刘玉进，田春茂、于皓、关兆瑞
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省 青岛市， 266000
摘要：近年来，我国的现代化建设的发展，铝合金在汽车制造业上具有其他材料不可替代的功能，因此铝合金车体发展速度非常快。尤其是近些年来，我国的铝合金材料焊接技术更是发展迅速，出现了很多新兴的焊接技术，比如:TIG焊接技术、CMT焊接技术、激光焊接以及摩擦搅拌焊等。这些新兴的焊接技术，显示出极大的技术优势，为自动化焊接提供了理论基础。基于此，本文通过概述铝合金CMT焊、TIG焊、高能密度焊、等离子弧焊、MIG焊、摩擦塞补焊及搅拌摩擦焊等几种焊接技术，对铝合金材料焊接工艺的前景进行了展望，并就铝合金材料焊接工艺，分析了各种焊接工艺特点。
关键词：铝合金材料；焊接方法；研究进展
引言
铝合金具有材质轻、耐腐蚀、耐低温、力学性能好等优势，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、船舶、化工等众多工业制造领域。近几年，随着国家对环保、节能、减排的宏观经济体制改革，对铝合金材料有了很大的需求量，尤其是高强度的铝合金材料有着高刚度、高耐蚀性、优良加工性、高力学性等，逐渐成为各领域制造业轻量化应用不可缺少的重要材料。目前，铝合金的焊接方法主要有TIG焊、MIG焊、搅拌摩擦焊、激光焊等。激光焊接具有能量高、热源集中、热损小、变形小、焊缝深宽比大等优点，并且在焊接过程中便于形成集成化、自动化、柔性化的生产优势，满足高速、高精度的焊接，焊接时无需真空作业环境，非常适合在恶劣的环境下对复杂的结构件实施高精度的焊接。因此，研究铝合金激光焊接工艺及其应用具有非常重要的意义。
1铝合金材料的应用
铝可加工成各种型材，具有优良的导电性、抗蚀性和导热性，其产品已广泛应用于印刷业、汽车制造业、建筑业、电子通讯业、石油化工业、能源动力、包装容器、机械电器等行业。铝及其合金材料的加工工艺有铸造、冲压、锻造、挤压以及深加工等。铝的耐蚀性能很好，而且强度好。纯铝的抗拉强度是低碳钢的五分之一，如果经过热处理强化和合金化强化，其强度会大大增加。另外，铝的加工性能好、上色容易且由于本身很轻，安装就轻便很多。铝的熔点低，易于再生。所以，从节能、环保、安全要求的等多方面考虑，铝及铝合金材料是很有锻造价值的金属材料。对铝合金焊接技术的竞争形势研究分析，现全球铝合金焊接技术已经步入技术成熟期，当前铝合金焊接技术的研究热点集中于TIG焊接系统、激光焊接自动控制、搅拌摩擦焊接系统、多种材料的复合焊技术等焊接技术。
2电阻点焊
电阻点焊同人工绑扎相比较，具有生产效率高、节约劳动力、降低成本等优点。但由于焊接大电流的作用，焊缝中常会出现缺陷和焊点质量不稳定等问题。为改善电阻点焊对铝合金连接不稳定的缺陷，对5052铝合金压印－电阻点焊复合连接的可行性进行了探究性试验，实验结果表明，压印－电阻点焊复合连接可以实现对5052铝合金接头的有效连接，而且接头的形貌可以利用超声C扫描进行检测。电阻点焊接头熔核尺寸和抗剪力的影响因素有很多，以AlSi12为中间层对A6061铝合金与Q235低碳钢进行了电阻点焊，研究了焊接电流、焊接时间与电极压力对接头熔核尺寸和抗剪力的影响，结果表明，接头熔核直径和抗剪力随焊接电流和焊接时间的增加而增加，而且会随电极压力的增大而降低。与纯铝相比，铝合金的塑性变形温度区窄，线膨胀率大，伸长率小，因此需精确控制焊接参数才能避免裂纹和缩孔。
研究将高频超声振动有效地集成到电阻点焊工艺中，与传统的电阻焊相比，强度和破坏位移都有所提高，而且有效的去除了裂纹。电阻点焊和其他焊接方式也有所联系，研究了SUS301L奥氏体不锈钢与6063－T6铝合金异种金属电阻点焊接头的显微组织特征及电极形貌的影响，结果显示，奥氏体不锈钢与铝合金异种材料的焊接接头具有焊接钎焊的特点。
3激光焊接铝合金的特点
（1）功率大的激光头能够稳定焊接质量，随着激光加工的深入开发，功能越来越强大的激光头得到快速的应用。由Scansonic和HighYAG所研制的激光头，能够在一定范围内上下左右浮动而不改变光斑大小，也不影响光丝配合，非常利于大批量的生产应用，能改善材料由于加工产生的少量尺寸偏差而引起的焊接缺陷。（2）合适的焊接参数合理的焊接参数能够很好地保证焊接质量。要获得稳定的焊缝成形，需要匹配合适的焊接参数。1）当给定的每一个激光功率数值时，都会有一个合理的焊接速度相匹配，焊接速度可以在设定的范围内进行调整，同样可以实现成形质量很好的焊缝，此区域定义为焊接稳定区。2）当在一个功率数值时，焊接速度过快，输入的热量变小，导致铝合金材料不能熔透，这时已超过稳定区的范围，此区域定义为未熔透区。3）当在一个功率数值时，焊接速度过慢，输入的热量过大，熔池下塌严重，此区域定义为熔池坍塌区。（3）高要求的装配精度因为铝合金激光焊接加热集中、焊缝深宽比大、焊接结构变形小、激光聚焦光斑直径细小等特点，所以导致工件的组对精度要求较高，一般组对间隙和错边量都必须小于0.1mm或板厚的0.1t，这样大大增加了焊接的操作难度。（4）易产生焊接缺陷由于铝合金熔点低，金属液流动性好，因此在大功率激光的作用下会使金属气化。焊接过程中伴随小孔效应所形成的金属蒸气影响铝合金对激光能量的吸收，这样会出现焊接过程不稳定，焊缝容易产生气孔、表面塌陷、咬边等焊接缺陷。焊缝产生表面塌陷、咬边等缺陷可以通过激光填丝焊接或激光电弧复合焊来实现改善，但是气孔缺陷控制难度比较大。（5）焊接接头强度的影响由于激光焊接的加热和冷却速度快、焊缝硬度高、铝合金激光焊接存在合金元素烧损，因此影响铝合金的强化作用，导致铝合金焊缝存在软化现象，这样就降低了铝合金焊接接头的强度。
结语
铝合金材料的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，所以新兴技术的出现使焊接质量、焊接性能不断提高，极大了改善了传统焊接技术的诸多不足，促进了铝合金构建的制造水平。另外，铝合金材料已经逐渐渗透于汽车行业中，其焊接质量的高低将直接影响车身的整体水平，也将威胁着乘客们的生命安全，所以对铝合金材料的焊接要求也越来越高，选择适合的焊接工艺也尤为重要。近年来，铝合金材料的焊接方法和技术逐渐走向成熟，在不久的将来会更加深入制造业。反之，随着科学技术的不断革新，制造业的需求不断提高，也必将促使铝合金材料的焊接方法和技术不断完善和发展，从而使焊接方法逐步向高效率、低成本、低能耗等方向发展，焊接过程也会向自动化、最优化方向进攻。不难预料，铝及铝合金工业的发展前景非常可观，而且现已经影响了我国的经济水平且带动了我国经济的发展。
参考文献
[1]汪健坤，李强，黄磊，等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工（热加工），2020（3）：4-10.
[2]陈俐，巩水利.铝合金激光焊接技术的应用与发展[J].航空制造技术，2011（11）：46-49.
[3]杨蓉.激光扫描焊接工艺在铝合金焊接中的应用研究[J].现代制造技术与装备，2017（2）：106，108.
[4]赵伟，曲伸，杨烁，等.激光焊接技术在航空制造及修理中的应用[J].金属加工（热加工），2019（2）：5-8.