漲知識鋁的焊接史

1、【漲知識】鋁的焊接史今天，人們每天都會和鋁有親密接觸，很少會對這種材料多加思考。單就美國來說，每年就要消耗一千億個鋁質飲料罐。這些鋁罐大約有百/分之60再循環(huán)，又做成新的鋁質用品。在汽車行業(yè)，把鋁當成一種優(yōu)先材料來使用已取得重大進步。一般的現(xiàn)代機動車采用鋁材較以前都有增長。輻射器、引擎塊、傳送外殼、車輪、車身面板、保險杠、空間框架、引擎支架、驅動軸和懸框普遍都是用鋁做成。除了汽車，我們的家居和辦公大樓建成都更多地采用鋁。包括窗框、水槽、電線、外墻板、房頂。通常家具也是由鋁合金做成的。要想在當今世界研究認識鋁，應該記住1903年12月17日在北卡羅琳娜萊特兄弟在Kitty Hawk的di一次試飛

2、，發(fā)動引擎就是鋁做成的。如果在飛機業(yè)的發(fā)展中不能使用鋁，那我們今天所熟知的飛機將不存在。鋁極高的承載重量比是今天的巨型飛機能用相對小的引擎飛行的理由所在。 雖然世界上許多其它地區(qū)都盛產鋁，但美國才是世界上zui大的制鋁商。容器和包裝是鋁zui大的市場；交通（汽車、卡車、飛機和火車）是di二大市場。其次是建筑業(yè)。今天，從廚房里使用的烹調用具，到高速公路上的指示牌，鋁無處不在。鋁在日常生活中如此普遍重要，可以想象，鋁已經長期存在。在現(xiàn)實中，把鋁礦轉換成我們熟悉，每天使用的鋁的工藝近來已出現(xiàn)。鋁的工業(yè)生產在十九世紀晚期才開始，這讓這種材料在常見金屬中來得晚些。金屬鋁背后的故事自從地球形成以

3、來，鋁就是早已存在的92種金屬元素中的一種。地殼大約百/分之8由鋁構成，只有氧（百/分之47）和硅（百/分之27）的含量超過它。盡管鋁很充足，但直到進入鐵器時代2000年，鋁才脫離礦石狀態(tài)。過了無數(shù)個千年后（經過物理和化學活動），古老的鋁-硅巖石沉入地面，成為極細的小顆粒。這些微粒形成鋁黏土，原始陶瓷就是由它做成的。地球周圍的寬帶中，硬雨和高溫炙烤、夯實黏土和其他形成鋁礦的大型沉淀物的化物。這種礦石zui先在法國的Les Baux發(fā)現(xiàn)，叫做“鐵鋁氧石”。當這種礦石提煉時，形成鋁氧化物，也叫做礬土。幾千年后，人們想要發(fā)明和我們現(xiàn)在熟知的金屬鋁相似的物質，但沒有成功。這種金屬發(fā)展遲緩的主要原因是很

4、難從礦石中提取。它在一種化合物中，和氧原子緊密結合。這種化合物不像鐵，在和碳發(fā)生反應時不會減少。1808-1812年間，英國人Humphrey Davy先生懷疑與從天/然礦石中提取的鐵混合的是一種新金屬，他首先把這種新元素命名為“鋁”，它是從它的硫酸氫鹽明礬中提取出來的，古埃及人早已熟知明礬在染料中的用處。1825年， Hans Christian Orsted在丹麥di一次成功在化學品天秤上制成鋁。稍后不久,Friedrich Wohler在德國也成功做到了這一點。zui后，在1854年，法國人Henri-Etienne Sainte Clair Deville（把礦石命名為“鐵鋁氧石”的人

5、）找到了通過化學工藝產生鋁的一種方法。即使建造了幾家工廠來制造這種新金屬，但它是如此昂貴，在1855年巴黎博覽會上，樣品都是放在法國皇冠珠寶旁邊向公眾展示。又過了30多年，制造鋁的一種經濟節(jié)約的工藝才出現(xiàn)。1886年，一次神/奇的機緣巧合，兩個人（一個在法國，另一個在美國）同時發(fā)現(xiàn)了制造鋁的電解工藝，這種工藝直到今天仍在使用。美國的CharlesMartin Hall對生產鋁產生興趣時還是Oberlin（俄亥俄州）大學的學生。他在1885年畢業(yè)后繼續(xù)使用大學實驗室，并在八個月后發(fā)明了他的方法。他zui終發(fā)明了一種可行的電解工藝，當提純明礬用在稱為冰晶石的溶鹽中溶解，并在直流中電解時，形成熔化鋁

6、。當Hall去為他的這項工藝申請專/利時，他發(fā)現(xiàn)了一項法國專/利，本質和他發(fā)明的工藝相同，是由PaulL.T. Heroult發(fā)明的。此項工藝現(xiàn)在稱為Hall-Heroult工藝。Charles Martin Hall幾次想讓投資人對推廣這一發(fā)明感興趣，但都失敗了。之后，他獲得了Alfred E.Hunt和他的幾個朋友的支助。他們一起成立了匹茲堡提煉公司（后來變成美國鋁公司，ALCOA）。了解了鋁的潛力，Hall在美國創(chuàng)建了一個產業(yè)，為其他產業(yè)的發(fā)展作貢獻，尤其是飛機和汽車制造方面。1888年左右，鋁的工業(yè)生產幾乎在美國和歐洲同時開始盛行-在美國賓夕法尼州匹茲堡使用的是Hall的工藝，在瑞士N

7、euhausen使用的是Heroult的工藝。 到1914年，Hall-Heroult工藝讓鋁的成本不可思議地降了下來。鋁，這種曾用于精美珠寶的珍貴金屬，現(xiàn)在這種材料廣泛應用，好處很多。后來，鋁的生產成倍增長。1918年，產量已達到180，000噸。自那時起，鋁長期保持穩(wěn)定增長。從二十世紀七十年代中期起，鋁的生產量和消耗量平均每年增長大于百/分之8。1952年，西方世界鋁的總消耗量達到200萬噸，1989年達到2千萬噸。鋁被認為是未來的材料。鋁焊接的發(fā)展在發(fā)現(xiàn)生產鋁這種節(jié)約成本的材料的合適方法后，下一步就是對這種基礎材料進行加工和改良。純鋁有一些獨特而重要的特征。舉個例子，防腐性和電

8、導性。但是，由于純鋁承載率相對較低，所以不是進行結構焊接裝配的zui佳材料。人們很快發(fā)現(xiàn)，在純鋁中添加相對小量的合金元素，鋁的特性會發(fā)生很大改變。生產di一批鋁合金，其中之一就是鋁-銅合金。1910年左右，發(fā)現(xiàn)合金家族中的沉淀物硬化現(xiàn)象。許多這些沉淀物硬化合金在發(fā)展中的飛機業(yè)產生的效益立竿/見影。緊跟著鋁-銅合金，許多其它合金也發(fā)展起來。研究發(fā)現(xiàn)，通過加入像銅（Cu）,錳（Mn）, 鎂（Mg）,硅（Si）和鋅（Zn）和這些元素的混合物，純鋁的各種物理和機械特征發(fā)生了明顯的變化。許多這些新合金都能匹配質量好的碳鋼的承載力三分之一的重量。許多新的適合結構應用的鋁合金的發(fā)展又提出了一個問題，就是找到

9、合適的連接方法。首先要有合適的母材。但如果沒有連接這一材料的實際可行的方法，把這種材料作為裝配材料也不現(xiàn)實。鋁合金焊接工藝的發(fā)展與碳鋼有所不同。由于原鋁合金有許多元素，每一種合金元素對母材的可焊性不同的影響，所以有必要發(fā)展很多不同的填充合金以適應這些不同的合金元素。比如，一些原鋁合金有特殊的化學性，為特定合適的機械和物理特征設計，而且并沒有zui好的可焊性。這些合金的化學性質凝固特性不好，容易產生凝固裂紋。為了發(fā)展合適的焊接工藝，不產生有裂紋的焊縫，必/須掌握每種不同的合金的凝固裂紋敏/感性。這一焊接發(fā)展工作從本身來說就是一個大工程。許多工作由鋁母材制造商完成，因為他們方便知道鋁的可靠焊接方法

10、和工藝，同時也鋁裝配工完成，他們也知道這種新型材料的潛力，很希望使用它。美國焊接發(fā)展的兩個先鋒是ALCOA（美國鋁公司）和Kaiser 鋁化學公司，都有出版物；焊接ALCOA鋁zui早在1954年出版，焊接Kaiser鋁zui早在1967年出版。在現(xiàn)代工業(yè)世界競爭時代，結構金屬必/須可焊性好。zui早適合鋁的焊接技術包括羥基燃料氣焊和電阻焊。鋁弧焊主要局限于SMAW（手工電焊弧），有時叫MMA。這一焊接工藝使用管狀焊條。很快發(fā)現(xiàn)，這一工藝并不zui適于焊接鋁。主要問題之一就是焊劑殘留引起的腐蝕，尤其是在填充焊縫里，焊劑留在焊縫后，促/進了焊縫的腐蝕。鋁作為結構金屬的突破是隨著二十世紀四十年代惰

11、性氣體焊接工藝的出現(xiàn)而實現(xiàn)的。比如，GMAW（氣體金屬電弧焊），也叫MIG（熔化極惰性氣體保護電弧焊）；GTAW（氣體鎢極電弧焊），也叫TIG（鎢極惰性氣體保護電弧焊）。隨著在焊接中出現(xiàn)使用惰性氣體保護熔化鋁的焊接工藝，就可能以高速，全/方位打出高質量，高承載力焊縫，沒有腐蝕焊劑。今天，使用各種技術和焊接工藝使鋁和鋁合金可焊性好。zui近的兩個工藝是激光束焊（LBW）和攪拌摩擦焊（FSW）。但是，GTAW/TIG和GMAW/MIG焊接工藝仍然是zui流行的。鄭州船王鋁焊絲17年專注研制生產鋁及鋁合金焊絲，目前在行業(yè)內已經能取代進口焊絲使用。能為終端客戶節(jié)約大量生產成本。所以，要選物美價廉性、價

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