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摘要：随着社会的发展，我国的各行各业的发展也有了进步。铝合金产品是现代工业生产中比较常用的一种合金材料，该材料不仅仅具有较高的热电导率和抗腐蚀能力，还具备较强的物理力学性能，在现代工业中的应用范围越来越广，但是在运用过程中还存在一些问题，尤其是在焊接环节，经常出现裂缝。之所以出现这个问题，一方面是因为铝合金自身的化学活性比较强，容易形成氧化膜，具有难溶的特点，增加了焊接的难度，另一方面则是因为工作人员在施工过程中焊接方法以及工艺不达标，没有按照正确的施工顺序开展焊接工作。
关键词：铝合金焊接;加工工艺;焊接裂纹;防治措施
引言
随着计算机技术和数值模拟分析技术在塑性加工中的应用和发展，人们相应提出了数字化精锻成形的概念。数字化精锻的内涵主要包括精密塑性加工工艺、数值模拟仿真（CAE）技术，精密塑性加工模具CAD/CAM技术和精密测量技术。
一、重要性
铝合金具有材质轻、耐腐蚀、耐低温、力学性能好等优势，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、船舶、化工等众多工业制造领域。近几年，随着国家对环保、节能、减排的宏观经济体制改革，对铝合金材料有了很大的需求量，尤其是高强度的铝合金材料有着高刚度、高耐蚀性、优良加工性、高力学性等，逐渐成为各领域制造业轻量化应用不可缺少的重要材料。目前，铝合金的焊接方法主要有TIG焊、MIG焊、搅拌摩擦焊、激光焊等。激光焊接具有能量高、热源集中、热损小、变形小、焊缝深宽比大等优点，并且在焊接过程中便于形成集成化、自动化、柔性化的生产优势，满足高速、高精度的焊接，焊接时无需真空作业环境，非常适合在恶劣的环境下对复杂的结构件实施高精度的焊接。因此，研究铝合金激光焊接工艺及其应用具有非常重要的意义。
二、铝合金材料焊接时的难点
（一）氧化时金属融合质量低
在焊接的时候，铝会和空气中的氧气直接接触，会产生氧化反应，在表面形成0.1um～0.2um的三氧化二铝薄膜，并且此时的熔点要远远大于2050℃，这严重违背了铝合金熔点的规律，一般而言铝合金的熔点是600℃左右的。并且此时氧化铝的密度也比较高，远远超过了普通铝材料的密度值，因此铝薄膜会快速吸收表面的水分，从而在焊接环节造成金属融合困难的现象，最终导致焊接出现气孔，或者是残渣等问题。
（二）焊接环节气孔现象严重
在铝合金焊接工作中还容易产生气孔，而之所以会产生气孔时因为铝在液态的时候可以溶解氢，但是如果铝处于固态，就不具备这种性能。因此，如果熔池的温度比较低，甚至呈现出凝固状态的时候，熔池中的氢无法快速发散到空气中，从而导致铝合金焊接的时候出现气孔。由于氢气孔的特殊性，因此，在焊接活动中是无法完全避免的，这和氢气的来源分不开，因为在焊接活动中不管是铝合板还是焊丝表面都会将空气中所含有的水分进行吸收。就算氢气的程度非常高，甚至接近100%，如果无法完全剔除空气中的水分，那么焊接时也会出现气孔。
（三）其他焊接难点
鋁合金材料在焊接的时候所产生的裂缝会出现进一步变形，裂缝的缝隙甚至还会增大，这主要是由铝自身的特点所决定，因为铝的导热性能比较强，线性膨胀系数或者是结晶收缩率要远远高于钢材料，所以焊接的时候会产生相应的内应力，从而产生裂缝并发生相关的变化。另外在焊接活动中，铝合金中的元素也会出现流失的情况，这是因为铝合金是一种合金金属，因此里面除了铝元素以外，还有低沸点的镁元素、锌元素、锰元素等，而这些元素并不耐高温，因此在焊接的时候会蒸发，影响焊接的质量。另外，在焊接过程中无法产生任何的色彩变化，因为铝合金在焊接的时候会从固态转变为液态，如果在这个过程没有发生颜色变化，那么焊接工作者无法科学把控加热的温度。
三、铝合金焊接加工工艺及焊接裂纹的防治措施
（一）石油管道
1）铝合金石油管道能够有效增加管道的直径及管壁的厚度，使管道在额定的时间里输送更多的油量。管道输送石油非常危险，容易发生泄漏现象，一旦发生泄露可能会造成不可估量的财产损失、人员伤亡、环境污染、水源污染等重大危害。2）铝合金管道焊接时，提升焊接质量、避免焊接缺陷是关键。3）激光焊接铝合金管道可以产生非常大的效益，同时可以有效地控制焊接质量。焊接时可以保证焊缝一次成形且焊接质量比较高，这样可以避免由于焊缝缺陷导致石油泄漏危害
（二）航空航天
1）航空航天产品对材料的使用更是严格要求，需要保证材料的高精度、耐热性、稳定性、持久性。铝合金的产品可以有效地降低制造成本、减轻自身重量。2）激光焊接铝合金材料技术的大力应用，为提高航空航天事业的制造水平提供了先进工艺。
（三）调整焊接工艺参数
在焊接的过程中，焊接工艺参数也是影响焊接效果的重要参数。如果焊接工艺参数处于不平衡状态，数值增长过快都会产生焊接裂纹。采用热量集中的焊接方式，可以加速焊接速度，同时还可以预防形成粗大的柱状晶体，有效改善了裂纹问题。而采用比较小的电流焊接的方式，其焊接速度会相对比较慢，但是也能减少熔池过热的现象，可以大大减少裂纹的产生。对于这一类焊接情况，就必须根据铝合金的形状以及焊接工艺来调整其焊接参数以及焊接方式，保证焊品的美观性和完整性。其次，其实焊接工艺对于材料的要求也比较高，比如铝合金材料，在焊接之前首先要对表面进行处理，保证其焊接表面的平整性，因为如果有杂物也会使材料产生裂缝，降低焊接质量。另外，铝合金材料在焊接时，为了不使材料形成比较大的刚性合力，可以采用分段焊接，或者是预热，以此来控制焊接速度，减少焊接裂纹的产生。预热处理可以使焊接材料的膨胀性相对较小，那么焊接应力也就比较低，铝合金焊接起来也很美观，不会产生裂纹。
（四）提高焊接工作的质量和效率
在工艺环节，要防止裂缝就必须规划施工流程，要求工作人员按照焊接的工作要求有序开展施工活动，依次做好预热、接头形式以及焊接方面的工作。焊接工艺的参数将会直接影响到铝合金凝固时的组织形式，以及内部应变的增长速度，是裂纹产生与否的关键环节。通过采取热能集中这种焊接方法，可以提高焊接的效率，从而有效防止在焊接活动中出现方向性比较强的粗大壮晶体，从而提高铝合金材料的韧性。另外还可以通过减小焊接的电流，对焊接的速度进行调节，通过减缓速度来降低熔池的温度，减少焊接过程中合金材料的内外温差，防止裂缝的产生。因为在焊接的时候，如果焊接的速度过快，那么焊接接头的应变速度也会呈现同方向发展，从而产生热裂倾向。另外，在焊接的时候，还可以采取分段焊接的手段，或者是通过焊接前的预热工作，最大限度地降低试件的相对膨胀系数，降低脆性温度区间的应力。如果在焊接过程中出现焊接中断，那么工作人员需要及时做好弧坑的填满工作，同时去除相关的热源，防止弧坑产生裂缝。
结语
1）铝合金是发展过程中应用范围越来越广的材料，如何不断提高铝合金材料的应用范围及利用率，是目前各行各业研究的重心。2）激光焊接作为一种新兴的焊接技术，能够有效地解决焊接气孔的缺陷，通过不断拓宽激光焊接在铝合金材料中的应用，会发挥更大的作用。3）随着激光焊接技术和铝合金材料技术的发展，需进一步对激光焊接铝合金技术的研究及开发新的工艺，有效地挖掘激光焊接铝合金材料的潜能。4）由于铝合金材料的特性，大功率激光焊接时还有很多课题需要研究，其中控制焊缝成形后的气孔缺陷就是不断提升铝合金焊接质量的关键。
参考文献：
[1]汪健坤，李强，黄磊，等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工（热加工），2020（3）：4-10.
作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司
关键词：铝合金焊接;加工工艺;焊接裂纹;防治措施
引言
随着计算机技术和数值模拟分析技术在塑性加工中的应用和发展，人们相应提出了数字化精锻成形的概念。数字化精锻的内涵主要包括精密塑性加工工艺、数值模拟仿真（CAE）技术，精密塑性加工模具CAD/CAM技术和精密测量技术。
一、重要性
铝合金具有材质轻、耐腐蚀、耐低温、力学性能好等优势，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、船舶、化工等众多工业制造领域。近几年，随着国家对环保、节能、减排的宏观经济体制改革，对铝合金材料有了很大的需求量，尤其是高强度的铝合金材料有着高刚度、高耐蚀性、优良加工性、高力学性等，逐渐成为各领域制造业轻量化应用不可缺少的重要材料。目前，铝合金的焊接方法主要有TIG焊、MIG焊、搅拌摩擦焊、激光焊等。激光焊接具有能量高、热源集中、热损小、变形小、焊缝深宽比大等优点，并且在焊接过程中便于形成集成化、自动化、柔性化的生产优势，满足高速、高精度的焊接，焊接时无需真空作业环境，非常适合在恶劣的环境下对复杂的结构件实施高精度的焊接。因此，研究铝合金激光焊接工艺及其应用具有非常重要的意义。
二、铝合金材料焊接时的难点
（一）氧化时金属融合质量低
在焊接的时候，铝会和空气中的氧气直接接触，会产生氧化反应，在表面形成0.1um～0.2um的三氧化二铝薄膜，并且此时的熔点要远远大于2050℃，这严重违背了铝合金熔点的规律，一般而言铝合金的熔点是600℃左右的。并且此时氧化铝的密度也比较高，远远超过了普通铝材料的密度值，因此铝薄膜会快速吸收表面的水分，从而在焊接环节造成金属融合困难的现象，最终导致焊接出现气孔，或者是残渣等问题。
（二）焊接环节气孔现象严重
在铝合金焊接工作中还容易产生气孔，而之所以会产生气孔时因为铝在液态的时候可以溶解氢，但是如果铝处于固态，就不具备这种性能。因此，如果熔池的温度比较低，甚至呈现出凝固状态的时候，熔池中的氢无法快速发散到空气中，从而导致铝合金焊接的时候出现气孔。由于氢气孔的特殊性，因此，在焊接活动中是无法完全避免的，这和氢气的来源分不开，因为在焊接活动中不管是铝合板还是焊丝表面都会将空气中所含有的水分进行吸收。就算氢气的程度非常高，甚至接近100%，如果无法完全剔除空气中的水分，那么焊接时也会出现气孔。
（三）其他焊接难点
鋁合金材料在焊接的时候所产生的裂缝会出现进一步变形，裂缝的缝隙甚至还会增大，这主要是由铝自身的特点所决定，因为铝的导热性能比较强，线性膨胀系数或者是结晶收缩率要远远高于钢材料，所以焊接的时候会产生相应的内应力，从而产生裂缝并发生相关的变化。另外在焊接活动中，铝合金中的元素也会出现流失的情况，这是因为铝合金是一种合金金属，因此里面除了铝元素以外，还有低沸点的镁元素、锌元素、锰元素等，而这些元素并不耐高温，因此在焊接的时候会蒸发，影响焊接的质量。另外，在焊接过程中无法产生任何的色彩变化，因为铝合金在焊接的时候会从固态转变为液态，如果在这个过程没有发生颜色变化，那么焊接工作者无法科学把控加热的温度。
三、铝合金焊接加工工艺及焊接裂纹的防治措施
（一）石油管道
1）铝合金石油管道能够有效增加管道的直径及管壁的厚度，使管道在额定的时间里输送更多的油量。管道输送石油非常危险，容易发生泄漏现象，一旦发生泄露可能会造成不可估量的财产损失、人员伤亡、环境污染、水源污染等重大危害。2）铝合金管道焊接时，提升焊接质量、避免焊接缺陷是关键。3）激光焊接铝合金管道可以产生非常大的效益，同时可以有效地控制焊接质量。焊接时可以保证焊缝一次成形且焊接质量比较高，这样可以避免由于焊缝缺陷导致石油泄漏危害
（二）航空航天
1）航空航天产品对材料的使用更是严格要求，需要保证材料的高精度、耐热性、稳定性、持久性。铝合金的产品可以有效地降低制造成本、减轻自身重量。2）激光焊接铝合金材料技术的大力应用，为提高航空航天事业的制造水平提供了先进工艺。
（三）调整焊接工艺参数
在焊接的过程中，焊接工艺参数也是影响焊接效果的重要参数。如果焊接工艺参数处于不平衡状态，数值增长过快都会产生焊接裂纹。采用热量集中的焊接方式，可以加速焊接速度，同时还可以预防形成粗大的柱状晶体，有效改善了裂纹问题。而采用比较小的电流焊接的方式，其焊接速度会相对比较慢，但是也能减少熔池过热的现象，可以大大减少裂纹的产生。对于这一类焊接情况，就必须根据铝合金的形状以及焊接工艺来调整其焊接参数以及焊接方式，保证焊品的美观性和完整性。其次，其实焊接工艺对于材料的要求也比较高，比如铝合金材料，在焊接之前首先要对表面进行处理，保证其焊接表面的平整性，因为如果有杂物也会使材料产生裂缝，降低焊接质量。另外，铝合金材料在焊接时，为了不使材料形成比较大的刚性合力，可以采用分段焊接，或者是预热，以此来控制焊接速度，减少焊接裂纹的产生。预热处理可以使焊接材料的膨胀性相对较小，那么焊接应力也就比较低，铝合金焊接起来也很美观，不会产生裂纹。
（四）提高焊接工作的质量和效率
在工艺环节，要防止裂缝就必须规划施工流程，要求工作人员按照焊接的工作要求有序开展施工活动，依次做好预热、接头形式以及焊接方面的工作。焊接工艺的参数将会直接影响到铝合金凝固时的组织形式，以及内部应变的增长速度，是裂纹产生与否的关键环节。通过采取热能集中这种焊接方法，可以提高焊接的效率，从而有效防止在焊接活动中出现方向性比较强的粗大壮晶体，从而提高铝合金材料的韧性。另外还可以通过减小焊接的电流，对焊接的速度进行调节，通过减缓速度来降低熔池的温度，减少焊接过程中合金材料的内外温差，防止裂缝的产生。因为在焊接的时候，如果焊接的速度过快，那么焊接接头的应变速度也会呈现同方向发展，从而产生热裂倾向。另外，在焊接的时候，还可以采取分段焊接的手段，或者是通过焊接前的预热工作，最大限度地降低试件的相对膨胀系数，降低脆性温度区间的应力。如果在焊接过程中出现焊接中断，那么工作人员需要及时做好弧坑的填满工作，同时去除相关的热源，防止弧坑产生裂缝。
结语
1）铝合金是发展过程中应用范围越来越广的材料，如何不断提高铝合金材料的应用范围及利用率，是目前各行各业研究的重心。2）激光焊接作为一种新兴的焊接技术，能够有效地解决焊接气孔的缺陷，通过不断拓宽激光焊接在铝合金材料中的应用，会发挥更大的作用。3）随着激光焊接技术和铝合金材料技术的发展，需进一步对激光焊接铝合金技术的研究及开发新的工艺，有效地挖掘激光焊接铝合金材料的潜能。4）由于铝合金材料的特性，大功率激光焊接时还有很多课题需要研究，其中控制焊缝成形后的气孔缺陷就是不断提升铝合金焊接质量的关键。
参考文献：
[1]汪健坤，李强，黄磊，等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工（热加工），2020（3）：4-10.
作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司