這些合金的化學(xué)性質(zhì)凝固特性不好,容易產(chǎn)生凝固裂紋。為了發(fā)展合適的焊接工藝,不產(chǎn)生有裂紋的焊縫,必須掌握每種不同的合金的凝固裂紋敏感性。這一焊接發(fā)展工作從本身來說就是一個大工程。許多工作由鋁母材制造商完成,因為他們方便知道鋁的可靠焊接方法和工藝,同時也鋁裝配工完成,他們也知道這種新型材料的潛力,很希望使用它。美國焊接發(fā)展的兩個先鋒是ALCOA(美國鋁公司)和Kaiser 鋁化學(xué)公司,都有出版物;焊接ALCOA鋁早在1954年出版(見圖1),焊接Kaiser鋁早在1967年出版。
鋁作為結(jié)構(gòu)金屬的突破是隨著二十世紀(jì)四十年代惰性氣體焊接工藝的出現(xiàn)而實現(xiàn)的。比如,GMAW(氣體金屬電弧焊),也叫MIG(熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊);GTAW(氣體鎢極電弧焊),也叫TIG(鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊)。隨著在焊接中出現(xiàn)使用惰性氣體保護(hù)熔化鋁的焊接工藝,就可能以高速,打出高質(zhì)量,高承載力焊縫,沒有腐蝕焊劑。
攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處,通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn),使其與焊接工件材料摩擦,從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖《攪拌摩擦焊示意圖》所示。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上,焊頭邊高速旋轉(zhuǎn),邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌,焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱,并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出,同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
攪拌摩擦焊也存在一定的缺點:
(1)焊接工件必須剛性固定,反面應(yīng)有底板;
(2)焊接結(jié)束攪拌探頭提出工件時,焊縫端頭形成一個鍵孔,并且難以對焊縫進(jìn)行修補(bǔ);
(3)工具設(shè)計、過程參數(shù)和機(jī)械性能數(shù)據(jù)只在有限的合金范圍內(nèi)可得;
(4)在某種情況下,如特殊領(lǐng)域中要考慮腐蝕性能、殘余應(yīng)力和變形時,性能需進(jìn)一步提高才可實際應(yīng)用;
(5)對板材進(jìn)行單道連接時,焊速不是很高;
(6)攪拌頭的磨損消耗太快等。