鋁合金激光焊接技術(shù)

1、一、鋁合金激光焊接的發(fā)展一、鋁合金激光焊接的發(fā)展鋁合金密度低，但強度比較高，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點之一。不過，鋁合金本身的特性使得其相關(guān)的焊接技術(shù)面臨著一些亟待解決的問題：表面難溶的氧化膜、接頭軟化、易產(chǎn)生氣孔、容易熱變

2、形以及熱導率過大等。以往的生產(chǎn)實踐中，鋁合金的焊接常用鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊。雖然這兩種焊接方式能量密度較大，焊接鋁合金時能獲得良好的接頭，但仍然存在熔透能力差、焊接變形大、生產(chǎn)效率低等缺點。用這些傳統(tǒng)的、應用于黑色金屬的焊接方法焊接鋁合金，并不能達到工業(yè)上高效、無缺陷、性能佳的要求，于是人們開始尋求新的焊接方法，20世紀中后期激光技術(shù)逐漸開始應用于工業(yè)。歐洲空中客車公司生產(chǎn)的A340飛機機身，就采用激光焊接技術(shù)取代原有的鉚接工藝，使

3、機身的重量減輕18%左右，制造成本降低了近25%。德國奧迪公司A2和A8全鋁結(jié)構(gòu)轎車也獲益于鋁合金激光焊接技術(shù)的開發(fā)和應用。這些成功的事例大大促使對激光焊接鋁合金的研究，激光技術(shù)已經(jīng)成為了未來鋁合金焊接技術(shù)的主要發(fā)展方向，因為激光焊接具有其獨特的優(yōu)點：(1)能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到窄的熔化區(qū)和熱影響區(qū)以及熔深大的焊縫。(2)冷卻速度快，焊縫組織微細，故焊接接頭性能良好。(3)焊接能量可精確控制，可靠性高，針對不同的要求

4、有較高的適應性。(4)可進行微型焊接或?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸，不需要真空裝置，利于大批量自動化生產(chǎn)。二、二、激光焊接激光焊接鋁合金的難點及解決措施鋁合金的難點及解決措施1.鋁合金表面的高反射性和高導熱性這一特點可以用鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)來解釋。由于鋁合金中存在密度很大的自由電子，自由電子受到激光（強烈的電磁波）強迫震動而產(chǎn)生次級電磁波，造成強烈的反射波和較弱的透射波，因而鋁合金表面對激光具有較高的反射率由于能量密度閾值的高低本質(zhì)上受其合金成分的控制

5、，因此可以通過控制工藝參數(shù)，選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量，有助于獲得穩(wěn)定的焊接過程。另外，能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體種類的影響。研究表明，激光焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為N2和Al之間可發(fā)生放熱反應，生成的AlNO三元化合物提高了對激光吸收率。三、三、激光焊接鋁合金激光焊接鋁合金容易產(chǎn)生的缺陷及消除方法容易產(chǎn)生的缺陷及消除方法1.氣孔鋁合金激光焊接的主要缺陷之一是氣孔

6、，焊縫氣孔的形成機理比較復雜，一般認為存在兩類氣孔:氫氣孔和由于小孔的破滅而產(chǎn)生的氣孔。氫氣孔是由于氫（主要來自表層的濕氣與微量水）在熔池金屬中的可溶性引起的，激光焊接冷卻速度極快，導致氫的溶解度急劇下降形成氫氣孔。由于小孔塌陷而形成的孔洞，主要是由于小孔表面張力大于蒸氣壓力，不能維持穩(wěn)定而塌陷，液態(tài)金屬來不及填充就造成孔洞。另外，低熔點、高蒸氣壓合金元素蒸發(fā)導致氣孔，表面氧化膜在焊接過程中溶解到熔池中也會形成氣孔。從氫氣孔的形成原理可

7、知，表層物質(zhì)是氫元素的主要來源，因此選擇正確的焊前表面預處理可以有效地減少氫氣孔的產(chǎn)生。對于由小孔塌陷引發(fā)的氣孔，則要求選擇適當?shù)谋Ｗo氣體并合理控制流量流速，在條件允許下采用高功率、高速度、大離焦量(負值)的焊接方式，可以進一步消除氣孔的產(chǎn)生。2.熱裂紋鋁合金的焊接裂紋都是熱裂紋，與冷卻時間（或焊接速度）密切有關(guān)，主要有結(jié)晶裂紋和液化裂紋。鋁合金激光焊接產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋是由于焊縫金屬結(jié)晶時在晶界處形成低熔點共晶化合物導致的，焊縫金屬氧化生