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(冶金直播22場)國聯云:有色直播第六場上線——蔣顯全教授講鋁合金的新型焊接技術

         關鍵字:鋁合金,有色直播,國聯云     發布時間:2020/3/13     來源:國聯云

鋁合金是有色金屬結構類材料的一種,以美觀、輕便、高強度、高耐腐蝕性著稱,在航天、航空、汽車、機械制造、船舶及化學等工業早已廣泛應用。隨著市場的發展,各行各業對鋁合金焊接構件的需求日益增多,也使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。

3月10日,西南大學材料與能源學院蔣顯全教授應邀來到國聯云有色直播間。他帶來的主講課題是《鋁合金的新型焊接技術—超聲點焊和電磁脈沖焊接》。

蔣顯全,西南大學材料與能源學院二級教授、博導。中國有色行業和重慶市學術帶頭人;國家各種項目評審專家;3個國家級學會理事,5個省部級學會副理事長或常務理事,3所大學兼職教授,國內外9個雜志編委和審稿專家。曾在多個鋁加工企業和研究院所任過總經理或其他職務。主持國家及省部級項目42項;論文76篇;專利69項;省部級一等獎2項、二、三等獎8項、其它級別獎勵若干。負責建新公司和生產線11條,實驗室6個。指導21名博碩士完成學位論文。

本次有色直播蔣教授主要講了四部分——人文環境下的鋁合金發展態勢,鋁合金的傳統焊接方法,超聲點焊和電磁脈沖焊接。蔣教授認為,人類未來100年面臨的主要問題是能源和資源,水,環境。而能源和資源的使用,必然對工業制造產生沖擊,那么如何避開降低油耗,節能減排,控制霧霾,如何應對溫室效應呢?最佳應對方案應為新工藝,新材料和輕量化。蔣教授表示,從成本、材料性能、減重效果、制備工藝全過程等多方面綜合考慮,鋁合金具有優勢。

傳統電焊方法中,蔣教授重點講解了鎢極氬弧焊(MIG)、電阻點焊、縫焊、脈沖氬弧焊、激光焊四種傳統電焊方式。傳統方法需要將鋁合金熔化再凝固,但能耗高,常出現氣孔、夾雜、燒損和蒸發、性能低、外觀差等缺陷。對于厚度很薄的鋁板、高鋅、高鎂硅合金的淬火態材料焊接性能極低。鋁合金與其他異種材料特別難于焊接。接頭強度為母材的50-70%,硬鋁等高強淬火態更低。而鋁合金攪拌摩擦焊接,優點是殘余應力低,工件不易變形;有利于大截面長焊縫;操作方便,利于自動化;無焊絲,不需除氧化膜,不需要保護氣體,成本低;可焊異種材料;安全。缺點則是反面有底板;焊縫端頭有難以修補鍵孔;某些特殊領域中要考慮腐蝕性能、殘余應力和變形時,會影響實際應用。

例如:

超聲波焊接( Ultrasonic stir welding -USW)是通過施加局部高頻振動能量和適度夾緊力而產生原子聚結的固態過程。系統構成:包括超聲波發生器,換能器/變幅桿/焊頭三聯組,模具和機架。其原理:超聲波以幾萬次/秒的高頻振動作用于焊件,焊區界面產生局部高溫導致產生原子擴散或界面層迅速熔化并快速凝固,在外加壓力共同作用下使其融合成一體。

超聲點焊的優勢:焊接的熱影響區小,焊接強度高;成本低;焊接件的導電、導熱性好;超聲波點焊對環境的要求低,占地面積小,無需專業的粘結劑,焊接無火花與飛濺。接頭氧化物少,金屬間化合物彌散;焊接時間很短,溫度低于再結晶,沒有殘余應力,是一種金屬的冷焊技術。超聲點焊的另一個不可替代的優勢是可將鋁和其它材料聯接。由此可見,鋁合金的很多領域都可采用超聲點焊替代。

蔣教授在有色直播間里講到,鋁合金的超聲點焊技術與電阻點焊相比具有許多優勢,特別是在克服焊接界面脆性的金屬間化合物引起焊接接頭綜合力學性能降低方面優勢突出。在目前現代高速發展的工業中會有越來越廣泛應用前景。但不可否認,目前我國在超聲波金屬焊接研究和應用方面面臨很多困難,還很多工作要做。

提到電磁脈沖焊接,蔣教授介紹說,為適應輕量化發展趨勢,采用強度高、輕質、耐蝕性好的鋁合金在汽車結構件方面替代鋼、銅等金屬,同時,異種材料的焊接隨之增加。目前,電磁脈沖焊接是異種材料間焊接的最佳方法,它利用電磁感應進行電-磁-力轉換,實現異種金屬原子冶金結合。能量易精確控制、焊接速度快、磁場力瞬間作用且無機械接觸、焊接強度高于母材、利于實現自動化生產及復合工藝焊接,整個焊接過程綠色、環保等特點。

電磁脈沖焊接(EMPW)是由磁脈沖成形(Magnetic pulse forming-MPF)技術發展起來的。1950年代末第一臺MPF機誕生;95年開始,汽車行業鋁合金代替鋼材,美國、日本、俄羅斯、以色列、加拿大等國家在汽車行業將MPF應用于鋁合成形。2000年后波音、空客、寶馬、福特、奧迪等公司已經廣泛應用于實際生產。蔣教授坦言,國內雖有一些高等院校和科研院所開展了EMPW技術研究,在應用于生產方面與國外差距較大。國外該技術也對我國實行封鎖。

專業知識和豐富的生產實踐,造就了這堂精彩的有色直播課。蔣教授在線回復并講解鋁加工單位提出的生產中遇到的具體問題。留言區觀眾代表覺得意猶未盡。

國聯云有色直播CMO魏曉娟女士在直播后總結道,鋁合金焊接技術的開發和完善,必將提高鋁合金的生產和應用技術水平,從而帶動和促進周邊行業的技術進步。專業知識造就技術人才,國聯云有色直播將一如既往地面向行業人士敞開知識大門,與未來攜手!

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