铝合金是工业领域中最为常用的有色金属结构材料之一,广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等多个行业。近年来,随着科技的发展与工业经济的快速增长,对铝合金焊接结构件的需求不断增加,推动了对铝合金焊接性研究的深入探索。
铝合金的应用促进了其焊接技术的发展,而焊接技术的进步又扩展了铝合金的应用范畴,因此,铝合金焊接技术已成为当前的研究热点之一。
纯铝的密度较小(约为2.7g/cm³),约为铁的1/3,同时其熔点较低(660℃),铝的面心立方结构使其具备优异的塑性,具有良好的加工性,能够制成各类型材与板材。虽然纯铝的抗腐蚀性能良好,但其强度相对较低,退火状态下的σb值约为8kgf/mm²,因此不适合作为结构材料。通过长期的生产实践与科学实验,人们逐渐运用热处理及合金元素的添加来增强铝的性能,形成了多种铝合金。
根据不同的合金元素,铝合金在保持轻质优势的同时,强度却可以显著提高,σb值可达24至60kgf/mm²。因此,其“比强度”超越很多合金钢,成为理想的结构材料,广泛应用于机械制造、运输机械及航空工业等领域。尤其是在飞机的机身、蒙皮、压气机等部件中,铝合金的使用可大幅减轻自重,焊接结构重量可减轻50%以上。
铝合金的特点包括低密度、高强度、优良的可塑性以及良好的导电性与导热性。此外,铝合金的抗蚀性也非常出色,因此在工业上得到了广泛应用,其使用量仅次于钢。
铝合金可根据加工方法分为两大类:形变铝合金和铸造铝合金。
形变铝合金能够承受压力加工,可制造成多种形状与规格,主要用于航空器材与建筑门窗等。形变铝合金分为不可热处理强化型和可热处理强化型。不可以热处理强化的铝合金主要包括高纯铝、工业高纯铝等,机械性能依靠冷加工变形来提升;而可热处理强化型铝合金能够通过淬火与时效等方式提升其机械性能,包括硬铝、锻铝等。
铸造铝合金根据化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金和铝稀土合金。其中,铝硅合金又可细分为简单铝硅合金(无法热处理强化,力学性能较低)与特殊铝硅合金(可热处理强化,力学性能较高)。铸造铝合金在铸态下可使用,且某些铝合金经热处理后可以获得优良的机械性能与抗腐蚀性能。
值得一提的是,2008年北京奥运会火炬“祥云”便采用了铝合金材料,这充分展示了铝合金在设计与性能上的优势。