铝合金作为近年来迅速兴起的工程金属材料，由于其密度低、比强度和比刚度高、耐腐蚀性能好等特点，在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。 。
但焊接性差、焊接时成形层性能差等一系列问题制约了铝合金结构件的发展。 因此，铝合金焊接技术已成为国内外众多学者的主要研究方向之一。
铝合金性能概述
1、铝是一种很轻的金属材料，密度仅为2.7g/cm3，约为钢密度的36%。 采用铝合金制造机械零件，可以显着减轻重量，达到轻量化、节能减排的效果。
2、铝合金的比强度和比刚度高于45钢和ABS塑料。 采用铝合金材料有利于制造刚性要求高的整体部件。
3、铝合金具有良好的导热性、导电性和耐腐蚀性。 A380铝合金与其他材料的性能参数对比如表1所示。
4、铝合金具有良好的切削加工性和可回收性。 如果假设最易切削的镁合金的切削阻力系数为1，则其他金属的切削阻力如表2所示。可见，铝合金的切削阻力小于铝合金的切削阻力。铜、铁等材质，切割加工更容易。
铝合金焊接特点
受铝合金物理、化学性能的影响，焊接过程存在一定的困难。 目前铝合金焊接主要存在以下问题：热应力、烧蚀和蒸发、固体夹杂物、气孔塌陷等：
· 热应力
铝合金的热膨胀系数高，弹性模量小。 焊接过程中，由于铝合金的变形和线膨胀系数较大，凝固时体积收缩达到6%左右，熔池冷却速度和初晶速度较快，导致铝合金产生内应力。焊缝和焊接接头的刚度。 较大，容易在铝合金接头中产生较大的内应力，引起较大的焊接应力和变形，形成裂纹、波浪变形等缺陷。
·烧蚀蒸发
铝的熔点为660℃，沸点为2647℃，低于铜、铁等其他金属元素。 焊接过程中，如果焊接温度过高，很容易爆炸并形成飞溅，特别是在高能束焊接时，如图1所示。此外，铝合金中添加的一些合金元素具有沸点低，在焊接瞬间高温下易蒸发燃烧。 爆炸产生的飞溅也会带走一些熔滴，从而不可避免地改变计划的焊接区域。 化学成分不利于焊接接头的性能控制。 因此，为了补偿高温烧蚀，焊接时常采用焊丝或其他沸点元素含量高于母材的焊接材料。 铝管、铝方管及铝合金材料焊接关键技术
· 固体夹杂物
铝的化学性质非常活跃，很容易被氧化。 焊接过程中，铝合金表面被氧化，形成高熔点的Al2O3（约2050℃，而铝的熔点为660℃，相差很大）。 氧化物致密，硬度高。 当混入熔池区密度较低的熔融合金中时，易形成难以排出的细小固体夹渣。 这不仅影响焊缝的组织成型，而且容易发生电化学腐蚀，导致焊接接头力学性能下降，Al2O3覆盖熔池和坡口，严重影响合金的焊接，降低焊接接头的力学性能。焊接接头的结构性能。
· 气孔塌陷
铝合金的熔点远低于其氧化物，其反应性很容易被氧化。 在焊接过程中，铝合金因高温而熔化，形成熔池。 熔池表面的铝被氧化，形成氧化膜，以固体形式覆盖在熔池上。 由于熔化的氧化膜的颜色与铝合金熔融状态相差不大，而且由于氧化膜的覆盖，在焊接过程中很难观察到铝合金熔池的熔化程度。 因此，很容易造成温度过高，造成焊接热效应。 大片区域塌陷，破坏焊缝金属的形状和性能。
在焊接热源瞬间高功率的作用下，合金液中溶解有大量的氢。 焊接完成后，随着熔池温度的降低，气体的溶解度逐渐降低，成为焊接过程中产生气孔的主要原因。 原因。 由于铝合金凝固过快且密度低，焊缝快速凝固过程中会形成大小不一的氢孔。 这些气孔在焊接过程中会不断聚集、扩大，最终形成肉眼可见的大气孔，降低接头的结构性能。 当然，气孔不一定是在焊接过程中形成的。 由于铸造工艺技术的影响，母材本身在铸造过程中也会产生气孔。 焊接时，热输入和内压力的不断变化，使母材中原有的气孔因受热而膨胀或相互结合形成焊缝气孔。 随着焊接热输入的增加，气孔也会增加。 因此，为了控制氢的来源，焊接材料在使用前必须经过严格的干燥处理。 焊接时应适当增大电流，以延长熔池的存在时间，给氢气足够的时间析出，从而控制气孔的形成。
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铝合金焊接技术分类
随着铝合金应用范围的扩大，越来越多的问题凸显出来。 随着研究的进步，铝合金焊接技术得到了长足的发展。 目前主要有钨极电弧焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）、激光焊（LBW）、搅拌摩擦焊（FSW）等。 等待。
· 钨极电弧焊
钨极惰性气体保护焊（TIG）是典型的惰性气体保护焊，也是最常用的焊接方法。 焊接时，以钨极和焊接面为电极，在两电极之间通入氦气或氩气作为保护气体，以保护电弧。 通过瞬时高压放电将焊丝和母材熔化，对铝合金零件进行焊接成型，并对铸件中的铸造缺陷进行焊接修复和修复。
其主要具有以下技术特点：
1、操作方便，灵活可控，适应各种工况和环境，成本低；
2、热影响区窄，送丝充足时焊接接头变形小，接头综合性能高；
3、焊接工艺性能良好、稳定，焊缝致密、美观。
· 熔化极惰性气体保护焊
MIG（GMA-气体金属电弧焊）和TIG都是惰性气体保护焊。 不同之处在于TIG焊使用钨电极作为固定电极，而MIG焊则使用填充焊丝材料本身作为电极。
铝合金熔极惰性气体保护焊过程中，电压和电流作用于焊丝电极端部，在焊丝电极与母材之间产生瞬时高电压，使母材及坡口部分熔化。 ，焊丝末端的熔滴脱落并垂直过渡到母材。 在材料熔池上形成焊接区。
然而，铝合金MIG焊的应用工艺受到很大限制。 原因是铝丝较软导致送丝性能差，焊接时铝液易形成“悬浮”现象，易造成熔滴飞溅。 MIG 焊的优点是比 TIG 焊速度更快。 焊接大型工件时，焊接动作较小。 通过调节送丝速度，焊接效率可达每分钟数米。
· 激光焊接
激光束焊接 (LBW) 使用高能激光脉冲对小区域内的材料进行局部加热。 激光辐射的能量通过热传导扩散到材料内部，使材料熔化形成特定的熔池。 凝固后，材料连为一体。
激光焊接的优点是焊接作用点小、大功率热源集中、能焊接厚板、热影响区窄、焊接变形小。 但同时，激光焊接对焊接定位要求高，焊接设备昂贵，焊接成本较高。 对于铝、镁等金属材料，激光反射率较高，直接焊接困难。
用不同功率密度的激光照射材料表明，当工件上的功率密度达到107W/cm2以上时，加热区的金属会在很短的时间内汽化，气体会汇聚成一个小孔。熔池并形成一个小孔，该小孔作为传热的中心，在小孔附近形成熔池。 这就是激光深熔焊的“匙孔”效应。 为了避免这种现象造成的熔池不均匀的问题，可以降低激光能量、提高焊接速度或控制熔核区的重熔，以去除熔合区的气泡，减少气孔的产生。
· 搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊（FSW）是在传统摩擦焊技术基础上发展起来的一种新型固相连接技术。 其原理是由搅拌针和肩部组成的无磨损异形搅拌头，旋转并插入待焊界面处，当搅拌头沿焊缝前进时，焊接材料的温度升高，塑化后的金属在机械搅拌和镦粗的作用下发生强烈的塑性变形，经扩散和再结晶后形成致密的固相连接。
与传统焊接方法相比，FSW技术具有以下优点：
1、焊接温度低，焊接变形小；
2、焊缝具有良好的力学性能；
3、焊接工艺简单、经济、环保。
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存在的主要问题及研究重点
随着铝合金在越来越多的行业中得到应用，其修复和连接问题也引起了越来越多学者的关注。 采用多种焊接技术对铝合金进行各种焊接试验发现，修复技术的成熟度尚未达到行业发展的需要，仍然存在各种问题。
钨极电弧焊和熔化极惰性气体保护焊是目前应用最广泛的两种焊接方法。 然而，这两种技术的热影响区较宽。 焊缝金属需要熔化然后凝固，这对结构有影响。 较大且较高的残余应力，对接头的力学性能造成严重影响。 激光焊接能量束密度高，焊缝深宽比大，但极易形成气孔，且成本高也限制了其应用的普及。 搅拌摩擦焊为热问题提供了解决方案，但搅拌摩擦焊需要较大的顶锻压力和前进驱动力，且设备普遍复杂、体积庞大，限制了其发展。
未来相关课题的研究应重点关注以下几个方面：
1、从熔焊的基础入手，调整焊丝配方，添加稀土元素或使用适量的焊接活化剂，控制焊接变形量，降低应力，减少气孔的产生。
2、由于合金的范围和用途的扩大，通常与异种材料配合使用。 因此，需要进行异种金属之间的搭接焊实验，以获得高质量的连接接头。
3.开展TIG-激光复合焊、激光复合搅拌摩擦焊等混合热源的焊接性能研究，获得优化的焊接性能。
