铝合金焊接技术.pdf

维普资讯hup:/www.cqvip.com
杨淑芳,等:铝合金接技ネ
铝合金焊接技术
杨淑芳,楼松年,薛小怀
(上海交通大学焊接工程研究所,上海200030)
铝合金在汽车中以铸件(包括拉模铸件和压铸
提耍本文个绍了近年发展起来的铝合金焊接
件)和加工件(包括薄板、铝箔、挤压件、锻件以及线、
方法的特点和状况,以及铝合金在汽中的应用情况。
杆、棒)两种形式使用,一般用来制造汽车的车身(车
主词铝合金焊接
身板、门窗、盖等)、保险杠、发动机系统、行走及传动
系统(传动轴、差速器箱体等)、底盘(悬置件、车轮
前言
转向轴等)和热交换器等5。现在,世界上许多汽车
减轻汽车重量以降低能耗、减少污染、提高燃油制造商对铝合金都很青睐,如宝马新7系就采用了
效率,这是解决汽车节能和环保问题的最有效的措合金引盖,铝合金保险杠,发动机中的某些部件
施。实现汽车轻量化的方法主要有修改结构设计、缩
也由铝合金加工而成;奥迪公司在A8和A2两款轿
小汽车规格和采用新型材料。其中采用轻型的结构车上大胆采用了铝制零部件;菲亚特、标志雪铁龙
材料是最有潜カ的一种方法。
公司都竟相开发铝合金零部件
由于铝合金具有高比强度、耐锈蚀、热稳定性
随着大断面铝型材的生产和焊接技术的不断进
好、易成形、再生性好和筒化结构等一系列优点,能步,铝合金在汽车中的应用也不断增加,预计到
满足汽车工业的上述要求,故在汽车业中倍受青睐。
2010年,每辆汽车的铝使用量将上升到158kg,比
大量的对比研究和反复实践证明,选用铝合金材料
1995年增长72%。目前,美国、德国、日本是世界上
是实现汽车轻量化的有效途径。铝合金在汽车中的铝合金应用最多的国家。
应用不仅带来明显的减重效益,并且能提高燃油效
由于我函汽车工业起步较晚,铝合金在汽车中
鄣、减少尾气排放、改善汽车的动力性能等,带来巨
的应用还不广泛。与国外相比,我国汽车业的铝合金
大的经济效益和社会效益2,]。
用量只相当于日本20世纪80年代中期水平。我国
生产的轿车,除了上海的桑塔纳、一汽奥迪和捷达
2铝合金在汽车中的应用
均为引进生产线)上使用了较多的铝合金外,国产
车中红旗轿车用铝量最多,约有80~110kg(包括五
碁金项目x上海市汽车恭金资助项目
个铝合金车轮)。解放CA141约25kg,NJ130和134
作者仿介:杨芳(1975-),女,项士生。
20kg左右,EQ140约17kg。
3孙远芳、双焊丝悬臂送丝的CO2气体保护新工艺.焊8小林秀雄,復式アーク溶接の開發.溶接技術,1991,89
接技术,1992,(6):6
(7):76
4 Lassaline E, Zajaczkowski B, North TH. Narrow groove9徐禾水、双人同步TIG立焊新技术,焊接技术,1997,
twin-wire GMAW of high-strength steel. Welding Jour
(1):29
nal,1989,68(9):53
10同大中,赵忠诚,孙忠民,绳彖取芯钻杆的等高子孤焊一
reld
ished with twin-arc system.
钨极氫弧焊焊接.焊接,1996,(3):5
Welding Journal, 1990, 69(4): 83
11藤村浩史,井手三,井上弘法?高速アーク溶接法の開
6 Walduck R P, Biffin J. Plasma arc augment laser weld
發.溶接技術,1990,88(3):108
ing Welding & Metal Fabrication,1994, 62(4):172
2 Zhang Y M, Zhang S B. Double-sided arc welding in-
Ellis M B D, Spiller K R. Gas shield fusion welding of
creases weld joint peneration Welding Journal, 1998, 7
aluminum alloys-a review of the techniques. Welding
(6):57
Metal Fabrication, 1993, 61(9)1441
维普资讯hup:/ww.cqvip.com
建故术2003年第5期(总第255期)
3铝合金的焊接技术
具有极高的表面初始反射率(对CO)2激光超过
目前,适合汽车用的铝合金主要有AI-Mg
90%,对YAG激光接近80%),这也是影响焊缝熔
深的主要因素。因此,要有效地对铝合金进行激光焊
(5000系列)、AI-Mg-Si(6000系列)及Al-Mg-Zn
接,就必须增大激光功率密度或者采用其他措施来
(7000系列)三大系列,这三类合金各有特点,用在
汽车的不同部位。一般,汽车外壳多用耐蚀可焊的提高铝合金对澈光能的吸收率
①提高激光功率密度以产生钥孔效应。在激光
5000系合金,面梁柱等强度要求较高的部位则用
6000系或7000系合金。
焊接铝合金时,钥孔的出现会大大地提高材料对激
由于铝合金较活泼、导热导电性好、线膨胀系数光的吸收率。在不同铝合金的激光焊接中,发现都存
在一个激光功率密度值,即诱导出钥孔所需的最
大,焊接时常会有气孔、裂纹、咬边、焊继成形差等缺
低功率密度,CO2激光焊的功率密度阀值约为
陷出现,并且焊后接头力学性能下降。为了实现汽车
生产中,要求高的生产率和高的焊接质量相容性的10°w/cm2,而Nd-YAG激光焊的功率密度阀值则
要求,提高绍合金的焊接技术,开发和应用新的焊接要低一些。Humn和Eec?发现激光功辛达
方法,对铝合金在汽车中的广泛应用具有重要的意
到一定值时,铝合金对激光的吸收率会明显增大,这
义,这也是真正实现汽车轻量化的技术关键之一
是由于钥孔的形成而不是铝合金开始熔化。
目前,生产中常用MIG焊、TIG焊方法来焊接
②采用适合的表面预处理措施。为了提高铝合
铝合金材料。虽然使用这两种方法能够得到良好的金对激光的吸收,可以以改变材料表面状态来降低
焊接接头,但是,这两种方法却有熔透能力差、焊接反射,改善吸收。国外学者在这方面作了大量工作。
变形大、生产效率低等缺点。近年来,很多科技工作
Huntington和 Eagar-?采用测热法,研究了
者开始探讨焊接铝合金的新方法,如激光焊、双光東
CO2激光焊接纯铝和5456铝合金时,对激光的吸收
激光焊、激光-电弧复合焊及摩掠搅拌焊等,下面主
情况(如表所示),发现阳极氧化和喷砂处理可以明
要介绍这四种焊接方法的主要特点。
显提高铝对激光能量的吸收。另外,由表可以得知,
1铝合金的激光爆
在同一表面状态下5456铝合金的激光吸收率(20%
随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发,~25%)要比纯铝大。
铝合金激光焊接技术发展很快,是未来焊接铝合金
其他学者的研究也证实,砂纸打磨、表面化学侵
的主要发展方向之一。目前,铝合金激光焊接已经被
蚀、表面镀、空气炉中氧化等铝合金表面处理措施,
使用