鋁合金作為近年來迅速崛起的工程金屬材料，由于其密度低、比強(qiáng)度及比剛度高、具有較好耐蝕性等一系列優(yōu)點，在航空航天、汽車、艦船等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是焊接中出現(xiàn)的焊接性差、成形層性能不佳等一系列問題又制約著鋁合金結(jié)構(gòu)件的發(fā)展，因此鋁合金焊接技術(shù)成為了國內(nèi)外很多學(xué)者研究的主要方向之一。

1、鋁合金性能概述

鋁是一種非常輕的金屬材料，密度僅為2.7g/cm3，約為鋼密度的36%。采用鋁合金制造機(jī)械零部件，可顯著減輕重量，達(dá)到輕量化和節(jié)能減排的效果。

鋁合金的比強(qiáng)度、比剛度高于45鋼和ABS塑料。采用鋁合金材料，有利于制造剛性要求高的整體構(gòu)件。

鋁合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和耐蝕等性能。

鋁合金具有良好的切削性和可回收利用性。如果假設(shè)最易切削的鎂合金的切削阻力系數(shù)為1，則其他金屬的切削阻力如表所示?？梢姡X合金的切削阻力小于銅、鐵等材料，切削加工較為容易。

2、鋁合金焊接特點

受鋁合金理化特性的影響，在焊接過程中存在一定難度，目前的鋁合金焊接主要存在以下幾個問題：熱應(yīng)力、燒蝕蒸發(fā)、固態(tài)夾雜、氣孔塌陷等：

（1）熱應(yīng)力

鋁合金的熱膨脹系數(shù)較高，彈性模量較小。在焊接過程中，由于鋁合金變形大、線膨脹系數(shù)大，凝固時體積收縮率達(dá)6%左右，且冷卻速度和熔池一次結(jié)晶速度快，導(dǎo)致焊縫的內(nèi)應(yīng)力和焊接接頭的剛性拘束度較大，易使鋁合金接頭內(nèi)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，引起較大的焊接應(yīng)力與變形，形成裂紋、波浪變形等缺陷。

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（2）燒蝕蒸發(fā)

鋁的熔點為660℃，沸點為2647℃，相比于銅、鐵其他金屬元素較低。在焊接過程中，如果焊接溫度過高，容易產(chǎn)生爆炸并形成飛濺，尤其在高能束焊接時更易發(fā)生，如圖1所示。另外，鋁合金中添加的合金元素有的沸點較低，在焊接的瞬時高溫下極易蒸發(fā)燒損，爆炸產(chǎn)生的飛濺也會帶走部分液滴，從而不可避免的改變了焊縫區(qū)的預(yù)定化學(xué)成分，不利于焊接接頭的性能調(diào)控。因此，為了彌補(bǔ)高溫?zé)g，在焊接時常常選用沸點元素含量比母材高的焊絲或者其他焊接材料。

（3）固態(tài)夾雜

鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，極易氧化。在焊接過程中，鋁合金表面發(fā)生氧化形成高熔點的Al2O3（約為2050℃，而鋁的熔點為660℃，兩者相差很大）。氧化物致密且硬度較高，夾雜在熔池區(qū)密度較小的熔融合金液中，容易形成細(xì)小的固態(tài)夾渣不易排出，不僅影響焊縫的組織成形，也易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，這會造成焊接接頭力學(xué)性能的下降，并且Al2O3覆蓋在熔池和坡口上，嚴(yán)重影響了合金的焊接，降低焊接接頭的組織性能。

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（4）氣孔塌陷

鋁合金的熔點遠(yuǎn)小于其氧化物，且性質(zhì)活潑極易氧化。在焊接過程中，鋁合金因高溫熔化形成熔池。而熔池表面的鋁被氧化生成氧化膜，以固態(tài)的形式覆蓋于熔池之上。由于氧化膜熔化后顏色與鋁合金熔融狀態(tài)并無太大差別，且因為氧化膜的覆蓋在焊接過程中很難觀察到鋁合金熔池熔化的程度，因此易造成溫度過高，引起焊接熱影響區(qū)的大塊塌陷，破壞焊縫金屬的形狀及性能。

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