未合金化的純鋁是一種軟而有韌性的金屬,因此在大多數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中強(qiáng)度不足。銅(Cu)、錳(Mn)、硅(Si)、鎂(Mg)和鋅(Zn)等元素是添加到純鋁中的主要合金元素,這些合金的加入能夠顯著地提高鋁合金的綜合力學(xué)性能鋁合金與鋼合金之間存在著顯著的差異,需要在設(shè)計(jì)過程中加以識(shí)別和考慮。其中包括:有些鋁合金是可熱處理強(qiáng)化,有些則不是,而對(duì)于鋼來(lái)說(shuō),幾乎所有的鋼都是可熱處理的。一部分鋁合金不能使用典型的焊接方法進(jìn)行焊接,如熔化極氣保護(hù)焊和鎢極弧焊,但是對(duì)于鋼來(lái)說(shuō),只要焊接時(shí)采取必要的預(yù)防措施,幾乎所有的鋼都可以使用熔化焊進(jìn)行焊接。鋁合金的焊接接頭,包括焊縫和熱影響區(qū),其強(qiáng)度通常軟于母材,而在鋼的焊接接頭中,焊縫強(qiáng)度通常與母材相當(dāng)。鋁合金的強(qiáng)度和延性在低溫下不會(huì)受到影響,因?yàn)殡S著溫度下降到極低水平,鋁合金的延性也會(huì)增加,但是鋼的脆性則會(huì)隨著溫度的降低而顯著增加。
大多數(shù)鋁合金可以通過電弧焊接進(jìn)行連接,如圖3所示。但是某些航空用鋁合金和其他特殊合金采用傳統(tǒng)焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)連接。由于鋁合金具有氧化層存在,因此在使用熔化焊進(jìn)行焊接時(shí)需要利用正極的破膜特性去除氧化膜,這樣才能確保順利的焊接。鋁合金焊接時(shí)通常會(huì)在焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)位置形成軟化區(qū),有時(shí)為了恢復(fù)這些區(qū)域的性能,可以在焊后采用適當(dāng)?shù)臒崽幚磉M(jìn)行恢復(fù)。鋁合金的焊接除了可以使用傳統(tǒng)的電弧焊以外,還可以選擇其他新型的焊接方法,包括攪拌摩擦焊、激光焊和超聲波焊。
隨著激光技術(shù)和鋁合金研制技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)一步開展鋁合金激光焊接應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)研究、開發(fā)鋁合金激光焊接新工藝,更有效地拓展鋁合金激光焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力,從而了解鋁合金激光焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)就顯得尤為重要。
高強(qiáng)鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度,良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學(xué)性能, 已成為航空航天、艦船等載運(yùn)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化制造不可或缺的金屬材料,其中飛機(jī)應(yīng)用。焊接技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜及異種材料整體結(jié)構(gòu)低成本制造方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì),其中鋁合金激光焊接技術(shù)是倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。
與其他焊接方法相比,激光焊接同時(shí)具有加熱集中、熱損傷小、焊縫深寬比大、焊接變形小等優(yōu)勢(shì),焊接過程易于集成化、自動(dòng)化、柔性化,可實(shí)現(xiàn)高速高精度焊接,特別適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度焊接。