現代科學技術的發展促進了鋁合金焊接技術的進步。可焊接的鋁合金材料范圍逐步擴大,現在不僅可以成功地焊接非熱處理強化的鋁合金,而且解決了傳統的航空航天和軍工等行業,逐步擴大到國民經濟生產和人民生活的各個領域。
鋁合金的應用領域正在不斷的擴大,除了在航空,航天以及建筑行業應用外,在汽車,造船,機械,電器、制冷、軍事和包裝等行業也得到愈來愈廣泛的應用,隨著鋁合金應用的發展,鋁焊接問題就顯得越來越重要,鋁合金的應用和鋁焊接技術的發展是相輔相成的,要擴大鋁合金的應用范圍,必須提高鋁合金的焊接技術;鋁合金焊接技術提高了,會促使鋁合金應用領域進一步擴大,在50年代以前,由于鋁焊接工藝比較落后,使得鋁合金的應用受到很大的限制。自50年代以后,鋁合金的焊接技術有了突破性的進展,從而使得鋁合金在許多領域中的應用成為可能,鋁焊接技術雖然在國外已經發展了三、四十年,但仍有許多問題待于解決;特別是一些新的應用領域對鋁焊接工藝提出了新的要求。下面首先介紹一下鋁焊的發展和應用情況。
在航空,建筑和機械領域中,傳統的連接方法是鉚接,這種方法的缺點是鉚接處易于產生靜電腐蝕和接口松動。所以,國外在這些領域中采用焊接方法。
鋁合金在汽車方面的應用是汽車材料的一個新的發展方向。適應節能的要求,汽車制造者正在不斷尋求用鋁合金來代替鋼材,目前,日本由于采用鋁合金代替鋼材,使得汽車重量減輕了20%-50%,燃料節省10%以上。最近,有的公司推出了全鋁汽車,使用鋁合金的優點,不僅在于減輕重量,也提高了耐腐蝕性,從而使材料的使用壽命得到了延長。汽車上的鋁結構連接都要求焊接,并要求焊縫有良好的機械性能,無氣孔。除結構件之外,汽車上的散熱器也是向著鋁合金化的方向發展,傳統的汽車散熱器采用銅合金,重量大成本高。在鋁合金的焊接技術提高之后,鋁合金的散熱器比銅合金有更多的優越性。目前,許多汽車公司都在推廣用鋁合金來代替銅合金來制造汽車散熱器。
輪船上鋁合金的應用也有迅速的發展,且幾乎所有的連接部位都要求焊接。在發達的國家游艇的生產量很大,艦體一般都是全鋁結構;過去采用鉚接,現在轉向焊接。另外,氣墊船也從用玻璃鋼材料向鋁合金轉化,為減輕船體重量,大型客貨輪和軍艦的上層建筑也逐漸采用鋁合金結構。
鋁合金在制冷工業方面的應用也是一個新的發展方向,傳統的制冷技術是采用散熱器,連接的部位采用釬焊,釬焊的質量不易保證,制冷劑易于泄露,目前使用的氟利昂制冷劑,是造成大氣臭氧層別破壞的罪魁禍首。國際社會強烈的要求制止氟利昂的生產,采用鋁合金散熱器后,連接部位的焊接是用鋁熔焊,其效果優于釬焊。可以保證制冷劑沒有泄露。因此,鋁合金散熱器的應用有著良好的前景。這是制冷行業的一項重大的措施,目前在國外得到不斷的推廣。
另外在軍工方面鋁合金的應用也是日趨廣泛。用鋁合金來代替鋼材,會使武器裝備的重量大大減輕,攜帶和運輸都很方便。
鋁焊接中的一個重要問題是鋁焊料的生產,目前根據焊接的母材不同把鋁焊料分成兩個系列。一種是用于加工鋁材焊接的焊料,另一種是用于鑄鋁焊接的焊料。在美國用于加工鋁焊接的焊料有十幾種品種,有1100、1199、2319、4043、4047、4145、4643、5183、5356、5554、5556和5654等牌號。用于鑄鋁的焊料有4008、4009、4010和4011等幾種牌號。其中1100、1199 系列焊料的化學成分是純鋁加上微量合金元素,鋁的含量在99%以上;2000系列焊料是鋁銅合金;4000系列是鋁硅合金,5000系列是鋁鎂合金,用于鑄鋁的焊料系列4000是鋁硅銅鎂合金。由于鋁焊接工藝要求嚴格,所以對焊料的質量要求很高,首先化學成分要分布均勻,如果化學成分的偏析,就會導致焊接區產生裂紋;另外焊料中要防止氣孔和夾雜物,液態鋁中氫的溶解度比固態鋁要高出20倍以上,因此在生產鋁焊料的過程中要防止水氣和其它能產生氫氣氣泡或一些氫氣產生的空穴,都會使焊縫區的塑性變壞而產生氫脆現象。因此,除了生產過程中要保證焊料的無氣孔性,在運輸,儲存過程中也要避免焊料吸水以及其他的污染源,對鋁焊料產品的包裝要求也很嚴格,一般都采用塑料密封包裝,鋁焊料產品有兩種類型:一種是絲材,一種是棒材,前者主要是用于自動焊接,后者主要用于手工焊接。絲材的包裝采用軸裝,棒料的包裝采用塑料套封裝。在儲存中要放在干燥無水氣的容器內。用于自動焊接的焊絲要求有標準的軸重,有1磅,15磅和30磅幾種。另外,焊絲的表面要求無潤滑劑污染,直徑規格也有一定的標準。
在鋁合金焊接中,鋁焊料品種的選擇也要規范化,焊料的選擇首先取決于母材,有同種母材的焊接,也有不同種母材的焊接,無論一種情況的焊接都幾種焊料可供選擇,這種選擇的目的是取決于焊縫的使用性能要求,根據鋁合金應用情況,使用者可以根據焊接的具體使用條件來選擇焊料的種類。應當指出,每一種焊料只有在某些使用條件下才有良好的表現,使用者必須根據主要的性能要求來選擇焊料,而不可能選擇一種焊料在所有性能方面都很優越,必須有所取舍。這種鋁焊材料焊接性能可以制定出一個等級表,根據這個表可以對不同母材和不同使用條件的鋁焊接選擇出正確的焊料。
鋁是化學性質很活潑的元素,很容易和氧化合而形成氧化鋁,氧化鋁的熔點很高,在一般的鋁焊接溫度下不會融化,只會形成雜質,使焊縫區的塑性降低,另外也常常導致產生焊接裂紋。所以在焊接過程中也采取一定的措施去去除表面氧化物。有一種技術叫陰極浸蝕方法,他是利用調節陰極電位的方法使氧化鋁在焊接過程中首先除掉,以獲得良好的焊接質量。
在鋁焊接中,焊料進料多少也會導致焊接質量的低劣,采用人工焊接很難保證進料的速度均勻一致。在國外,大量的焊接都是采用自動焊接的方法,這種方法有一定的焊料傳輸機構,使得焊接過程中焊料的輸入速度保持恒定,一旦條件選擇適當。可以保證焊縫均勻, 質量可靠。
鋁焊接目前所使用的方法有金屬電弧保護焊和鎢電弧保護焊兩種。他們的原理是利用在惰性氣體下產生的電弧去除掉鋁表面的氧化膜,而使母材熔融的辦法來獲得良好的焊接,這種焊接方法對惰性氣體的覆蓋以及電弧的強度等的控制都要適當,因此焊接技術的掌握也很重要。
鋁焊接技術有了很大的發展,目前的發展是向自動化和規范化的方向。一些大公司現在開始用計算機控制和機器人進行TIG焊接,隨著鋁合金應用的廣泛發展,鋁焊接技術將會有更加廣闊的前途。
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