摘要：主要讲述了铝合金双丝自动焊、专机自动焊和搅拌摩擦焊的原理和特点，论述了铝合金焊焊接中出现的常见焊接缺陷的类型和原因，总结了影响缺陷产生的因素。
关键词：铝合金双丝自动焊；专机自动焊；搅拌摩擦焊铝合金焊接缺陷
引言
铝合金双丝自动焊焊接法的开发随着铝合金在高铁、城市轨道客车、汽车、高速艇等方面应用日益扩大，如何对铝合金进行高效率、高质量的焊接，就成为突出的课题。
一、铝合金双丝自动焊的原理
铝合金双丝焊是将两根焊丝按一定角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由两各自独立的电源供电。除送丝速度可以不同外，其它参数，如：焊丝的材质、直径、是否加脉冲等都可彼此独立设定，从而保证了电弧工作在最佳状态。与其它双丝焊技术相比，由于两根焊丝的电弧是在同一熔池中燃烧，提高了总的焊接电流，因此提高了熔敷效率和焊接速度。同时由于两根焊丝交替送进同一熔池，对熔池具有搅拌作用，而降低了气孔敏感性，改善了焊缝质量。
1．温度对焊接的影响 双丝、单双铝合金焊接工作样式
由于铝合金热传导效率高，温度过低，会导致焊接熔透性变差，预热由于受工件尺寸影响，也不能很好解决该问题。如果焊接环境温度过高，如温度超过35度，由于薄壁工件表面温度过大，焊接过程中，HAZ温度梯队小，热量传输慢，HAZ易过热，强度下降过大，因此，铝合金焊接作业，要求环境温度不宜过高。
2．湿度对焊接的影响
铝合金表面的氧化膜有非常强的吸水性，在潮湿的环境下，吸附的水份会在焊接过程中，产生氢气，从而产生焊接氢气孔，因此在潮湿地区，铝合金厂房均要设置除湿设备。
3．焊接培训成本高，劳动力资源短缺
铝合金相比黑色金属焊接来说，培训周期长，培训材料昂贵，一个合格的高素质铝合金焊工，培训费用基本在10万元左右，人才流失比较大。
4．环境污染
铝合金焊接烟尘对劳动者的健康危害是很大的，虽然采取劳动者的临近保护，但大环境仍不能完全消除这种危害，焊工个人劳动保护和作业环境改善都带来庞大的辅助成本。
二、专机自动焊
在焊接铝合金车体大部件上，专机从结构上分为悬臂专机、龙门专机、吊挂专机等形式，专机最大的特点是调节简单，操作方便。缺点是专机枪头锁紧机构频繁使用，牢固性差，焊接运行过程中，对中性不好，需要操作人员干预。另一方面，专机稳定性差，走行过程震动会带来焊缝表面纹理不均脱节，质量相对较差。
三、搅拌摩擦焊的原理
搅拌摩擦焊是一种热——力锻造的固相连接方法。待焊工件被刚性固定在垫板上，搅拌头在焊缝处高速旋转，利用搅拌头的轴肩与工件的外摩擦和搅拌头与工件内摩擦热使接合面处产生金属热塑化并在其连续运动下形成连续固相焊缝。
四、搅拌摩擦焊的特点
1．焊接效率高
对于铝合金车辆地板焊缝，当壁厚1.5mm时，可以实现4-6mm/min的焊接速度，当壁厚2-2.5mm时，可以实现3-5mm/min的焊接速度。综合速度比MIG焊接快一倍。一次成功概率小，综合焊接速度搅拌摩擦焊是MIG焊的5倍以上，这在铝合金车辆车钩座产品的试验中已经得到充分验证。
2．焊缝与母材基本持平，打磨工作量小，搅拌摩擦焊焊缝外观平整，成型可以保证焊缝基本不用打磨处理，节约了焊缝处理时间。
3．焊缝静强度、耐疲劳性能、抗冲击性能获得提高，尤其薄壁结构性能改善更好。
4．焊缝中不存在气孔、疏松，焊缝气密与水密性高。
5．焊接作业清洁，对环境、人员没有危害，能耗低。
搅拌摩擦焊过程类似机加工过程，没有焊接烟尘的产生和金属颜色的变化，而MIG焊接过程将伴随大量危害健康的烟尘产生，弧光对人的辐射作用也不可能完全避免，而搅拌摩擦焊接能量转换率高，属于低能耗、环保型焊接方法，是国际推广应用的方向。
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五、搅拌摩擦焊的应用情况
我厂于2001---2013年间引进搅拌摩擦焊，通过引进、创新，已经在大件、小件、薄板、厚板上取得了突破的进展，各项指标已经达到了国际水准，并且广泛应用于铝合金焊接上。
六、常见缺陷的类型及原因
搅拌摩擦焊焊接后的缺陷主要有飞边、沟槽、未焊合和孔洞4种。缺陷的产生主要是由于在焊接过程中，不同部位的焊缝金属经历了不同的热机过程，过热或者塑性材料流动不足都会导致缺陷的形成。
1．飞边
飞边缺陷出现在焊缝表面，通常是由于焊接压力过大而导致较多的塑性材料从轴肩两侧挤出，冷却后形成的一种缺陷。搅拌摩擦焊接过程是一个焊缝材料体积不变的过程，如果焊接压力过大，也就是搅拌头扎入过深，会使“挤压模”体积小于正常焊接时的体积，导致部分塑性材料从轴肩两侧挤出，冷却后形成飞边缺陷。
2．沟槽
沟槽缺陷是搅拌头在对接板表面机械搅动后未形成连接的一种严重缺陷，通常位于前进侧焊缝表面。沟槽缺陷的产生主要是由于焊接过程中压力过小，导致热输入严重不足，发生塑性变形的材料大量减少，而且材料流动性能降低，造成焊缝前进侧的塑化材料从后退侧绕流以后不能回填到前进侧，从而在前进侧焊缝表面附近形成孔洞。
3．未焊合
未焊合是指在焊缝底部未形成连接或不完全连接而出现的“裂纹状”缺陷，焊接压力过小时容易形成根部未焊合。未焊合的产生实际上是由于搅拌针长度不足而造成的。
4．孔洞
孔洞缺陷的形成主要是由于焊接过程中热输入不够，达到塑性化状态的材料不足，材料流动不充分而导致在焊缝内部形成材料未完全闭合的现象。
七、影响缺陷产生的因素
搅拌摩擦焊是一个复杂的工艺过程，很多因素能对搅拌摩擦焊接头性能造成影响，如搅拌头形状尺寸、搅拌头旋转速度和焊接速度、搅拌针扎入深度和倾斜角度、对接间隙、错口量等。当工艺参数偏离最佳范围时，搅拌摩擦焊接头中会出现典型的孔洞、根部未焊合等缺陷
1．搅拌头的影响
搅拌摩擦焊焊核区成形仅受搅拌针搅动部分塑性材料流动的影响，轴肩尺寸过小会导致塑性材料流动不足而在焊缝上部形成沟槽，较大的倾斜角度会增强流动从而减小沟槽出现的可能。
2．搅拌头旋转速度
旋转转速是影响摩擦搅拌焊热源的主要因素之一。当搅拌头的旋转速度较低时，摩擦热不够，不足以形成热塑性流动层，其结果是不能实现固相连接，在焊缝中形成了孔洞。
3．焊接速度
搅拌摩擦焊过程中，在搅拌头的结构其它参数确定好以后，热源强度就是一定的。当焊接速度过小时，搅拌焊头所产生的热量使焊接温度过高，焊合区金属温度将接近金属熔点，会使金属因过热而出现疏松，产生液化裂纹，同时，焊缝表面将凹凸不平。当焊接速度过大时，搅拌摩擦焊所产生的热量不足以使焊头周围的金属达到塑化状态，不能形成好的焊缝，在内部会出现孔洞。
4．其他因素
如果工件对接口存在厚度差，表面会形成错口，焊接后造成飞边缺陷，错口越大，飞边越多。
总结：未来铝合金车辆自动焊接技术的发展
1．搅拌摩擦焊的发展
我们要利用搅拌摩擦焊焊接质量高，退火强度小的特点，焊接MIG焊接难以完成的重要厚板焊缝，如车钩座板焊缝；要利用搅拌摩擦焊焊接薄板焊缝速度快、表面成型好的优势，焊接铝合金车体侧墙、地板、车顶板焊缝；要利用搅拌摩擦焊焊接质量不受位置制约的特点，发展铝合金车体总组成横缝自动焊；要利用搅拌摩擦焊低能消耗的优势，采用该工艺取代铝合金电阻点焊。
2．MIG焊接的发展
我们要利用该焊接方法焊接速度高的特点，焊接车辆裙板等部件，可实现无变形高速焊接，并可实现和变位机联动作业。减少作业中的干扰因素。
在铝合金车辆焊接未来发展上，利用好搅拌摩擦焊接工艺。
参考文献：
[1]刘小文，鄢君辉，杜随更.LY12搅拌摩擦焊技术.焊接学报,2001,224()：55~57
[2]杜随更。摩擦焊工艺新发展(二).国外新技术,2000,29(6)：48~50
论文作者:林晓波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/18
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