一、哪些方法可以用來焊接鋁及鋁合金？各有什么特點？

鋁及鋁合金產品具有輕質、高強、大規格、耐高溫、耐腐蝕和耐疲勞等優點，在航天、航空、汽車等行業中越來越具有不可替代性。鋁及鋁合金的焊接已經不僅僅局限于以前的焊條電弧焊、氣體保護焊等基本的焊接方法，現也逐步向高質量、高效率、高新技術、低成本、低能耗、低勞動強度的方向發展。鋁及鋁合金的傳統焊接方法主要有鎢極氬弧焊（TIG焊）、熔化極氬弧焊（MIG焊）和電子束焊，它們的優點是技術成熟，設備簡單，相對于新型的焊接技術來說更能節約成本，但也存在一定的局限性。例如，采用以上這些焊接方法，一些高強鋁合金或結構復雜的構件無法進行高質量的焊接，而且焊接過程中有時還容易出現氣孔、焊接熱裂紋接頭“等強性”不等強等問題。隨著科學技術的發展，焊接技術也在不斷更新，焊接方法不斷更新，使之被焊接的材料與構件的質量不斷提高。

隨著微處理單元（MCU）以及數字信號處理器（DSP）等科技的發展，結合傳統的TIG焊和MIG焊，目前開發出了雙焊槍TIG焊、低脈沖MIG焊和交流MIG焊等焊接方法。革新后的焊接技術在保證焊縫質量的基礎上，提高了生產效率，降低了成本。雙焊槍TIG焊與傳統的交流TIG焊相比，不僅簡化了焊接工藝和節約了能量，而且在焊縫強度和延展性上都有了很大的提高。低脈沖MIG焊在質量上可以代替傳統的TIG焊，減少焊接氣孔并細化晶粒、降低焊縫裂紋敏感性，可以用來焊接對表面質量和內在質量均要求較高的鋁合金部件（如自行車架、殼體、油箱等）。

鋁及鋁合金的激光焊、電子束焊、變極性等離子電弧焊等均屬于高能密度焊。激光焊誕生于20世紀60年代，主要有CO2和YAG等激光焊，其主要優點包括以下三個方面：一是能量密度高，深穿透，焊縫熱影響區小，變形小，接頭強度高；二是生產速度快，效率高；三是焊接過程中可采用自動化和精密控制，實現對密閉透明物體內部的金屬材料進行焊接，但由于鋁合金對激光具有很高的反射性且由于其自身的熱導率較高，因此焊接中容易產生氣孔、熱裂紋。鋁合金高溫支持強度低，鋁及鋁合金焊縫在焊接中容易產生塌陷和接頭軟化等缺陷。為了克服鋁及鋁合金焊接過程中的這些缺點，近幾年國內外對激光焊接技術不斷改進，研究了復合激光焊接技術、雙束激光焊和超聲振動激光焊等。如激光TIG焊和激光MIG焊，分別適用于薄板和厚板的焊接。目前激光焊在航空航天、汽車制造、輕工電子等領域得到廣泛應用。

電子束焊的研究開始于20世紀50年代，電子束焊分為真空電子束焊和非真空電子束焊兩大類，但通常焊接都是采用真空電子束焊接。真空電子束焊接的突出特點是精確、快速、高功率、密度高、高穿透能力強、可控性好、保護效果好。鋁合金的電子束焊接，由于能量密度高，可大大減小熱影響區，提高焊接接頭強度，可避免熱裂紋等缺陷的產生，且由于穿透能力強，所以可對難以焊接的鋁合金厚板進行焊接。因此，在航空、航天和汽車制造業等領域，質量要求高的鋁合金零部件均是采用電子束焊進行加工，如運載火箭的貯箱殼體和汽車的變速器齒輪等均采用電子束焊。

變極性等離子電弧焊又被稱為“零缺陷焊”，它的研究開始于20世紀80年代。變極性等離子電弧焊在鋁及鋁合金焊接中的優點是具有很高的能量密度和射流速度（射流速度是普通電弧射流速度的2～15倍），使其能量更集中，線能量更小，焊接變形小，接頭性能可以和母材等強；變極性等離子電弧焊一次可以焊很厚的板，最厚可達25mm，可以單面焊雙面成型，變極性等離子電弧焊接鋁的這些優點可以大大地減少焊接工序和縮短焊接時間，使焊接過程既可以提高工作效率，又可以提高焊接構件的質量。目前變極性等離子弧焊接主要應用于航天產品的焊接中。例如，美國波音公司的“自由號空間站”項目中就應用了該變極性等離子電弧焊焊接方法。目前，我國關于變極性等離子弧焊接的研究還處于試驗階段，還沒有真正的應用到實際焊接中，但是其未來的發展空間很大。

攪拌摩擦焊是1991年由英國焊接研究所首次提出的。攪拌摩擦焊經過20多年的發展，如今已經作為一種新興技術泛應用于軍事和工業等領域。攪拌摩擦焊具有無焊接變形、殘余應力小、焊接接頭的綜合力學性能優良、成本低、適用范圍廣、焊接質量對人的依賴程度很低等優點。攪拌摩擦焊的局限性是焊接時機械力很大，需要焊接設備有很好的剛性；與弧焊相比，攪拌摩擦焊缺少焊接操作的柔性。但攪拌摩擦焊作為先進的固態連接技術，尤其是應用在現代運載工具的高速化、輕型化進程中，技術經濟效益顯著。因此正在大面積取代熔焊方法，廣泛應用于鋁合金結構件的連接制造。

由此可見，隨著焊接技術的發展以及計算機控制與焊接技術相結合，鋁及鋁合金的焊接已經不僅僅局限于以前的焊條電弧焊、氣體保護焊等基本的焊接方法，發展趨勢也逐步向高質量、高效率、高新技術、低成本、低能耗、低勞動強度的方向發展。隨著微處理單元（MCU）以及數字信號處理器（DSP）等科技的發展，全數字化焊機正在廣泛的應用到實際生產中。自動化、智能化的焊接過程能夠保證焊接質量的穩定性，以及惡劣環境下工作人員的安全。隨著激光焊和攪拌摩擦焊等新型焊接技術的發展，有些歷來被視為不可焊的硬鋁及超硬鋁合金，通過新型的氬弧焊、氦弧焊、攪拌摩擦焊等方法及特殊焊接材料的配合，已成為可焊的鋁合金并制成高新產品，應用在航空、航天和動車等高新領域，以及船舶業和汽車業中。新型的焊接技術有著更高的穩定性、高效性以及可應用性，在未來幾年內將得到廣泛應用來代替傳統的鋁及鋁合金焊接方法。