现状分析：轻金属焊接的发展与趋势

轻金属具有自己特殊的性能，但是轻金属焊接比常规钢铁材料的焊接更复杂，这给焊接工作带来很大的困难。

轻金属焊接对中国在大飞机、高速列车、新型汽车、新一代战机等民用和国防领域整体结构制造技术的发展具有重要的意义。对通过应用轻金属焊接结构实现减重增效、缓解能源短缺状况具有重要的实际意义。

由于轻金属在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本方面独具优势，发达国家已将轻金属焊接技术应用于大型飞行器和高速列车的制造中。我国对轻金属焊接的研究已有几十年的历史，但这些研究工作较分散，具有很大的局限性，目前仍难以形成轻金属焊接的完整理论与技术。焊接技术依然是中国大型轻金属结构制造的瓶颈。掌握轻金属焊接的完整理论和技术，对轻金属焊接方面存在的一系列关键共性基础问题的系统研究是重要前提。

例如，航空航天技术的发展对铝合金的强度和减重提出了更高的要求，铝锂合金在近几十年得到了快速发展。因为每加入质量分数为1％的Li，可使铝合金质量减轻3％，弹性模量提高6％，比弹性模量增加9％，这种合金与在飞机产品上使用的2024和7075铝合金相比，密度下降7％～11％，弹性模量提高12％～18％。俄罗斯1420合金与硬铝2A16合金相比，密度下降12％，弹性模量提高6％～8％，耐蚀性好，疲劳裂纹扩展速率低，抗拉强度、屈服强度和断后伸长率相近，焊接性较好。

美国在20世纪70年代初已用15kW的CO₂激光焊针对飞机制造业中的各种轻金属零部件进行焊接性试验。在欧盟国家中，意大利首先于20世纪70年代末从美国引进CO₂激光焊技术，随后欧盟对航空发动机、航天工业中的各种容器及轻量级结构立项，开展了长达8年的激光焊应用研究。近年来新的应用成果是铝合金飞机机身的制造，用激光焊技术取代传统的铆钉，从而减轻飞机机身的重量近20％，提高强度近20％，此项技术用于空客318、空客380以及一些无人驾驶飞机的制造。

镁及镁合金由于性能独特，正成为继钢铁、铝合金之后的第三大工程金属材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”。世界镁产业正以每年15％～25％的幅度增长，这在近代工程金属材料的开发应用中是前所未有的。例如，在航空材料发展中，结构减重、承载和功能一体化是飞机机体结构材料发展的重要方向。镁合金由于其低密度、高比强度的特性很早就在航空工业上得到应用。但是镁合金易腐蚀在一定程度上限制了其应用范围。

航空材料减重的经济效益和性能改善十分显著，民用飞机与汽车减重相同重量带来的燃油费用节省，前者是后者的近100倍。而战斗机的燃油费用节省又是民用飞机的近10倍，更重要的是机动性能改善可极大地提高其战斗力。因此，航空工业正采取各种措施增加镁合金的用量，在相应的零部件上得以开发应用。(www.xing528.com)

航空发动机零件、飞机蒙皮和舱体、壁板、飞机长桁、翼肋、飞机舱体隔框、战机座舱舱架、喷气发动机前支承壳体、起落架外筒等各种承力构件以及各种附件等都应用了镁合金。具体实例包括：用ZM2合金制造WP7各型发动机的前支承壳体和壳体盖；用ZM5合金制造地空导弹舱体、战机座舱骨架等；添加稀土的ZM6合金用于直升机WZ6发动机和歼击机翼肋等重要零件；研制的稀土高强镁合金（MB25、MB26）已替代部分中强铝合金，在高性能战机上获得应用。

例如，B-36重型轰炸机每架使用4086kg的镁合金薄板；喷气式战机“洛克希德F-80”的机翼也是用镁合金制造的，使结构零件的数量从4.7万多个减少到1.6万多个；B-52轰炸机也采用了1633kg的镁合金；Falon GAR-1空对空导弹有90％的结构采用镁合金制造，其中弹体是由厚1.02mm的AZ31B-H24薄板轧制、纵向焊接而成；发射宇航飞船的“大力神”火箭也使用了约600kg变形镁合金，直径1m的“维热尔”火箭外壳是用变形镁合金挤压管材制造的。

战术航空导弹、鱼雷壳体、军用雷达、地球卫星等，也都大量应用了变形镁合金。

从20世纪50年代开始，由于航空航天技术的迫切需要，钛及钛合金得到了迅速的发展。现在，钛及钛合金不仅是航空航天工业中不可缺少的结构材料，在造船、化工、冶金、医疗器械等方面也获得了广泛的应用。

在美国，钛合金主要应用于宇航领域；在日本，大部分钛合金用于非航空航天方面。目前全世界有30多个国家从事钛合金的研究和开发，其中美国、俄罗斯研发钛合金的历史较长，实力最强。从世界各国钛及钛合金的应用情况看，在美国、西欧和俄罗斯，钛及钛合金的60％～70％应用于航空航天领域，民用工业应用相对较少；日本和中国则有所不同，民用工业领域应用的钛及钛合金占85％～90％，航空航天领域占10％～15％。

钛合金和复合材料作为新一代的航空材料，已成为与铝合金和高强度钢并驾齐驱的四大飞机结构材料之一，其应用水平是衡量飞机先进性的重要标志。第四代战斗机要实现超声速巡航和隐身能力，复合材料与钛合金必不可少。因此，钛合金焊接技术也被认为是第四代战机制造的标志性技术之一。