus软件测量界面金属间化合物层厚度，可知界面上、中、下三个位置处的IMC平均厚度分别为9、8.8、8.6μm。可见，由于焊接热输入值较低，界面上、中、下三个位置的金属间化合物层厚度相差较小。然而，接头上界面接受热量相对更高，母材板下部的热输入值较小，因此界面下部IMC厚度最薄。当焊接电流为75A时，在界面IMC处出现分层现象。

3焊后性能测试

3.1力学性能测试

焊件在焊后进行了截面拉伸测试、弯曲测试和维氏硬度检测。根据检测结果可知，不同焊接工艺的不同焊材的抗拉强度几乎没有区别，焊接质量都较好。对试样进行弯曲试验进行顺时针弯曲和逆时针弯曲时，均能达到弯曲角超过180°而不开裂，且拉伸试验中试样断裂位置为母材，说明了所采用的MIG焊的焊接工艺参数可以保证接头可靠连接。

3.2维氏硬度测试

焊接接头的拉伸强度很大程度上与其微观硬度分布密切相关。对不同焊接试样的样品进行了显微硬度检测，每个样品选取了17个检测点，所取点位置对称分布在焊缝两侧。

不同工艺的维氏硬度值在母材上的变化无规律，但在焊缝处仰焊略高于横焊时的硬度，且基本上以焊缝为基准对称。焊缝区、热影响区硬度值与母材相比，都有很大程度的下降，这与焊接接头拉伸强度低于母材的规律是一致的。

4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

（1）同一铝合金焊接材料分别采用横焊和仰焊，在拉伸性能上几乎没有差别，但采用仰焊的焊接接头的硬度较高，焊接质量也较好。

（2）不同焊接材料采用同一工艺，6082铝合金在拉伸性能上略高于其他材料，且在硬度上也较高。

（3）从微观组织上可知，采用仰焊的接头的组织中析出更多的不连续晶界析出物，提高了接头的性能。6082铝合金的焊接接头的性能比5083铝合金的性能好，且同一种合金焊接的接头比两个不同合金焊接的接头性能更好。

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