鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中大量應(yīng)用。本文旨在通過鋁合金的激光焊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)入手，說明鋁合金激光焊相關(guān)工藝規(guī)程的建立過程……
表2 鋁合金的基礎(chǔ)狀態(tài)
鋁合金焊接特性：
1）容易氧化，焊接時需要隔離空氣；
2）熱導(dǎo)率和比熱容大，需要選用能量集中的焊接方法；
3）熱裂紋傾向大，線膨脹系數(shù)大，凝固時體積收縮快，容易產(chǎn)生熱裂紋；
4）容易產(chǎn)生氣孔，主要是氫氣孔，包括冶金氣孔，工藝氣孔；
5）接頭軟化，受低熔共晶組織影響，HAZ區(qū)接頭軟化、強度下降；
6）鋁對光，熱的反射高，吸收低；
7）鋁合金中合金元素易蒸發(fā)、燒損、使焊縫性能下降。
鋁合金焊絲選擇原則：
1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材 ；
2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材的相應(yīng)或相近 ；
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等) 的含量一般不低于母材的 ；
4）異種鋁材焊接時應(yīng)按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲。
2、汽車輕量化發(fā)展鋁合金的需求
隨著汽車的越來越普及，汽車數(shù)量的增長帶來了能源消耗和尾氣污染等一系列問題越來越嚴(yán)峻。節(jié)能、環(huán)保、安全是促進車身材料技術(shù)進步的主動力，輕量化的措施主要有以下兩條：
1)優(yōu)化汽車車身框架結(jié)構(gòu)；
2)用高強度輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。
另外，也有認(rèn)為可以采用多種材料以實現(xiàn)輕量化，見圖1
汽車車身約占汽車總重的30%，而在汽車內(nèi)外板上用鋁合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板就可使白車身減重約40%~50%，進而使整車減重10%左右。
（a）T4(p)狀態(tài)下
屈服強度：90~140MPa
抗拉強度：220~285MPa
延伸率（總）：≥20%
n值：≥0.27（拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)）
r值： ≥0.65（0°）（塑性應(yīng)變比）
≥0.40（45°）
≥0.55（90°）
（b）預(yù)變形2%+烘烤后屈服強度：160~260MPa
3、鋁合金激光焊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)說明
關(guān)于激光焊接鋁合金的相關(guān)研究，已經(jīng)有相當(dāng)多的著作和論文說明。包括正確焊接的工藝，相關(guān)角度，絲光間距，保護氣，填充焊絲，相關(guān)工藝參數(shù)等以及焊前清理，焊后熱處理等，并從小孔成形機理和化學(xué)冶金機理、熱循環(huán)理論解釋如何防止氣孔，熱裂紋，接頭軟化等問題。本文旨在通過鋁合金的激光焊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)入手，說明鋁合金激光焊相關(guān)工藝規(guī)程的建立過程。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：
1、ISO 3834-2-2008金屬材料熔化焊的質(zhì)量要求
第2部分：完整質(zhì)量要求焊接完整質(zhì)量要求，包括焊接設(shè)備、焊接材料、焊縫質(zhì)量及合格要求、人員資質(zhì)、工藝評定方法，試驗及檢驗，以及焊后處理等工藝細(xì)節(jié)完整要求。
2、ISO 14732-1998 焊接人員.金屬材料的完全機械化焊接和自動焊接的熔焊工和阻焊工的認(rèn)可試驗
激光焊有關(guān)焊工及焊接操作工的要求
3、ISO 14731 焊接管理——任務(wù)及職責(zé)
激光焊的焊接管理工作任務(wù)和職責(zé)說明
4、ISO 15614-11 金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定——焊接工藝評定試驗——第十一部分：電子束及激光焊接
激光焊的焊接工藝規(guī)程及評定要求，用于新工藝的驗證。
5、ISO 13919-2-2001+A1-2003 焊接電子束和激光焊接頭缺陷的質(zhì)量分級指南 第2部分
激光焊接頭缺陷的質(zhì)量分級，包括氣孔的大小、分布、密集度以及咬邊、余高、錯邊、飛濺等缺陷的具體描述和評定等級。
6、ISO 15609-4-2004金屬焊接工藝的規(guī)范和驗收 焊接工藝規(guī)范 第4部分：激光束焊
被驗證合格的激光焊接工藝試驗，相關(guān)規(guī)范具體描述。
7、GBT 3880.2-2012 一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材 第2部分：力學(xué)性能
鋁合金的分類以及每種鋁合金相關(guān)力學(xué)性能參數(shù)，方便查找各狀態(tài)下的力學(xué)性能值。
8、ISO 17637焊縫的無損檢驗——熔化焊接頭外觀檢驗
焊縫的無損檢驗——熔化焊接頭外觀檢驗
9、ISO 17636焊縫的無損檢驗.熔焊接頭的放射檢驗
熔焊接頭的放射檢驗，可用于檢查鋁合金焊縫的氣孔數(shù)量、位置、尺寸、密度等。
10、ISO 17640-2010 焊縫的無損檢驗 超聲波檢測
焊縫的超聲波檢測，可用于檢測缺陷的位置、數(shù)量、尺寸等。
11、GB/T 3246-2012 變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法
鋁合金金相制作方法，分為第一部分：顯微組織檢驗方法和第二部分：低倍組織檢驗方法。講述腐蝕試劑的制備、試樣的取樣、打磨、腐蝕、組織檢驗、晶料測量。
12、ISO 17662-2005 焊接用設(shè)備的校正、驗證和確認(rèn)(包括輔助活動)
焊接用設(shè)備的校正、輔助設(shè)備、夾具、工具精度的確認(rèn)等。
13、ISO 14532-3-2004 焊接消耗品.試驗方法和質(zhì)量要求.鋁合金焊接用焊絲電極、焊
絲和焊棒的合格評定 焊接消耗品，焊材、保護氣、氣瓶、減壓器等設(shè)施的合格標(biāo)準(zhǔn)。
14、ISO/TR 17663焊接——與焊接及相關(guān)工藝有關(guān)的熱處理質(zhì)量要求指南
用于鋁合金焊前狀態(tài)的檢查或焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)。
15、GB/T 2652-2010焊縫及熔敷金屬拉伸試驗方法
用于分析鋁合金焊縫力學(xué)性能，測量鋁合金力學(xué)性能的取樣標(biāo)準(zhǔn)及拉伸試驗方法。
16、ISO TR 15608-2005焊接 金屬材料分類體系指南
金屬材料的分類體系，在歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，材料代碼說明，鋁合金對應(yīng)于門類2，21為純鋁，22.1為AL-Mn，22.2、22.3、22.4為AL-Mg，23.1為AL-Mg-Si，23.2為AL-Zn-Mg，24.1為AL-Si，24.2為AL-Si-Mn，25為AL-Si-Cu，26為Al-Cu。
17、ISO-2553 焊接、釬焊的圖紙標(biāo)識意義 說明在完成焊接工藝評定中的圖紙標(biāo)識等。
18、GB/T 22639-2008 鋁合金加工產(chǎn)品的剝落腐蝕試驗方法
通過全浸試驗，用直觀檢測或金相觀察的方法評價材料對剝落腐蝕的敏感性。
1、鋁合金分類
鋁合金密度低，比強度高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。
根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，鑄造鋁合金塑性差，但流動性好，適宜于鑄造。變形鋁合金可通過冷變形和熱處理，使強度進一步提高。變形鋁合金又可分為熱處理強化型和非熱處理強化型。3XXX系和5XXX系屬于非熱處理強化鋁合金，2XXX、4XXX、6XXX、7XXX系屬于熱處理強度鋁合金。 鋁合金主要分為以下1~9類：
鋁合金密度低，比強度高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。
根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，鑄造鋁合金塑性差，但流動性好，適宜于鑄造。變形鋁合金可通過冷變形和熱處理，使強度進一步提高。變形鋁合金又可分為熱處理強化型和非熱處理強化型。3XXX系和5XXX系屬于非熱處理強化鋁合金，2XXX、4XXX、6XXX、7XXX系屬于熱處理強度鋁合金。 鋁合金主要分為以下1~9類：
表1 鋁合金分類
變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號命名的基本原則基礎(chǔ)狀態(tài)代號用一個英文大寫字母表示；細(xì)分狀態(tài)代號采用基礎(chǔ)狀態(tài)代號后跟一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。見表2所示。如T4表示固溶處理后自然時效，T41則表示固溶處理后沸水淬火，T411則是固溶處理后空冷至室溫，硬度在O及T6之間，殘余應(yīng)力低。
表2 鋁合金的基礎(chǔ)狀態(tài)
1）容易氧化，焊接時需要隔離空氣；
2）熱導(dǎo)率和比熱容大，需要選用能量集中的焊接方法；
3）熱裂紋傾向大，線膨脹系數(shù)大，凝固時體積收縮快，容易產(chǎn)生熱裂紋；
4）容易產(chǎn)生氣孔，主要是氫氣孔，包括冶金氣孔，工藝氣孔；
5）接頭軟化，受低熔共晶組織影響，HAZ區(qū)接頭軟化、強度下降；
6）鋁對光，熱的反射高，吸收低；
7）鋁合金中合金元素易蒸發(fā)、燒損、使焊縫性能下降。
鋁合金焊絲選擇原則：
1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材 ；
2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材的相應(yīng)或相近 ；
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等) 的含量一般不低于母材的 ；
4）異種鋁材焊接時應(yīng)按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲。
2、汽車輕量化發(fā)展鋁合金的需求
隨著汽車的越來越普及，汽車數(shù)量的增長帶來了能源消耗和尾氣污染等一系列問題越來越嚴(yán)峻。節(jié)能、環(huán)保、安全是促進車身材料技術(shù)進步的主動力，輕量化的措施主要有以下兩條：
1)優(yōu)化汽車車身框架結(jié)構(gòu)；
2)用高強度輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。
另外，也有認(rèn)為可以采用多種材料以實現(xiàn)輕量化，見圖1
圖1 汽車輕量化新材料開發(fā)與應(yīng)用
鋁合金板材在汽車車身上的應(yīng)用汽車車身約占汽車總重的30%，而在汽車內(nèi)外板上用鋁合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板就可使白車身減重約40%~50%，進而使整車減重10%左右。
圖2 鋁合金在汽車車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
變形鋁合金適合壓力加工，通過冷變形和熱處理可使其強度進一步提高?？芍瞥砂宀摹⒐懿?、棒材以及各種形狀的型材。變形鋁合金主要用于汽車車身結(jié)構(gòu)包括：發(fā)動機罩、車頂棚、車門、翼子板、行李箱蓋、地板、車身骨架及覆蓋件。過去用于轎車車身的鋁合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、Al-Mg(5000系)和Al-Mg-Si(6000系)三大系列，見圖2；在美國，95%的油罐車采用鋁合金制造，見圖3，奧迪的鋁合金車身結(jié)構(gòu)見圖4。圖3 美國使用的鋁合金油罐車
圖4 奧迪鋁合金車身結(jié)構(gòu)
表3 鋁合金和冷軋鋼板力學(xué)性能和沖壓成形性能
綜合相關(guān)數(shù)據(jù)（見表3），總結(jié)出應(yīng)用于汽車車身板的成品板材的性能要求：圖4 奧迪鋁合金車身結(jié)構(gòu)表3 鋁合金和冷軋鋼板力學(xué)性能和沖壓成形性能
（a）T4(p)狀態(tài)下
屈服強度：90~140MPa
抗拉強度：220~285MPa
延伸率（總）：≥20%
n值：≥0.27（拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)）
r值： ≥0.65（0°）（塑性應(yīng)變比）
≥0.40（45°）
≥0.55（90°）
（b）預(yù)變形2%+烘烤后屈服強度：160~260MPa
3、鋁合金激光焊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)說明
關(guān)于激光焊接鋁合金的相關(guān)研究，已經(jīng)有相當(dāng)多的著作和論文說明。包括正確焊接的工藝，相關(guān)角度，絲光間距，保護氣，填充焊絲，相關(guān)工藝參數(shù)等以及焊前清理，焊后熱處理等，并從小孔成形機理和化學(xué)冶金機理、熱循環(huán)理論解釋如何防止氣孔，熱裂紋，接頭軟化等問題。本文旨在通過鋁合金的激光焊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)入手，說明鋁合金激光焊相關(guān)工藝規(guī)程的建立過程。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：
1、ISO 3834-2-2008金屬材料熔化焊的質(zhì)量要求
第2部分：完整質(zhì)量要求焊接完整質(zhì)量要求，包括焊接設(shè)備、焊接材料、焊縫質(zhì)量及合格要求、人員資質(zhì)、工藝評定方法，試驗及檢驗，以及焊后處理等工藝細(xì)節(jié)完整要求。
2、ISO 14732-1998 焊接人員.金屬材料的完全機械化焊接和自動焊接的熔焊工和阻焊工的認(rèn)可試驗
激光焊有關(guān)焊工及焊接操作工的要求
3、ISO 14731 焊接管理——任務(wù)及職責(zé)
激光焊的焊接管理工作任務(wù)和職責(zé)說明
4、ISO 15614-11 金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定——焊接工藝評定試驗——第十一部分：電子束及激光焊接
激光焊的焊接工藝規(guī)程及評定要求，用于新工藝的驗證。
5、ISO 13919-2-2001+A1-2003 焊接電子束和激光焊接頭缺陷的質(zhì)量分級指南 第2部分
激光焊接頭缺陷的質(zhì)量分級，包括氣孔的大小、分布、密集度以及咬邊、余高、錯邊、飛濺等缺陷的具體描述和評定等級。
6、ISO 15609-4-2004金屬焊接工藝的規(guī)范和驗收 焊接工藝規(guī)范 第4部分：激光束焊
被驗證合格的激光焊接工藝試驗，相關(guān)規(guī)范具體描述。
7、GBT 3880.2-2012 一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材 第2部分：力學(xué)性能
鋁合金的分類以及每種鋁合金相關(guān)力學(xué)性能參數(shù)，方便查找各狀態(tài)下的力學(xué)性能值。
8、ISO 17637焊縫的無損檢驗——熔化焊接頭外觀檢驗
焊縫的無損檢驗——熔化焊接頭外觀檢驗
9、ISO 17636焊縫的無損檢驗.熔焊接頭的放射檢驗
熔焊接頭的放射檢驗，可用于檢查鋁合金焊縫的氣孔數(shù)量、位置、尺寸、密度等。
10、ISO 17640-2010 焊縫的無損檢驗 超聲波檢測
焊縫的超聲波檢測，可用于檢測缺陷的位置、數(shù)量、尺寸等。
11、GB/T 3246-2012 變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法
鋁合金金相制作方法，分為第一部分：顯微組織檢驗方法和第二部分：低倍組織檢驗方法。講述腐蝕試劑的制備、試樣的取樣、打磨、腐蝕、組織檢驗、晶料測量。
12、ISO 17662-2005 焊接用設(shè)備的校正、驗證和確認(rèn)(包括輔助活動)
焊接用設(shè)備的校正、輔助設(shè)備、夾具、工具精度的確認(rèn)等。
13、ISO 14532-3-2004 焊接消耗品.試驗方法和質(zhì)量要求.鋁合金焊接用焊絲電極、焊
絲和焊棒的合格評定 焊接消耗品，焊材、保護氣、氣瓶、減壓器等設(shè)施的合格標(biāo)準(zhǔn)。
14、ISO/TR 17663焊接——與焊接及相關(guān)工藝有關(guān)的熱處理質(zhì)量要求指南
用于鋁合金焊前狀態(tài)的檢查或焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)。
15、GB/T 2652-2010焊縫及熔敷金屬拉伸試驗方法
用于分析鋁合金焊縫力學(xué)性能，測量鋁合金力學(xué)性能的取樣標(biāo)準(zhǔn)及拉伸試驗方法。
16、ISO TR 15608-2005焊接 金屬材料分類體系指南
金屬材料的分類體系，在歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，材料代碼說明，鋁合金對應(yīng)于門類2，21為純鋁，22.1為AL-Mn，22.2、22.3、22.4為AL-Mg，23.1為AL-Mg-Si，23.2為AL-Zn-Mg，24.1為AL-Si，24.2為AL-Si-Mn，25為AL-Si-Cu，26為Al-Cu。
17、ISO-2553 焊接、釬焊的圖紙標(biāo)識意義 說明在完成焊接工藝評定中的圖紙標(biāo)識等。
18、GB/T 22639-2008 鋁合金加工產(chǎn)品的剝落腐蝕試驗方法
通過全浸試驗，用直觀檢測或金相觀察的方法評價材料對剝落腐蝕的敏感性。
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