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(qiáng)度比較高，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，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)之一。不過(guò)，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(wèn)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(dǎo)率過(guò)大等。以往的生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(diǎn)。用這些傳統(tǒng)的、應(yīng)用于黑色金屬的焊接方法焊接鋁合金，并不能達(dá)到工業(yè)上高效、無(wú)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(jì)中后期激光技術(shù)逐漸開始應(yīng)用于工業(yè)。歐洲空中客車公司生產(chǎn)的A340飛機(jī)機(jī)身，就采用激光焊接技術(shù)取代原有的鉚接工藝，使

3、機(jī)身的重量減輕18%左右，制造成本降低了近25%。德國(guó)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(yīng)用。這些成功的事例大大促使對(duì)激光焊接鋁合金的研究，激光技術(shù)已經(jīng)成為了未來(lái)鋁合金焊接技術(shù)的主要發(fā)展方向，因?yàn)榧す夂附泳哂衅洫?dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(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(xì)，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(duì)不同的要求

4、有較高的適應(yīng)性。(4)可進(jìn)行微型焊接或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，不需要真空裝置，利于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。二、二、激光焊接激光焊接鋁合金的難點(diǎn)及解決措施鋁合金的難點(diǎn)及解決措施1.鋁合金表面的高反射性和高導(dǎo)熱性這一特點(diǎn)可以用鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)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(qiáng)烈的電磁波）強(qiáng)迫震動(dòng)而產(chǎn)生次級(jí)電磁波，造成強(qiáng)烈的反射波和較弱的透射波，因而鋁合金表面對(duì)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(guò)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(guò)程。另外，能量密度閾值一定程度上還受到保護(hù)氣體種類的影響。研究表明，激光焊接鋁合金時(shí)使用N2氣時(shí)可較容易地誘導(dǎo)出小孔而使用He氣則不能誘導(dǎo)出小孔。這是因?yàn)镹2和Al之間可發(fā)生放熱反應(yīng)，生成的AlNO三元化合物提高了對(duì)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(jī)理比較復(fù)雜，一般認(rèn)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(lái)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(dǎo)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(lái)不及填充就造成孔洞。另外，低熔點(diǎn)、高蒸氣壓合金元素蒸發(fā)導(dǎo)致氣孔，表面氧化膜在焊接過(guò)程中溶解到熔池中也會(huì)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(lái)源，因此選擇正確的焊前表面預(yù)處理可以有效地減少氫氣孔的產(chǎn)生。對(duì)于由小孔塌陷引發(fā)的氣孔，則要求選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)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(fù)值)的焊接方式，可以進(jìn)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(shí)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(shí)在晶界處形成低熔點(diǎn)共晶化合物導(dǎo)致的，焊縫金屬氧化生