铝合金激光焊接的研究现状
刘世永1,孟德2,黄德康3
(大连海事大学1.材料工艺研究所;3.数理系,辽宁大连116026;
2.吉林师范大学继续教育学院,吉林四平136000)
摘 要:综述了铝合金激光焊接技术的新近发展。列举了铝合金激光焊接的优越性和常见的焊接缺陷,重点分析了激光焊接气孔的复杂性和特殊性,给出了现今有关小孔研究工作的新进展。激光焊接的主要优点是高效率,尤其体现在大厚度的深熔焊接上。要想成功实现大厚度铝合金的深熔焊接,必须解决小孔所造成的气孔缺陷问题。
关键词:激光焊接;铝合金;焊接缺陷;小孔
中图分类号:TG456.7 文献标识码:A 文章编号:100023738(2004)0920005204
R ecent Development in Laser Welding of Aluminum Alloys
L IU Shi2yong1,MENG De2,HUANG De2kang3
(1,3.Dalian Maritime University,Dalian116026,China;
2.Jilin Normal University,Siping136000,China)
Abstract:In this review,the recent developments in laser welding of aluminum alloys are reported.The advantages of aluminum welding by laser and the general weld defects in laser welding of aluminum alloys are presented with an emphasis on the complexity and particularity of keyhole formation during the welding and the up2to2date development in keyhole research.It is pointed out that the most amazing aspect of laser welding lies in its high efficiency and deep penetration welding is a suitable case to demonstrate its advantages.To fulfill this task,however,the porosity defect caused by keyhole must be properly addressed.
K ey w ords:laser welding;aluminum alloy;weld defect;keyhole
1 引 言
铝及铝合金的资源丰富,比强度高,抗腐蚀,耐低温,导热导电性好,易于塑性加工,应用非常广泛。但与黑色金属相比,铝及铝合金的焊接要困难得多。就具体的焊接技术而言,在二次世界大战以前,铝及铝合金的焊接以氧乙炔焊和电阻焊为主;之后,钨极惰性气体保护焊(TIG)和熔化极惰性气体保护焊(M IG)开始应用于铝及铝合金的焊接。自20世纪60年代以来,随着航天航空等领域对铝合金性能要求的进一步提高以及电子技术的快速发展,先后又有铝合金局部真空电子束焊接、激光焊接、变极性等离子弧焊接、搅拌摩擦焊接等新技术出现。铝合金激光焊接是近些年才引起广泛关注的一项焊接新技
收稿日期:2003209210;修订日期:2004203202
基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
作者简介:刘世永(1956-),男,辽宁大连人,教授,博士。术,在国内只有7～8a的历史。作者对铝合金激光焊接研究的现状作一介绍。
2 激光焊接的优越性
激光焊接和电子束焊接同属高能密度焊接,功率密度可达105～109W/cm2[1],焊接速度快,连接效率高[2],深宽比大。此外,激光焊接属于无接触焊接,不受电磁干扰,可在大气中进行焊接,无污染,可进行多种易焊材料或难焊材料的焊接,甚至还可以进行不同种材料间的焊接。激光束的导向和聚焦方便,容易实现计算机自动控制,并容易和其他加工工艺一起组成生产线,是现代化大生产中的理想连接方法。尤其引人注意的是,激光焊接技术的特点决定了它在汽车制造业中具有非常广泛的应用前景。开发高效优质的焊接技术将进一步促进“拼焊(Tai2 lored blank)[3]”制造理念的生产应用,它不但可以根据结构的需要制造出具有最佳强度组合的构件,而且可以最大限度地减少边角废料,提高材料利用
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第28卷第9期2004年9月
机 械 工 程 材 料
Materials for Mechanical Engineering
Vol.28 No.9
Sep.2004
率,降低生产成本。高效优质激光焊接技术和高比强度铝合金的组合,既可以保证构件的强度需要,又可以减轻构件的质量,能满足汽车等行业日益增长的经济能耗要求。
3 铝合金激光焊接的不足之处
用激光束作为热源来焊接铝合金时,容易出现一些焊接缺陷,如焊接裂纹和焊缝气孔。另外,由于铝合金在室温下对激光的反射率很高(对CO2激光的反射率为98%,对Nd:YA G激光的反射率为94%[4]),因此要求焊接铝合金的激光器功率必须足够大。目前购买一套国产激光焊接设备系统大约需要200万元人民币,如果要购买进口产品,费用起码还得翻番。这种巨大的设备投入是造成国内激光焊接技术研究较少、较晚的根本原因。但是,有分析和计算表明[2],高额的一次性设备投入完全可以通过增加设备利用效率来获得回报。
4 减少或避免铝合金激光焊接缺陷的途径影响激光焊接质量的工艺参数主要有6个[5]:激光输出功率、能量波形、焊接速度、光斑直径、焦点位置和保护气种类。只有这些参数在具体条件下的合理搭配,才能获得满足实际需要的理想焊接结果。
4.1 焊接裂纹及预防措施
铝合金的焊接裂纹都是热裂纹,是熔化的铝合金在凝固过程中局部塑性变形量超过其本身所能承受的变形量的结果。铝合金固有的热膨胀系数比钢铁材料约高1倍,熔融铝合金凝固时收缩率也高达5%以上。因此,铝合金焊件的焊接应力大,热裂敏感性强。另外,铝合金是典型的共晶型合金,熔焊时也容易产生热裂纹。
一般认为,合金结晶的温度区间越宽,产生热裂的倾向性越大。实际经验表明,铝合金中的合金元素种类和数量对焊接热裂纹影响较大。Al2Mg系、Al2Si系和Al2Mn系合金的可焊接性良好,不易产生焊接裂纹;而Al2Cu系、Al2Zn系和Al2Mg2Si系的热裂倾向性较大。此外,焊接方法和焊接参数对热裂纹的产生也有影响,但没有成分影响明显[6]。
大功率激光用于铝合金焊接时,由于其加热和冷却速度极快,对铝合金焊接裂纹的敏感性也有其特殊的影响。文献[7]认为,铝合金激光焊接后的组织细化有抗热裂的能力;而文献[8]则认为,铝合金激光焊接时,焊接速度越快,出现裂纹的可能性越大,这是因为焊接速度快时,虽然可以使焊缝组织细化,但是得到的是方向性极强的细小柱状晶组织,形成了大量同方向生长的“束状晶”,在束状晶之间的晶面上有利于裂纹的产生,从而导致裂纹增多。
通常防止热裂纹产生的方法是在焊接时添加合适的合金元素。添加的合金一般都含有Zr、Ti、B、V、Ta等元素,它们的作用是生成难熔的金属化合物,细化晶粒,阻止裂纹的产生。例如,激光焊接Al2 Mg2Si合金[8]时,填充AlMg4.5MnZr合金,即使在高速焊接条件下,也没有裂纹出现。也有试验表明[9],用聚焦位置周期性变化的激光进行铝合金焊接,可以降低热裂纹敏感性。
4.2 焊缝气孔及预防措施
焊缝气孔的形成机理比较复杂,完全避免它的出现有很大难度,这也是焊缝气孔成为目前铝合金激光焊接研究工作中热点问题的直接原因。
长期以来,对于铝合金焊缝中出现的气孔,都从铝合金液2固状态中氢气溶解度的大幅变化[10]加以说明。铝合金在有氢的环境中熔化后,其内部的含氢量可达0.69ml/100g以上,但当合金凝固以后,其平衡状态下的溶氢能力最多只有0.036ml/100g,两者相差近20倍。因此,由液态向固态转变过程中,液态铝中多余的氢必定要析出。如果析出的氢不能顺利上浮溢出,就会聚集成气泡残留在固态铝合金中,成为气孔。日本学者在封闭的条件下将焊缝气孔中的气体收集起来进行分析,得出的结果为:氢气占90%,氮气10%。因此,通常认为减少焊缝气孔的有效措施就是掐断焊接时的供氢源。具体的做法为:彻底清除铝合金表面的油污、氧化层,保持铝合金表面充分干燥,使用氩、氮等惰性气体保护熔池表面等等。需要特别指出的是,焊接过程水蒸气的存在对形成气孔有非常明显的作用。文献[12]进行了对铝合金表面喷水之后的激光焊接试验,结果表明焊缝气孔数量明显增加。
但是,即使对铝合金仔细进行了上述隔离氢源的预处理工作和充分注意焊接工艺的预防措施,有些情况下铝合金激光焊接后仍然会出现焊缝气孔。作者曾用3kW连续Nd:YA G激光进行过铝合金的焊接试验,在经过大量试验之后,得到了无气孔的焊接A6022铝合金焊缝。可以认为,在这种工艺规范条件下,已经把各种有氢的环境与熔化的铝合金有效地隔离开来,因而在焊缝中没有气孔出现。可是当用相同的防氢措施焊接A5182合金时,却还出现
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气孔(图1)。这似乎表明,除了氢致气孔之外,可能还有其他原因存在
。
图1 Nd :YAG 激光焊接A5182铝合金的显微组织
Fig.1 Optical micrograph of A5182w elded by Nd :YAG laser
近年来,以日本大阪大学焊接研究所A Mat 2
sunawa 教授为代表的研究人员,利用特制的细焦X 射线透射成像设备实时检测出了金属激光焊接中小孔的二维形状[13,14],结果表明,在金属的激光焊接过程中,小孔的形状是非对称的,而且不稳定,小孔后沿熔体有向前倒塌的过程,在金属内部形成封闭的气孔。这项创造性的工作有力地说明了两件事实:(1)大功率密度激光焊接时出现的小孔是不稳定的;(2)小孔倒塌后会把小孔中部分气体盖在下面,非常容易形成气孔。
作者在进行铝合金激光焊接时,发现迭层缝焊(lap seam welding )拉伸试样的剪切断口上有较大的、近似周期性分布的孔洞(图2)。结合A Mat 2sunawa 的试验结果,作者认为这种周期性分布的气
孔是激光焊接过程中小孔周期性不稳定倒塌后将小孔中部分气体盖在下面所形成的
。
图2 层迭缝焊试样剪切断口形貌
Fig.2 Shear fracture morphology of the lap seam w eld
应该看到,铝合金激光焊接最为引人注意的特点是它的高效率,而要充分发挥这种高效率就要把它运用到大厚度深熔焊接中去。因此,研究和使用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。大厚度深熔激光焊接中更加突出的小孔
现象及其对焊缝气孔的影响因此而变得更加重要,是目前学术界和工业上都十分关心的热点问题。
A Matsunawa 教授的实时小孔观测试验引起了
激光焊接领域的极大关注,相关的小孔模型研究和直接观测研究工作大量涌现。随之而来,对减少和避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷也提出了很多的实际措施,有的是调整激光功率波形、减少小孔不稳定倒塌[15],有的改变光束焦点高度和倾斜照射[16],有的在焊接时施加电磁场作用[17],有的在真空中进行焊接[18]等等。
4.3 激光复合焊接
激光复合焊接是高能激光束与电弧共同作用下的焊接[19],这种复合焊接试验始于20世纪70年代末期。起初,激光束与电弧的复合焊接,只是为了利用电弧的附加热源作用来弥补当时激光器功率的不足,从而实现更大熔深的焊接。但是随着该项研究工作的不断深入,人们发现利用电弧和激光的复合焊接不但可以有效降低金属在熔化前对激光束的反射率,增大熔深,提高焊接速度,而且对减少焊接缺陷,提高焊缝质量具有明显效果。
根据电弧类型的不同,激光复合焊接有激光2等离子体弧、激光2TIG 和激光2M IG 等几种复合形式。相比之下,激光与等离子体弧复合时等离子体弧的引燃和移动更稳定;激光与M IG 复合时对对焊间隙的要求更宽松,但是由于有金属液滴向焊缝的不断转移,使得整个过程的稳定控制更为复杂。
铝合金的激光复合焊接可以减少焊缝气孔[20],这是由于附加热源可以减缓铝合金液的凝固速度,有利于气体的析出。除此之外,附加电弧热量的输入,还可以降低由于单一激光焊接极快自冷所引起的焊缝硬度增加。
激光复合焊接的快捷、高效、灵活的特点推动了激光复合焊接设备的发展。自2000年起,国际上已有各种复合形式的一体式激光复合焊接设备商品问世[19]。值得注意的是,激光复合焊接实际上是低热输入的高能密度激光焊接和高热输入的低能密度电
弧焊接之间的一种折中形式。一方面,它可以弥补单一激光焊接的不足,如降低金属对激光的反射率,放宽对焊焊接的间隙范围,增大熔深,提高焊速,降低气孔和裂纹的敏感性;但另一方面,它也削弱了激光焊接的优势,如增加了热输入,使焊缝的热影响区和变形增大,焊接设备更加复杂。激光复合焊接过程中对焊接质量的影响因素更多、更复杂。
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5 结束语
激光不但在现代工业生产技术中表现出前所未
有的优势,而且在现代科学中给人们也提供了更广阔的想象空间。铝合金激光焊接比传统的焊接技术具有明显的高效、可控和优质的特点,但是其缺陷的形成机理和预防措施也有其独特之处。目前,防治铝合金激光焊接缺陷的研究工作已从常规的预防措施方面深入到小孔行为的研究方面,这对于促进大熔深激光焊接的发展具有重要意义,是将来大功率激光焊接必须解决的关键问题。
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致谢 部分铝合金激光焊接试验在Center for Coatings and
Laser Applications 完成,焊缝组织检验在Center for Laser 2aid 2ed Intelligent Manufacturing ,University of Michigan 完成,谨
致谢意。
《表面工程资讯》2005年征订启事
《表面工程资讯》杂志报道现代表面技术(如表面涂层技术、表面改性技术、表面薄膜技术等)的现状及未来发展趋势,涉及电镀与化学镀、腐蚀与防护、涂料与涂装、热喷涂与热喷焊、摩擦与磨损、激光表面强化、纳米涂层等专业的高新技术成果、性能评价、工艺和质量控制等,以及专利、标准、人才交流及市场行情、产品供求、会展预告等信息。主要栏目:热点聚焦、科技进展、政策走向、成果荟萃、商海航标、牵线搭桥、行业扫描、会展在线、群英荟萃、企业经纬、信息大观园、标准化之窗、文献资料库等。
本刊为双月刊,双月15日出版,正文64页。每期10元,全年定价60元。刊号:ISSN 167223732/CN 4221695/T ,邮发代号:38234(过刊可向编辑部补订) 地址:武汉市宝丰二路126号 邮编:430030
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一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
铝合金激光焊接中的常见问题解决方法铝是较为活泼的金属，电离能低、导热性很高，表面极易形成难熔的Al2O3膜，在焊缝中容易形成未熔合、气孔、夹杂、热裂纹等缺陷，降低焊接接头的力学性能。下面深圳市海维光电科技有限公司的小编就给大家介绍一下铝合金激光焊接中的常见问题解决方法。 为了实现激光对铝合金的焊接，可以从以下几个方面加以解决一些问题。 气体保护装置 铝合金中低熔点元素损失影响最大的因素是气体从喷嘴喷出时的压力，通过减小喷嘴直径，增加气体压力和流速均可降低Mg、Zn
等在焊接过程中的烧损，同时也可以增加熔深。吹气方式有直吹和侧吹两种，还可以在焊件上下同时吹气，焊接中根据实际情况选择吹气方式。 表面处理 铝合金对激光具有高反作用，对铝合金进行适当的表面预处理，如阳极氧化、电解抛光、喷沙处理、喷砂等方式，可以显著提高表面对光束能量的吸收。研究表明，铝合金去除氧化膜后的结晶裂纹倾向比原始态铝合金大。为了既不破坏铝合金表面状态，又能简化激光焊接工程工艺过程，可以采用焊前预处理的办法升高工件表面温度，以提高材料对激光的吸收率。 激光器参数 焊接激光器分为脉冲激光器和连续激光器，脉冲激光器波长1064nm时光束特别集中，脉冲单点能量比连续激光器的大。但是脉冲激光器的能量一般不超过，所以一般适用薄壁焊件。 脉冲模式焊接 激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等，通常一个脉冲波时间以毫秒为单位，在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。铝合金表面对光的反射率太高，
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60%-98%的激光能量因反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。 因此一般焊接铝合金时最优选择尖形波（见图 1 ）和双峰波，波形上升阶段是为提供较大的能量使铝合金熔化，一旦工件中“小孔”形成，开始进行深熔焊时，金属熔化后液态金属对激光的吸收率迅速增大，此时应迅速减小激光能量，以小功率进行焊接，以免造成飞溅。此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。采用此波形，使焊缝熔化凝固重复进行，以降低熔池的凝固速度。此波形在焊接种类不同样品时可做适当调整。 选择合适的离焦量也可减少气孔的产生，离焦量的变化对焊缝的表面成形和熔深均有很大的影响，采用负离焦可以增加熔深，而脉冲焊接时，正离焦会使焊缝表面更加平滑美观。 由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当大于60°时，其有效焊接熔深降为零。
表面工程技术 铝合金表面处理国内外研究应用现状Aluminum alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号：3110706055 指导教师：张松立 2014 年6 月
【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合 金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆 前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如 2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但
激光焊接技术应用及其发展趋势 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG 激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光
铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。 关键词:铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊 1 铝合金焊接的特点 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 铝合金焊接有几大难点: ①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍; ②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺; ③铝合金焊接容易产生气孔; ④铝合金焊接易产生热裂纹; ⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; ⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 2 铝合金的先进焊接工艺 针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。 铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。 搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
科技广场２０１５．１２ ０引言 随着工业化向现代化高速发展，节能减重环保型材料需求量剧增。这种需求，使得铝合金的用量逐年增加。铝在地壳中的含量很高，在所有金属元素中排第一，其年产量大于其他有色金属年产总和，且铝合金质轻无毒性易回收利用，满足轻量化环保型合金的发展应用。铝合金密度低、比强度高、熔点低、铸造性能好、力学性能佳、加工性能好、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良的特点使其广泛应用于交通运输、航海航天航空、化工工业、食品工业、电子通讯、复合材料、金属包装、建筑、输电行业、文体卫生等领域[1-2]。铝合金在所有金属材料中的使用排第二，仅次于钢铁[3]。由于冶炼铝生产工艺的优化以及技术水平的提高，降低了铝合金的成本，铝合金的应用越来越广泛。本文论述了铝合金的特点、分类、研究现状及应用，并提出铝合金未来研究方向。１铝合金的研究现状 铝工业的发展进程不到两百年，但因其密度小、易导热导电、耐蚀性好，且能与其他金属形成优质铝基合金，因此，铝合金发展迅猛并广泛应用于汽车、船舶、火车、飞机、炼钢等领域，成为国富民强的重要材料。根据成分和工艺不同，可将铝合金分为铸造铝 铝合金的研究现状及应用 ＳｔａｔｕｓＱｕｏｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｉｎＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 白志玲 Bai Zhiling （六盘水师范学院，贵州六盘水553004） （Liupanshui Normal University，Guizhou Liupanshui553004） 摘要：铝合金具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点，在船用行业、化工行业、航空航天、金属包装、交通运输等领域广泛使用。本文叙述了铝合金的特点、分类，综述了铝合金的研究现状及应用，指出目前铝合金在发展中存在的问题，明确了铝合金的研究方向。 关键词：铝合金；研究现状；应用 中图分类号：TG146文献标识码：A文章编号：1671-4792（2015）12-0018-03 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Aluminum alloys have been widely used in marine,chemical industry,aerospace,metal packaging, transportation and other fields owing to their merits,such as low density,good mechanical property,good cutting property,non-toxic,recyclable,electrical conductivity,thermal conductivity,good corrosion resistance and so on. The paper introduces the characteristics and classification of aluminum alloys,as well as the status quo in its re-search and application,points out existing problems in the development,and puts forward directions for researches in the future. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Aluminum Alloys；Status Quo of Research；Application ★基金项目：六盘水师范学院高层次人才科研启动 基金（编号：LPSSYKYJJ201417）；贵州省科技厅联 合基金项目（黔科合LH字[2014]7460号） １８ DOI:10.13838/https://www.doczj.com/doc/ae14120414.html,ki.kjgc.2015.12.004
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910268470.9 (22)申请日 2019.04.03 (71)申请人 西安飞机工业（集团）有限责任公司 地址 710089 陕西省西安市西飞大道一号 (72)发明人 张颖云 陈素明 梁继忠 (74)专利代理机构 中国航空专利中心 11008 代理人 杜永保 (51)Int.Cl. B23K 26/02(2014.01) B23K 26/12(2014.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护装置 和保护方法 (57)摘要 本发明提供了一种钛合金激光焊接的焊缝 正面保护装置和保护方法，在焊缝正面的压紧夹 具上添加保护装置，保护装置开有与焊缝走向一 致的通气槽，保护装置处于焊缝的两侧并随焊缝 形状而变化。焊接过程中保护装置全程向焊缝正 面输送保护气体，保证熔池金属在不受在氧化的 条件下凝固和相变，最终到达室温状态。本发明 是利用激光焊接远距离和非接触的特点，省去焊 枪尾部的保护拖罩。权利要求书1页 说明书2页 附图2页CN 109865935 A 2019.06.11 C N 109865935 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109865935 A 1.一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护装置，包括一个压紧夹具，其特征在于所述压紧夹具上开有与焊缝走向一致的通气槽，通气槽两侧的高度不同，靠近焊缝的内侧边高度低于起支持作用的外侧边，通气槽内外侧边高度差为 2.0±0.2mm，在通气槽内壁，沿长度方向放置两层400目的铜网，铜网呈近圆形布局，铜网下边缘与基体下边缘平齐。 2.一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护方法，其特征在于在焊接过程中，在正面保护装置的通气槽内输入惰性气体，惰性气体从通气槽与焊件切合面的间隙中出溢出，覆盖焊缝正面。 2
镁合金焊接技术的研究及发展 余福庆 （机械学院材料成型及控制工程 201007110） 摘要：镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景, 焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。介绍了镁合金的物理特性及应用特点。通过对国内焊接的研究现状及成果进行分析，简述了镁合金的应用情况及其焊接特点，介绍了镁合金的钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法及其研究。总结了各类焊接方法的特点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。 关键词：镁合金焊接研究现状 Research and development of magnesium alloy welding technology Yu Fuqing Mechanical College Material Forming and Control Engineering 201007110 Abstrac：Magnesium alloy has a broad application prospects in the field of aerospace, automotive, electronics, welding technology has become a key technology for restricting its application. The physical properties of magnesium alloy and application characteristics. Through the analysis of the research status and achievements of domestic welding, briefly the application of its welding characteristics of magnesium alloy, magnesium alloy gas tungsten arc welding, electron beam welding and resistance spot welding, friction stir welding, laser welding etc. several commonly used welding method and its research status. Summarizes the characteristics of the
中国铝合金压铸业的发展及现状 发表时间：2018-06-11T13:51:27.290Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第36期作者：沙雯雯 [导读] 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代，当时虽然还是一个新兴行业。 广东鸿图南通压铸有限公司 226300 摘要：近些年来随着科学技术的不断发展，越来越多的合成材料被铸造出来并被广泛使用，其中压铸铝合金便是其中的一种。我国的航空航天、各式各样的电子产品、无人驾驶汽车等技术目前正发展的如火如荼，而在这些领域里就要广泛用到压铸铝合金，因为压铸铝合金具有非常好的耐腐蚀性、良好的导电导热性、超高的强度以及易于铸造和加工的特性。俗话说的好有需求就会有供应，因此我国的压铸铝合金年产量增加了将近八分之一，在有色合金压铸件的产量里占据了十分之一的地盘。不过话又说了回来，科学技术的进步为该行业的发展带来了无限的机会，在科技的不断推动下我国的铝合金压铸件会造的越来越来好，规模越来越大，铸件越来越优。本文对铝合金压铸业的现状和发展做了一定的研究，以期能够帮助到需要的从行业者。 关键字：铝合金压铸业；发展；现状 引言 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代，当时虽然还是一个新兴行业，不过该行业的发展速度却非常之快，并且随着科学技术的不断发展和人们日常生活的需要，铝合金压铸行业的发展变得越来越好，铝合金压铸产品的种类变得越来越丰富，不同种类的合金正在悄无声息的改变我们的生活。 1我国压铸行业标准的发展历史 在此之前先介绍一下我国压铸行业标准的发展历史，在二十世纪六十年代我国的压铸工艺已经初具规模，注意，是压铸工艺而不是压铸行业，但并没有一套成型的压铸标准，只能参考原苏联的压铸标准；到了二十世纪七十年代才制定了HB5012—1974《铝合金压铸件》以及GB1173—1177—1974《铸造有色合金》等标准；经过十年的发展之后制定的JB3018—3072-82《有色压铸合金技术条件》以及 JB2702—80《锌合金、铝合金、铜合金压铸件技术条件》标准；到二十世纪八十年代末，我国该行业相关人士初步商定要制定一个更加成熟的行业标准；自此到1994年我国正式发布了包括GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》等在内的七个用于压铸行业的标准；至2009年，最新版的国家推荐标准正式出台，即以GB/T15114—2009《铝合金压铸件》和GB/T15115—2009《压铸铝合金》这两个标准代替GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》这两个标准。 2我国铝合金压铸行业的现状 压铸铝合金行业的发展始于二十世纪九十年代，具体来讲该合金的大量使用是在1914年之后，自此之后它便与我们的生活息息相关，其发展速度也得到了空前的提高。当然，压铸铝合金也有类别之分，按硬度来划分的话可以分为高强度和中低强度的压铸铝合金，按合金种类不同可以分为Al-Mg、Al-SiCu-Mg、Al-Si-Mg、Al-Zn、Al-Si-Cu等几大种类。接下来就挑几种压铸铝合金给大家简单介绍。 2.1 Al-Mg系合金 用Al和Mg制造而成的合金压铸件通常用来给一些具有较高防腐要求和需要特殊外观的压铸件，该合金兼具Al和Mg的优点，不仅强度高而且抗腐蚀性好，相较于其他的合金来讲阳极化处理及承受抛光的性能会好一些。不过这种合金的压铸难度会比较大，在压铸的过程中必须非常小心，否则很容易压铸失败。 2.2 Al-Si合金 相较于Al-Mg而言该合金的制造工艺就相对简单了许多，不过任何事情都是相对的，因为其制造起来比较粗糙所以不会用来做一些对需要超高精度的铸件，但是该材料也具有良好的耐腐蚀性，因此可以用来铸造一些对精度要求不太高以及零承重或者微承重的铸件。 2.3 Al-Si-Mg系及Al-Si-Cu系合金 由三种金属铸造而成的合金比前两类合金具有更优的性能。目前用三种金属铸造而成的合金已经在世界上广泛使用，足以见得该合金的性能十分出众，并且该合金的产出量也占得合金产出总量的十分之七。尤其是Al-Si-Cu的压铸合金，人们越来越多的关注到了这类合金。值得注意的是该类合金是最先用压铸方法制造的合金，可见其地位不一般。总体来讲合金具有单一金属所没有的优点，这也是为什么它能够取代单一金属的地位。 3我国铝合金压铸行业的发展 任何行业的发展都需要一个漫长的过程，都会从萌芽走向成熟，铝合金压铸行业的发展也是如此，在该行业的发展过程中，不同的时期会根据当时社会发展的现状和需要诞生不同的压铸技术。所谓的压铸技术就是利用高压将所需要的金属化成熔液然后根据需要压入不同的模具中的一种精密铸造法。利用压铸造出来的合金通常要比用普通方法铸造出的合金性能更优。目前世界上已经有多种压铸方法的出现，比较常用的有半固态压铸技术、真空压铸技术、挤压压铸技术等。 半固态压铸技术指的是在合金熔液将要凝固时对其进行搅拌使其变成浆料，再将这些浆料压铸成我们所需要的铸件。当前用到的两种常见的工艺分别是触变成型工艺和流变成形工艺。 顾名思义，真空压铸法即要将压铸模具中的空气抽空，使得模具内的气压降低，在模具内外压强差的作用下降合金熔液压入模具内，与此同时合金熔液会在压力的作用下做模具内凝固成型。用这种方法压铸而成的模具的密度比较大，不会存在较多的气孔。 挤压压铸技术可以说是一个非常全能的压铸方法了，它不仅能替代上述两种我们提到的压铸方法，更能替代其他更多的压铸方法，因此我国的许多企业已经将该种压铸方法用于实际生产当中。用挤压压铸技术铸造出的铸件力学性能较高，铸件十分紧凑。 4结语 从上文可以看出铝合金压铸行业的发展已经变得越来越成熟，各种各样的铝合金压铸产品也越来越多，随着人们对大自然的认识的不断加深，各种各样的金属也不断被发现，因此各种各样的合金也在不断的被研制出来，在不同的行业应用不同的合金对铝合金铸造业的发展乃至整个社会的发展都有一定的推动作用。与此同时我们也要不断探讨研究和改进各种合金的铸造方法，通过一次次的实验确定合金材
一、铝合金激光焊接的发展 铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公 司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点： (1) 能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝。 (2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。 (3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。 (4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动 化生产。 二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性 这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小
27 激光焊接TC4钛合金组织性能研究 董智军 1, 2 吕 涛1 雷正龙1 陈彦宾1 李俐群1 周 恺3 马 瑞3 （1.哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001； 2.上海航天精密机械研究所，上海 201600；3. 北京动力机械研究所，北京 100074） 摘要：研究激光焊接对TC4钛合金焊缝成形和力学性能的影响，并利用OM 、XRD 和TEM 等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析。结果表明，激光焊接TC4钛合金成形较好，但在焊缝熔合线附近容易产生圆形气孔。焊缝由单一的α′马氏体构成，并呈网篮状分布。热影响区组织为α′马氏体和初始α相。焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材，而焊缝的硬度最高且硬度分布平缓。TC4钛合金焊接接头的室温平均抗拉强度为1126MPa ，与母材的抗拉强度相当，延伸率为11.12%，比母材略低，焊接接头均断在母材区域。 关键词：钛合金；激光焊接；微观组织；显微硬度；抗拉强度 Microstructure and Mechanical Properties of Laser Welded TC4 Alloys Dong Zhijun 1, 2 Lv Tao 1 Lei Zhenglong 1 Chen Yanbin 1 Li Liqun 1 Zhou Kai 3 Ma Rui 3 (1.State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin 150001; 2. Shanghai Spaceflight Precision Mechanism Institute, Shanghai 201600; 3. Beijing Power Machinery Research Institute, Beijing 100074) Abstract ：The effect of laser welding on the weld appearance and mechanical properties of TC4 (Ti-6Al-4V) alloys were discussed, and the microstructure characterization of the joints was investigated by means of OM, XRD and TEM. The experimental results showed that a good weld appearance could be obtained; however, some round blowholes emerged easliy near the weld fusion line. The weld seam is only composed of α’ martensite which takes on basket weave structure. And the microstructure of heat affected zone is constituted of α’ martensite and the initial α phase. The microhardness of the weld seam and heat affected zone is higher than that of the base metal. And the weld seam exhibits the highest values in the welded joint. The tensile strength of the laser welded joints is 1126 MPa at room temperature, which is equal to that of the base metal. The elongation of the joint, however, is slightly lower than the base metal with a ductility of 11.12%. The welded joints of TC4 alloys are all broken on the area of the base metal. Key words ：Ti alloy ；laser welding ；microstructure ；microhardness ；tensile strength 1 引言 钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性能好，以及良好的耐热性和焊接性等优点，在航天、航空、核工 业、舰船等国防和民用领域得到广泛应用[1 ～3] 。其中， Ti-6Al-4V(TC4)钛合金作为一种典型α+β两相钛合金，在飞机机身及其各种承力构件、发动机叶片、导弹舵翼等大型结构中广泛使用，据目前统计，TC4钛 作者简介：董智军（1988-），硕士, 焊接专业；研究方向：钛合金激光焊接组织和 性能方面的研究。 收稿日期：2012-12-11
论文题目：铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势 姓名：韩志强 班级：材硕1511 学号：1570388 2015/10/25
摘要 铝以及铝与其它元素所形成的铝合金具有优良的力学性能，在工业领域内得到了广泛的应用，一直以来在世界范围内备受瞩目。但由于工业上受到工艺及模具的限制，从熔炼到成形的过程中很容易引进杂质元素，从而使其在某些领域中的应用受到了阻碍。 在众多杂质元素中，对铝合金组织及力学性能影响最大的是铁元素。它一直被人们当做合金中的有害元素，铁极难溶于铝中，共晶点的铁含量为 1.8%，不会固溶超过1.9%，超过这个数值，铁会与铝化合成一种中间相，该相组织粗大，尖锐，会影响合金总体的力学性能。 硅同样被认为是合金中的另一种杂质元素，合金中的这两种杂质元素容易形成金属间化合物，分别形成常见的两种相，即β-铁相和α-铁相。 铝合金质量轻，延展性好，大量使用，铝铁合金除了自身优点外，还具有其它的优良性能，良好的耐腐蚀性能、极好的耐磨耐硬和高强度等，使其在工业领域内的关注度逐渐上升。 研究表明富含铁相的铝合金经过变形后再进行T6热处理会发生性能降低的反常现象。 关键词：铝合金；铁元素；硅；热处理
Abstract Aluminum and aluminum alloys of aluminum and other elements formed have excellent mechanical properties, in the industrial fields has been widely used, it has been well received around the world. However, due to limitations on the process and die by the industry, from smelting to the molding process it is very easy to introduce impurity elements, making it apply in some areas has been hampered. Among impurity elements in aluminum alloy microstructure and mechanical properties of greatest impact is iron. It has been known as the harmful elements in the alloy, iron extremely difficult to dissolve aluminum and iron content of the eutectic point of 1.8%, not a solid solution over 1.9%, more than the value of iron and aluminum will synthesize an intermediate phase which organization coarse, sharp, it will affect the mechanical properties overall. Silicon alloy is also considered to be another impurity element, the alloy impurity elements both easy to form inter metallic compounds were formed common to both-phases, phase and α-iron β- iron phases. Lightweight aluminum quality, scalability, extensive use of aluminum alloy in addition to its own merits, but also has other excellent performance, good corrosion resistance, excellent wear resistance and high strength hard to make it in the field of industry attention gradually increased. Studies have shown that iron-rich phase deformation of aluminum alloy after T6 heat treatment and then be-reduced performance anomalies occur. Key words: aluminum alloy; iron; silicon; heat treatment
镁合金焊接技术研究 2010年02月25日 0 前言 近10年来，由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。 镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。 本文介绍大连理工大学近年来开展的镁合金同种及其与异质材料的焊接研究工作，并展望了镁合金焊接技术在镁合金新型结构件产品上的应用。 1 激光焊接技术 1.1同种镁合金的激光焊接 激光焊接作为一种先进的连接技术，具有速度快、线能量低、焊后变形小、接头强度高等优点，得到了人们极大的关注。采用脉冲YAG激光对AZ31B变形镁合金进行对接焊，结果表明，镁合金激光焊焊缝变形小，成型美观，无裂纹等表面缺陷、背面熔透均匀，如图1所示。焊接接头热影响区不明显，无晶粒长大现象；焊缝区由细小的等轴晶组成，如图2所示。在本试验条件下，接头的抗拉强度可达母材的95%以上，实现了镁合金的良好连接。研究表明，激光焊接对焊接工艺参数要求严格，同时镁合金激光焊接过程中易出现裂纹、气孔、热影响区脆化和激光能量吸收率低等系列问题。 图1 激光焊焊缝表面形貌图2 镁合金激光焊接接头组织 1.2镁合金与铝合金的激光焊接 镁铝异种金属可以通过真空扩散焊、爆炸焊、搅拌摩擦焊等方法实现一定程度的连接，但其结合强度并不理想。造成这种结果的主要原因是两种材料焊接时在熔池内部形成了高硬度高脆性的金属间化合物。 SiC颗粒在铸造领域常常与镁、铝合金结合形成复合材料，可以细化材料的微观组织并且全面地提高机械性能；其在表面熔覆的工艺中也经常得到应用。针对SiC的性质及其在镁、铝复合材料中应
铝合金的研究现状及其在航空航天的深远发展 *** 南昌航空大学飞行器工程学院 摘要：作为地壳含量中最多的金属，凭借自身的优越的化学性质，使得它在现实生活中得到广泛应用，除了生活中常见的铝合金窗户，门等普通一般的工具。随着社会的发展和技术的提高，科学家们对铝合金的研究越来越深入，越来越透彻，其在先进领域方面的应用也越来越广泛，不管是航空还是航天，我们都可以看见它的影子。但这远不是对铝合金研究的结束，而是开始！ 关键词：铝合金、现状、航空航天、深远发展。 1、引言：以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝，原子序数为13，原子量为26.98，原子体积为(立方厘米/摩尔)：10.0，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，地壳中含量（ppm）：82000 。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的1/3，但强度比较高，接近或超过优质钢，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。铝合金的主要分类，包括以下九种：一系:1000系列铝合金代表1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程
比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。三系:3000系列铝合金代表3003 、3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间，是一款防锈功能较好的系列。四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料;低熔点,耐蚀性好，产品描述: 具有耐热、耐磨的特性。五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高，疲劳强度好，但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，容易涂层，加工性好。七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。目前基本依靠进口，