宋友寶，李 龍，呂金明，嚴(yán) 安，周德敬

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7xxx系鋁合金焊接研究現(xiàn)狀與展望

宋友寶1, 2，李 龍1，呂金明2，嚴(yán) 安2，周德敬1

(1. 銀邦金屬?gòu)?fù)合材料股份有限公司， 江蘇省金屬層狀復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫 214145；2. 無(wú)錫銀邦防務(wù)科技有限公司，無(wú)錫 214145)

結(jié)合7xxx系鋁合金的焊接特點(diǎn)，介紹7xxx系鋁合金焊接焊絲的選擇與優(yōu)化，闡述雙絲-MIG焊、激光-MIG復(fù)合焊、攪拌摩擦焊3種焊接新方法，與傳統(tǒng)焊接方法相比，它們?cè)?xxx系鋁合金焊接上頗具優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。通過(guò)合金化進(jìn)行7xxx系鋁合金母材和焊絲的優(yōu)化設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新的焊接方法是未來(lái)鋁合金焊接領(lǐng)域的重要研究 方向。

7xxx系鋁合金; 焊接; 焊絲選擇; 焊接方法

7xxx系鋁合金是以Zn為主要強(qiáng)化元素的鋁合金，屬于可熱處理強(qiáng)化鋁合金，在適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下，其強(qiáng)度可高達(dá)400~800 MPa，又稱(chēng)為高強(qiáng)或超高強(qiáng)鋁合金，具有比強(qiáng)度高、加工性能好、斷裂韌度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工國(guó)防、軌道交通、造船等領(lǐng)域[1?4]。7xxx系鋁合金包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系兩類(lèi)合金。其中Al-Zn-Mg系合金具有中等強(qiáng)度，有一定應(yīng)力腐蝕傾向，焊接性良好，稱(chēng)為中高強(qiáng)可焊鋁合金，如7005、7039、7A52等。Al-Zn-Mg-Cu系合金由于Cu的加入，強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能均得到提高，但焊接性能下降，一般稱(chēng)為超高強(qiáng)難焊鋁合金，如7050、7075、7475等。

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)7xxx系鋁合金的強(qiáng)度、韌性、抗應(yīng)力腐蝕性能及焊接性能提出了更高的要求。人們?cè)陂_(kāi)發(fā)7xxx系鋁合金時(shí)，遇到了提高合金的強(qiáng)度勢(shì)必會(huì)降低合金的焊接性能的瓶頸[5?6]。各種鋁合金結(jié)構(gòu)件主要是通過(guò)焊接成形，因而焊接性能是7xxx系鋁合金重要的工藝性能指標(biāo)，在合金設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮合金的各項(xiàng)性能指標(biāo)，兼顧合金的焊接性能。另外，隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出的各種新型焊接技術(shù)(雙絲MIG焊、攪拌摩擦焊等)，解決了7xxx系鋁合金焊接的一些難題，促進(jìn)了7xxx系鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用。

1 7xxx系鋁合金焊接的特點(diǎn)

1.1 7xxx系鋁合金焊接難點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，鋁合金焊接普遍有以下幾個(gè)難點(diǎn)[7?8]：1) 鋁合金導(dǎo)熱率大，焊接時(shí)需要更高的線(xiàn)能量，同樣焊接速度下，熱輸入量要比鋼材的大2~4倍；2) 鋁和氧親和力大，鋁合金表面易形成熔點(diǎn)高達(dá)2060 ℃的難熔氧化膜；3) 鋁合金熔體很容易吸氫產(chǎn)生氣孔；4) 鋁合金屬于典型的共晶合金，且線(xiàn)膨脹系數(shù)大，焊縫凝固時(shí)易產(chǎn)生熱裂紋；5) 鋁合金線(xiàn)膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接變形。7xxx鋁合金由于其自身特點(diǎn)，除具有以上焊接問(wèn)題外，還具有其他焊接難點(diǎn)：1) 7xxx系合金含有較多的低沸點(diǎn)Zn、Mg合金元素，在焊接過(guò)程中燒損嚴(yán)重，焊縫中強(qiáng)化相(如MgZn2)減少，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度降低；2) 7xxx系鋁合金是經(jīng)固溶、時(shí)效等熱處理達(dá)到較高的強(qiáng)度后使用，在焊接時(shí)，焊接區(qū)域經(jīng)歷較高溫度的焊接熱循環(huán)，熱影響區(qū)發(fā)生過(guò)時(shí)效和晶粒粗化而嚴(yán)重軟化。圖1所示為7xxx系鋁合金焊接接頭組 織[9]，其中HAZ表示熱影響區(qū)(Heat-affected zones)，DAS表示枝晶間距(Eendrite arm spacing)。在焊縫區(qū)存在羽毛狀結(jié)構(gòu)(Feathery)、顆粒(Granular)、溶質(zhì)帶(Solute band)、樹(shù)枝晶(Dendritic structure)等各種復(fù)雜的晶粒和結(jié)構(gòu)；在熱影響區(qū)存在回復(fù)(Reversion)、過(guò)時(shí)效(Over-ageing)、軟化(Softening)等變化，這些因素會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)和熱影響區(qū)中出現(xiàn)薄弱區(qū)域，在接頭承載時(shí)易發(fā)生斷裂。因此，在7xxx系鋁合金焊接時(shí)，既要考慮選擇合適的焊絲，提高焊縫金屬的強(qiáng)度，又要考慮采用合適的焊接方法與工藝，以控制熱輸入，盡可能減輕熱影響區(qū)軟化程度。

圖1 可熱處理強(qiáng)化鋁合金焊接接頭組織[9]

1.2 合金元素對(duì)7xxx系鋁合金焊接性的影響

7xxx系鋁合金除了含Zn、Mg(Cu)主要合金元素外，還會(huì)加入少量Mn、Cr、Ti、Zr等其他元素，以形成綜合性能優(yōu)良的合金。這些元素對(duì)合金的焊接性能影響作用各有不同，研究合金元素對(duì)焊接性能的影響，有利于合金的設(shè)計(jì)和焊接材料的選用。1) Zn、Mg：7xxx系鋁合金的強(qiáng)度隨Zn、Mg含量的增加而增加，Zn含量增加會(huì)增加焊接熱裂紋傾向，而Mg的增加可降低合金焊接熱裂傾向。2) Cu：在Al-Mg-Zn系合金基礎(chǔ)上添加Cu，可提高合金的強(qiáng)度，但會(huì)增加焊接熱裂傾向，嚴(yán)重?fù)p害焊接性能。有關(guān)研究表明，當(dāng)Cu含量大于0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)，容易產(chǎn)生焊接熱裂紋[10]。3) Mn、Cr：添加少量(一般不超過(guò)1%)的Mn和Cr可提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，焊接熱裂傾向隨Cr、Mn含量的增加而降低。4) Ti、Zr：加入微量的Ti和Zr可細(xì)化合金組織，打亂凝固時(shí)柱狀晶的方向性，破壞液態(tài)薄膜的連續(xù)性，因而可降低熱裂傾向。5) Fe、Si：Fe和Si為7xxx系鋁合金中的雜質(zhì)元素，易形成低熔點(diǎn)共晶，引起熱裂紋，需要嚴(yán)格控制Fe和Si的含量。各種合金元素對(duì)7xxx系鋁合金焊接性的影響如表1所列[11?12]。

表1 7xxx系鋁合金中各元素對(duì)焊接性的影響[11?12]

Note: ↑ means effect of increase; ↓ means effect of decrease; Corrosion resistance refers to stress corrosion resistance of welded joint.

2 7xxx系鋁合金焊接焊絲的選擇與優(yōu)化

2.1 焊絲的選擇

在母材確定的條件下，焊接接頭的性能主要取決于兩個(gè)方面：一是焊絲成分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，二是焊接工藝的選擇與優(yōu)化[13]。焊縫實(shí)際上是焊絲和母材在焊接熱循環(huán)作用下熔化后形成的鑄態(tài)金屬，且焊縫在焊后一般沒(méi)有條件再經(jīng)形變加工，多數(shù)情況下也不可進(jìn)行熱處理，只能通過(guò)合金化和控制焊接工藝條件來(lái)控制焊縫的組織和性能。在焊接工藝條件一定時(shí)，正確選擇焊絲尤為重要。

選擇焊絲需考慮以下幾個(gè)方面：1) 焊接時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋和氣孔傾向低；2) 焊接接頭的強(qiáng)度、塑性、抗腐蝕性等性能優(yōu)良；3) 焊縫金屬表面顏色與母材顏色匹配[14]。但是，不是每種焊絲均能同時(shí)滿(mǎn)足以上各項(xiàng)要求，有時(shí)焊絲自身某些方面的性能會(huì)相互矛盾。例如，強(qiáng)度與塑性難以兼得，抗裂性與顏色匹配難以兼顧。需將焊絲的性能表現(xiàn)及其適用性和預(yù)定用途聯(lián)系起來(lái)，以便針對(duì)不同材料和主要或特殊性能要求來(lái)選擇焊絲。

7xxx系鋁合金主要合金元素為Zn，通常采用逆轉(zhuǎn)型選材方式來(lái)選擇焊絲[15]，選用高M(jìn)g的合金(5xxx系A(chǔ)l-Mg合金)焊絲來(lái)焊接高Zn合金，以提高焊縫的抗裂性。實(shí)踐表明，當(dāng)焊縫中Mg含量為1%~2%時(shí)，焊縫抗裂能力最差。采用高M(jìn)g焊絲焊接時(shí)，可通過(guò)焊絲往焊縫金屬中添加Mg元素，一方面可使焊縫成分避開(kāi)抗裂性能最差的Mg含量區(qū)間，提高焊縫抗裂性，另一方面也可彌補(bǔ)Mg在焊接高溫下的燒損，增加MgZn2強(qiáng)化相數(shù)量，提高焊縫強(qiáng)度。因此，常選用5xxx系合金焊絲(如ER5183、ER5356、ER556)來(lái)焊接7xxx系鋁合金。另外，文獻(xiàn)[7]中指出，焊接7xxx系鋁合金，除了選用5xxx系高M(jìn)g焊絲外，還可采用與母材牌號(hào)相同的Al-Zn-Mg焊絲或高M(jìn)g低Zn的X5180焊絲。表2以7039鋁合金為例，列舉了選用不同焊絲焊接后接頭的性能，可見(jiàn)對(duì)于同一種母材合金，選用不同牌號(hào)的焊絲，焊縫抗裂性、接頭強(qiáng)度、延展性、抗腐蝕性等性能指標(biāo)會(huì)有一定差異。

2.2 焊絲的微合金化

焊絲中除了起主要強(qiáng)化作用的合金元素外，還含有少量Mn、Cr、Zr、Ti、B等微合金化元素，這些元素可改善焊縫抗裂性，提高接頭性能。近年來(lái)，有學(xué)者嘗試在標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)焊絲的基礎(chǔ)上添加Zr、Sc、Er等微合金化元素，來(lái)改善焊縫性能。趙志浩等[16]使用ER5356焊絲及添加Sc、Zr、Er的ER5356焊絲分別對(duì)7A52鋁合金進(jìn)行了TIG焊，研究了Sc、Zr、Er對(duì)焊接接頭性能的影響，其結(jié)果表明，在ER5356焊絲中添加Sc、Zr、Er可有效細(xì)化焊縫組織，提高接頭強(qiáng)度，單獨(dú)添加Sc的焊絲效果最好，接頭強(qiáng)度可達(dá)322.6 MPa，為母材強(qiáng)度的70%。王生等[17]采用ER5356焊絲和自行開(kāi)發(fā)的Zr+Sc復(fù)合微合金化的Al-Mg焊絲對(duì)7A52鋁合金進(jìn)行TIG焊，結(jié)果表明，Zr+Sc復(fù)合微合金化的Al-Mg焊絲焊接接頭比ER5356焊絲焊接接頭的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了24%和37%，接頭強(qiáng)度可達(dá)378 MPa，為母材強(qiáng)度的76%，并認(rèn)強(qiáng)化和韌化機(jī)制是焊縫中生成的細(xì)小Al3Zr、A13Sc粒子的細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。Zr/Sc/Er微合金化元素對(duì)7A52鋁合金焊接接頭性能的影響歸納如表3所列[16?18]。

表2 7039鋁合金采用不同焊絲焊接的接頭性能[7]

Note: A, B, C represent the level of welding performance, A is best, B is medium, C is last.

由表3可知，在焊絲中添加Zr、Sc、Er微合金化元素可提高焊接接頭的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，與不添加微合金化元素的標(biāo)準(zhǔn)焊絲相比，接頭強(qiáng)度最大可提高6%。需要指出的是，Sc作為一種戰(zhàn)略資源，價(jià)格非常昂貴，這極大地限制了Sc的推廣應(yīng)用。從表3也可看出，焊絲中添加Er或Zr 具有和Sc類(lèi)似的強(qiáng)化作用，而Er和Zr成本較Sc低很多，因此可考慮用Er、Zr替代Sc進(jìn)行焊絲微合金化。

3 7xxx系鋁合金的焊接方法

鋁合金傳統(tǒng)的焊接方法有鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)、激光焊(LBW)等[19?21]。而7xxx系鋁合金存在熱裂敏感、合金元素?zé)龘p、接頭軟化嚴(yán)重等焊接難點(diǎn)，采用傳統(tǒng)焊接方法焊接7xxx系鋁合金難以取得較好的焊接效果，存在焊接效率低、焊縫成形不良等局限性。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展，7xxx系鋁合金焊接件生產(chǎn)量逐漸增加，也對(duì)焊接提出了高效率、高質(zhì)量的技術(shù)要求，為此，焊接研究者們開(kāi)發(fā)出幾種較新的焊接方法，如雙絲MIG焊、激 光-MIG復(fù)合焊、攪拌摩擦焊(FSW)。表4所列為7xxx系鋁合金幾種焊接方法特點(diǎn)介紹，接下來(lái)著重介紹后3種較新的焊接方法。

表3 Zr/Sc/Er微合金化元素對(duì)7A52鋁合金焊接接頭性能的影響[16?18]

表4 7xxx系鋁合金焊接方法特點(diǎn)

3.1 雙絲MIG焊

單絲MIG焊為鋁合金普遍采用的焊接方法，但隨著制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單絲MIG焊已在熔敷效率、焊接速度、焊縫成形質(zhì)量等方面顯現(xiàn)出一定的局限性，單純依靠改變焊接電源、填充焊絲及保護(hù)氣體等工藝措施很難再進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。為提高焊接生產(chǎn)效率，改善焊縫成形，近年來(lái)國(guó)外公司對(duì)雙絲MIG焊進(jìn)行了大量研究工作。雙絲MIG焊從原理上可分為兩類(lèi)，分別是美國(guó)Miller公司開(kāi)發(fā)的Twin arc雙絲焊接系統(tǒng)和德國(guó)Cloos公司開(kāi)發(fā)的Tandem[22?25]，原理如圖2所示。

Twin arc雙絲焊采用兩個(gè)完全相同的焊接電源(也可以用同一個(gè)電源)，兩套送絲機(jī)構(gòu)，兩根焊絲共用一個(gè)導(dǎo)電嘴和一個(gè)氣體噴嘴，兩個(gè)電弧同電位，供一個(gè)熔池。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需協(xié)同控制，但缺點(diǎn)也比較明顯，因?yàn)殡娀〉姆€(wěn)定性完全依靠自身的調(diào)節(jié)作用，所以電弧穩(wěn)定性差，電弧間的干擾大，很難對(duì)電弧及熔滴過(guò)渡進(jìn)行精確控制。如圖2(b)所示，Tandem雙絲焊是將兩根焊絲按一定的角度放在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的焊槍里，兩根焊絲分別由各自電源獨(dú)立供電，相互絕緣，除送絲速度可不同外，其他所有的參數(shù)皆可獨(dú)立設(shè)定，并通過(guò)數(shù)字化協(xié)同控制器，靈活調(diào)節(jié)脈沖電流，以最佳控制電弧，將兩個(gè)電弧的相互干擾降到最低。

圖2 雙絲MIG焊組成系統(tǒng)示意圖[25]

張傳臣等[26]對(duì)7A52鋁合金進(jìn)行了單、雙絲MIG焊焊接工藝對(duì)比，結(jié)果表明，與單絲MIG焊相比，雙絲MIG焊接頭變形更小(見(jiàn)圖3)組織更為細(xì)小致密，熱影響區(qū)窄，焊縫區(qū)硬度高于單絲焊縫，接頭強(qiáng)度比單絲焊提高了7.7%。余進(jìn)等[27]研究了40 mm厚7A52鋁合金雙絲MIG焊接頭的組織和性能，結(jié)果表明，7A52鋁合金采用雙絲MIG焊可得到優(yōu)良的焊接接頭，接頭強(qiáng)度最高可達(dá)305 MPa，為母材強(qiáng)度的74%。有關(guān)7A52鋁合金單雙絲MIG焊的研究結(jié)果如表5所列[26?28]。雙絲MIG焊在厚板7A52鋁合金焊接上優(yōu)勢(shì)明顯，接頭強(qiáng)度比單絲MIG焊的提高6%~11%，其焊接速度可高達(dá)600~800 mm/min。

圖3 單雙絲MIG焊接接頭變形對(duì)比[26]

表5 7A52鋁合金單雙絲MIG焊接工藝對(duì)比[26?28]

3.2 激光-MIG復(fù)合焊

激光焊是鋁合金焊接方法之一，具有飛濺小、熱影響區(qū)窄、焊縫成形美觀等優(yōu)點(diǎn)[29]。但由于鋁合金自身的高導(dǎo)熱性和對(duì)激光發(fā)射率高，激光焊接功率利用率低，導(dǎo)致鋁合金激光焊所需激光器功率大、成本高、焊接熔深淺等問(wèn)題，并且鋁合金激光焊對(duì)焊前預(yù)處理要求高，這些因素都限制了激光焊在鋁合金焊接中的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代末，英國(guó)倫敦帝國(guó)大學(xué)學(xué)者STEEN[30]首次提出了激光-電弧復(fù)合焊接的方法。這種工藝被認(rèn)為是綜合了激光與電弧的優(yōu)點(diǎn)，即將激光的高能量密度和電弧的較大加熱區(qū)組合起來(lái)，同時(shí)，通過(guò)激光與電弧的相互作用，來(lái)改善激光能量的耦合特性和電弧的穩(wěn)定性。而鋁合金焊接又常采用MIG焊，因此激光-MIG復(fù)合焊應(yīng)運(yùn)而生，圖4所示為激光-MIG復(fù)合焊原理示意圖[31]。

圖4 激光-MIG復(fù)合焊原理示意圖[31]

激光-MIG復(fù)合焊既能綜合激光焊和MIG焊的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，又可彌補(bǔ)各自不足，具有焊接速度快、焊縫熔深大、工藝適應(yīng)性好、焊縫成形美觀等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁合金激光-MIG焊進(jìn)行了廣泛研究。PETRING等[32]對(duì)高強(qiáng)鋁合金激光-MIG復(fù)合焊研究得出，MIG焊焊接速度超過(guò)2 mm/min時(shí)，焊縫質(zhì)量開(kāi)始變差，而激光-MIG復(fù)合焊接時(shí)可在保證焊縫成形良好的前提下將焊速提高至4 mm/min[32]。錢(qián)紅麗[33]采用激光-MIG復(fù)合焊對(duì)4 mm厚7A52鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)研究，結(jié)果表明復(fù)合焊焊縫均勻平整且表面具有金屬光澤，可獲得良好的焊縫成形，接頭強(qiáng)度可達(dá)到母材的70%。陶傳琦等[34]研究了15 mm 7N01鋁合金MIG與激光-MIG復(fù)合焊對(duì)比，結(jié)果表明復(fù)合焊接頭力學(xué)性能略高于MIG焊的，但復(fù)合焊焊接效率明顯高于MIG焊的，且其焊接熱輸入明顯低于MIG焊的。圖5所示為MIG焊和激光-MIG復(fù)合焊接頭硬度分布，可見(jiàn)復(fù)合焊焊縫區(qū)硬度高于MIG焊的。

激光-MIG復(fù)合焊在鋁合金焊接上具有較大優(yōu)勢(shì)，為焊接性較差的7xxx系鋁合金焊接提供了新的方法和思路。而目前針對(duì)7xxx系鋁合金激光-MIG復(fù)合焊方面的研究仍不多，尤其是針對(duì)厚度20 mm以上的7xxx系鋁合金激光-MIG焊，還未見(jiàn)有公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道，并且激光-MIG焊在焊接7xxx系鋁合金厚板時(shí)，仍存在氣孔、裂紋等問(wèn)題。本文作者認(rèn)為，激光-MIG復(fù)合焊頗具發(fā)展前景，未來(lái)可針對(duì)7xxx系厚板鋁合金激光-MIG焊開(kāi)展工藝優(yōu)化方面的工作，以促進(jìn)激光-MIG復(fù)合焊在7xxx系鋁合金厚板焊接上的應(yīng)用。

圖5 MIG與激光-MIG復(fù)合焊接頭硬度分布[34]

3.3 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊(FSW)是由英國(guó)焊接研究所(The Welding Institute, TWI)于1991年提出的新型固相連接技術(shù)[35?37]，攪拌摩擦焊利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與待焊材料間的攪拌摩擦生熱，將材料加熱至塑性狀態(tài)，并在軸向頂鍛壓力的熱?機(jī)綜合作用下，形成致密的固相連接焊縫。由于FSW焊接過(guò)程中不存在金屬的熔化，可避免熔焊方法的常見(jiàn)焊接缺陷(如氣孔、裂紋、合金元素?zé)龘p渣等)，因此，F(xiàn)SW在焊接鋁合金尤其是焊接性欠佳的7xxx系高強(qiáng)鋁合金上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。目前，攪拌摩擦焊技術(shù)已成功應(yīng)用于航空航天、軌道車(chē)輛、船舶艦艇、汽車(chē)等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域[38?40]，并且正在大面積取代熔焊方法用于鋁合金連接件制造。例如美國(guó)已將攪拌摩擦焊成功應(yīng)用于兩棲戰(zhàn)車(chē)鋁合金裝甲的焊接，取得了強(qiáng)度高、耐腐蝕性好的高質(zhì)量焊縫。波音公司已在Delta II火箭燃料貯箱制造上使用攪拌摩擦焊焊接了1200 m無(wú)缺陷焊縫。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)7xxx系鋁合金攪拌摩擦焊進(jìn)行了廣泛研究。SHARMA等[41]采用攪拌摩擦焊焊接了5 mm厚7039-T6鋁合金，得到的接頭強(qiáng)度最高可達(dá)354 MPa，為母材強(qiáng)度的85%，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和焊接速度對(duì)接頭力學(xué)性能的影響可通過(guò)回歸模型來(lái)預(yù)測(cè)。馬志華等[42]研究了30 mm厚7A52鋁合金攪拌摩擦焊的接頭組織和性能，結(jié)果表明焊縫區(qū)橫截面硬度呈“W”形，TMAZ/HAZ過(guò)渡區(qū)為接頭軟化區(qū)，接頭強(qiáng)度最高可達(dá)到母材強(qiáng)度的85.8%。圖6所示為7A52鋁合金FSW和雙絲MIG接頭的組織，從圖6中可看出，雙絲MIG焊焊縫中心晶粒粗大，而FSW接頭焊縫區(qū)為細(xì)小的等軸晶[43]。

圖7所示為7xxx系鋁合金不同焊接方法可焊板厚及焊接系數(shù)范圍(圖中1892、1935等數(shù)字表示各種焊接方法的發(fā)明年份, LB-MIG、DW-MIG分別代表激光-MIG復(fù)合焊和雙絲MIG焊)，從圖7中可看出，隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，可焊板厚和焊接系數(shù)不斷增加。其中攪拌摩擦焊是目前7xxx系鋁合金可焊板厚范圍最廣(0.4~180 mm)、焊接系數(shù)最高(75%~97%)的焊接方法。激光-MIG復(fù)合焊接改善了鋁合金對(duì)激光反射率高的問(wèn)題，從而可焊板厚范圍增大、焊接系數(shù)也有所提高。雙絲MIG焊的高效焊接優(yōu)勢(shì)明顯，其焊接速度和熔敷效率高于其他熔焊方法。隨著焊接技術(shù)的更新改進(jìn)，相信7xxx系鋁合金未來(lái)會(huì)有更好的新焊接方法出現(xiàn)。

圖6 雙絲MIG焊和FSW焊接接頭組織[43]

圖7 7xxx系鋁合金不同焊接方法可焊板厚及焊接系數(shù)范圍

4 結(jié)論與展望

1) 7xxx系鋁合金強(qiáng)度高，焊接是制約7xxx系鋁合金推廣應(yīng)用的重要因素。7xxx系鋁合金焊接存在熱裂紋傾向大、焊縫中合金元素?zé)龘p多、熱影響區(qū)軟化嚴(yán)重等難點(diǎn)。調(diào)控7xxx系鋁合金中主輔合金元素含量和比例及對(duì)焊絲進(jìn)行微合金化優(yōu)化設(shè)計(jì)，是改善7xxx系鋁合金焊接性、解決其焊接難點(diǎn)的重要途徑。

2) 雙絲MIG焊、激光-MIG復(fù)合焊、攪拌摩擦焊這3種較新的焊接方法在7xxx系鋁合金焊接上優(yōu)勢(shì)明顯，具有焊縫成形好、接頭強(qiáng)度高、焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3) 針對(duì)7xxx系鋁合金的不同合金系、板厚和結(jié)構(gòu)，正確選用合適的焊接方法和工藝，可有效提高7xxx系鋁合金結(jié)構(gòu)的焊接強(qiáng)度。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，相信未來(lái)會(huì)出現(xiàn)更新更好的焊接技術(shù)，以促進(jìn)7xxx系鋁合金結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

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(編輯 王 超)

Research status and perspective of 7xxx series aluminum alloys welding

SONG You-bao1, 2, LI Long1, Lü Jin-ming2, YAN An2, ZHOU De-jing1

(1. Yinbang Clad Material Company Limited, Jiangsu Key Laboratory for Clad Materials, Wuxi 214145, China;2. Yinbang Defense Technology Company Limited, Wuxi 214145, China)

The characteristics of welding for 7xxx series aluminum alloys were combined, and the selection and optimization of wires were introduced. Three new welding methods, such as double wire MIG welding, laser-MIG hybrid welding and friction stir welding, were stated. Compared with traditional welding methods, the three new methods have superiority and foreground in the welding of 7xxx series aluminum alloys. Alloying optimization design of base metal and wire for 7xxx series aluminum alloys, developing of new welding method are the important research direction in the future.

7xxx series aluminum alloy; welding; selection of wire; welding method

Project(CZE02H1504) supported by Wuxi City Science and Technology Development Fund, China; Project (BZ2016004) supported by Key National and Organizational Industry Technical Cooperation, China; Project(BM2014006) supported by Program of Key Laboratory of Jiangsu Province of Metal Layered Composite Materials, China

2016-07-21;

2017-04-26

SONG You-bao; Tel: +86-510-88997000; E-mail: ybstju@163.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.03.07

無(wú)錫市科技發(fā)展資金項(xiàng)目(CZE02H1504)；重點(diǎn)國(guó)家及機(jī)構(gòu)產(chǎn)業(yè)技術(shù)合作項(xiàng)目(BZ2016004)；江蘇省金屬層狀復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(BM2014006)

2016-07-21；

2017-04-26

宋友寶，工程師，碩士；電話(huà)：0510-88997000；E-mail：ybstju@163.com

1004-0609(2018)-03-0492-10

TG146.2

A