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能夠連接高硅鋁的焊接方法有：熔化焊、釬焊和固相焊接三大類(lèi)。熔化焊接的接頭性能差， 一般采用快速熱循環(huán)和低熱輸入的高能量密度焊，包括電子束焊和激光焊，有助于減少熔化焊所引發(fā)的缺陷，因此近年來(lái)在這方面開(kāi)展的研究較多。 釬焊方法是在母材金屬不熔化情況下，通過(guò)釬料熔化后填滿(mǎn)間隙，并與母材金屬之間發(fā)生溶解、擴(kuò)散等冶金作用的金屬焊接方法。 固態(tài)焊接技術(shù)是指對(duì)焊件表面清理后，施加靜態(tài)或動(dòng)態(tài)壓力，加熱或不加熱，在母材不熔化情況下使兩種材料發(fā)生固相結(jié)合的焊接方法。摩擦焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊、超聲波焊等均屬此類(lèi)。高硅鋁合金可用的壓焊方法有：摩擦焊、真空擴(kuò)散焊等。 激光焊接 已有研究表明，高硅鋁材料需要采用功率較低的熔焊方法連接，由于合金中的Si元素含量較高，焊縫金屬組織中會(huì)形成針狀共晶硅和粗大板狀多角形的初生硅，嚴(yán)重割裂基體； 近縫區(qū)的金屬易產(chǎn)生過(guò)熱、晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接力學(xué)性能顯著降低而失去使用價(jià)值。而激光焊接具有功率密度大、焊縫深寬比例大、熱影響區(qū)小、工件收縮和變形較小、焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)， 這種焊接方法適合高硅鋁的焊接。張偉華等人研究了ZL109硅鋁合金CO2激光焊接接頭的組織和性能，獲得了焊接組織致密、晶粒細(xì)小的接頭，焊接的熱輸入對(duì)接頭力學(xué)性能有顯著的影響， 熱輸入增大，接頭抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率均先增加后降低，當(dāng)熱輸入為44J/mm抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值，分別為121.2MPa和4.3%。 電子束焊接 電子束焊接時(shí)利用高電場(chǎng)產(chǎn)生的高速電子，經(jīng)聚焦后形成電子流，撞擊被焊金屬的焊接部位，將其動(dòng)力轉(zhuǎn)化為熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。 電子束流具有能量密度高、穿透能力強(qiáng)、焊縫深寬比大、焊接速度快、輸入能量較小，因此熱影響區(qū)小、焊接變形小。所以，電子束焊接質(zhì)量好，焊縫力學(xué)性能高。 石磊等人將AlSi12CuMgNi鋁合金擠壓鑄造的活塞頂圈和鍛造的活塞裙進(jìn)行真空電子束焊接，對(duì)優(yōu)化工藝條件下焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。 結(jié)果表明，接頭成形良好，沒(méi)有明顯的熱影響區(qū)，焊縫狹窄；焊縫區(qū)域主要由細(xì)小的α-Al相、α+Si共晶體、初晶硅以及Mg2Si等強(qiáng)化相組成；焊縫中心組織為細(xì)小的等軸晶和樹(shù)枝晶； 熔合區(qū)組織主要為柱狀晶。接頭強(qiáng)度不低于擠壓鑄造母材，焊縫硬度高于母材；焊接接頭的拉伸斷口斷面上分布大量撕裂棱和解離面，呈脆性斷裂。 釬焊 釬焊和熔焊方法不同，常規(guī)釬焊是采用（或過(guò)程中自動(dòng)生成）比母材熔化溫度低的釬料，操作溫度采取低于母材固相線(xiàn)而高于釬料液相線(xiàn)的一種焊接技術(shù)。 釬焊時(shí)工件常被整體加熱或者釬縫周?chē)竺娣e均勻加熱，因此工件的相對(duì)變形量以及焊接接頭的殘余應(yīng)力都比熔焊小得多。在現(xiàn)在制造業(yè)中高硅鋁材料一般都用在航空航天機(jī)械制造業(yè)中的高精密器件。 對(duì)于這些器件采用釬焊方法焊接，對(duì)工件的影響也是最小的。由于高硅鋁合金中含有硬質(zhì)硅相，釬料對(duì)該系列材料的潤(rùn)濕性能較差，用普通的軟釬焊方法難以實(shí)現(xiàn)有效連接， 侯玲等人在進(jìn)行高硅鋁釬焊試驗(yàn)中采用了在65Si35A1合金基體上進(jìn)行先化學(xué)預(yù)鍍Ni，再分別鍍Ni-Cu-P、Au和Cu層的方法，有效地改善了它的軟釬焊性能。 采用Sn-Pb、Sn-Ag-Cu、Sn-In、Sn-Bi幾種軟釬料對(duì)不同鍍層的65Si35Al合金試樣進(jìn)行爐中軟釬焊試驗(yàn)分析，內(nèi)容包括利用金相顯微鏡、帶有能譜分析（EDS）功能的掃描電子顯微鏡等測(cè)試手段， 對(duì)焊接接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)及形貌、物相成分等進(jìn)行檢測(cè)，探討了釬焊工藝參數(shù)對(duì)65Si35Al合金的釬焊接頭質(zhì)量的影響，分析了接頭產(chǎn)生宏觀缺陷和微觀缺陷的原因以及釬料對(duì)不同鍍層潤(rùn)濕性能的差別。 摩擦焊 摩擦焊是利用工件端面相互運(yùn)動(dòng)、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。 這種焊接方法的研究時(shí)間并不長(zhǎng)，是1991年提出的工藝，但是也得到了很快的發(fā)展。N.ARODRIRIGUEZ等人研究了A319和A413鋁硅鑄造合金的摩擦焊接。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在焊接焊縫區(qū)中粒子間距降低，相應(yīng)的硬度也得到了提高。季亞娟等人研究了ZL114A鋁合金在不同參數(shù)的條件下攪拌摩擦焊接頭的硬度、組織及力學(xué)性能。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：焊接中心區(qū)域的組織是細(xì)小的等軸晶。硅粒子在焊接過(guò)程中得到了細(xì)化，也均勻的布滿(mǎn)于整個(gè)焊縫區(qū)，焊縫的晶粒細(xì)小、均勻而致密，未觀察到氣孔裂紋等缺陷。 擴(kuò)散焊接 擴(kuò)散焊接是借助于高溫下相互接觸著的材料之間有局部的塑性變形，表面間的緊貼和表面之間的互擴(kuò)散而產(chǎn)生金屬鍵的結(jié)合，從而獲得一定形式的整體接頭。 原子間的相互擴(kuò)散是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接的基礎(chǔ)，擴(kuò)散焊需要采用較大的壓力，配合面精度要求高，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件很難均勻加壓，甚至還需昂貴和復(fù)雜的夾具，因此，擴(kuò)散焊的要求比較高端。 擴(kuò)散焊可以分為異種材料擴(kuò)散焊、同種材料擴(kuò)散焊、加中間層擴(kuò)散焊、超塑性成形擴(kuò)散焊、等靜壓擴(kuò)散焊、過(guò)渡液相擴(kuò)散焊（TLP）等，其中過(guò)渡液相擴(kuò)散焊（TLP）結(jié)合了釬焊和固相擴(kuò)散焊二者優(yōu)點(diǎn)形成了新的連接方法， 其原理是將與基體材料相匹配的中間層合金置于連接面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始了對(duì)這種方法深入的研究。國(guó)內(nèi)對(duì)TLP的研究尚處于起步階段，主要是針對(duì)一些異種難焊金屬的焊接工藝。 與國(guó)內(nèi)所作的研究相比，國(guó)外的研究方向要廣一點(diǎn)，不僅涉及了工藝的研究，更多的是對(duì)TLP焊接的模擬，對(duì)TLP工藝實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵因素進(jìn)行了重點(diǎn)研究。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)TLP的研究主要有以下幾個(gè)方面：山東電力研究院工程師王學(xué)剛等采用自行研制的Fe—Ni—Si—B系非晶金屬箔帶作為中間層材料和TLP工藝，在開(kāi)放式氣體保護(hù)環(huán)境下焊接電站常用鋼管，可獲得連續(xù)均勻的焊縫組織和優(yōu)于手工熔化焊的力學(xué)性能。 工藝參數(shù)中包括中間層材料、加熱溫度、保溫時(shí)間、壓力及對(duì)焊接端面要求。劉黎明、牛濟(jì)泰等人采用真空擴(kuò)散焊焊接鋁基復(fù)合材料SiCw/606Al，通過(guò)系列試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：該種材料擴(kuò)散焊時(shí)，焊接溫度是影響接頭強(qiáng)度的主要工藝參數(shù)， 當(dāng)焊接溫度介于基體鋁合金液-固兩相溫度區(qū)間時(shí)，結(jié)合面上出現(xiàn)了液態(tài)基體金屬，可獲得較高的接頭強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)外有不少研究人員從事擴(kuò)散焊接的研究，但對(duì)硅鋁合金擴(kuò)散焊研究并不多，在這方面研究前景和探索空間比較長(zhǎng)遠(yuǎn)。 高硅鋁合金在航天、航空、汽車(chē)、空間技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，對(duì)高硅鋁合金的研究越來(lái)越深入，在高硅鋁合金發(fā)展與應(yīng)用中，與之相關(guān)的焊接方法、焊接技術(shù)投入更多研究也是一大趨勢(shì)。 這些領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)高硅鋁的焊接接頭性能要求非常高，再加上高硅鋁材料含硅高、易氧化的特性，這對(duì)高硅鋁焊接技術(shù)、焊接方法要求也非常高，一般的熔焊和釬焊焊接出來(lái)的接頭在有些應(yīng)用上達(dá)不到焊件的焊接要求，采用更先進(jìn)的焊接方法——擴(kuò)散焊是硅鋁合金焊接研究的趨勢(shì)。 |
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