铝合金的激光焊接工艺难点分析

英田激光（400-9900-509）表明激光焊接具备功率高、焊接热键入低、焊接热危害区小和焊接形变小等优势，使其在铝合金焊接行业遭受特别的高度重视。

一、铝合金焊接技术性

铝合金具备高强度、高疲劳极限及其优良的冲击韧性和较低的裂痕拓展率，与此同时还具备良好的成型工艺性能和保持良好的抗腐蚀，、航空航天、车辆、机械设备制造、船只及化工中已被大量的运用。铝合金的广泛运用推动了铝合金焊接技术性的发展趋势，与此同时焊接技术性的发展趋势又扩展了铝合金的主要用途。

但是，铝合金自身的特点促使其相应的焊接技术性遭遇着一些难以解决的问题：表面硅化物的空气氧化膜、连接头变软、易造成出气孔、非常容易热形变及其导热系数过大等。传统式的铝合金焊接一般选用TIG焊或MIG焊加工工艺，尽管这二种焊接方法功率密度比较大，焊接铝合金时可以得到较好的连接头，但依然存有熔透性差、焊接形变大、生产率劣等缺陷，因此大家逐渐寻找新的焊接方式，20新世纪后半期激光技术性慢慢逐渐运用于工业生产。欧洲生产制造的A340飞机场整体机身，就选用激光焊接技术性替代原来的焊接加工工艺，使整体机身的净重缓解18 %上下，制造成本减少了近25 %。德国奥迪企业A2和A8铝制构造小汽车也获利于铝合金激光焊接技术性的开发设计和运用。这种成功的事例大大的促进对激光焊接铝合金的科学研究，激光技术性现已变为了将来铝合金焊接技术性的具体发展前景。激光焊接具备功率高、焊接热键入低、焊接热危害区小和焊接形变小等优势，使其在铝合金焊接行业遭受特别的高度重视。

二、铝合金激光焊接的问题和防范措施

1. 铝合金表面的高反射和高传热性

这一特性可以用铝合金的宏观构造来表述。因为铝合金中存有相对密度非常大的自由电荷，自由电子遭受激光（明显的无线电波）逼迫振动而造成次级线圈无线电波，导致明显的反射面波和较差的电子散射波，因此铝合金表面对激光具备较高的透射率和不大的消化率。与此同时，自由电荷的扩散现象收到刺激而越来越更加强烈，因此铝合金也具备很高的传热性。

对于铝合金对激光的高反射，世界各国已作了很多科学研究，实验结果显示，开展恰当的表面预备处理如喷砂工艺、打磨砂纸打磨抛光、表面有机化学侵蚀、表面镀、高纯石墨镀层、气体炉中空气氧化等均可以减少光线反射面，合理地扩大铝合金对光线动能的消化吸收。此外，从焊接产品结构设计层面考虑到，在铝合金表面人力制孔或选用光回收器方式连接头，开V形焊缝或选用拼焊(拼凑空隙等同于人力制孔) 方式，都能够提升铝合金对激光的消化吸收，得到很大的熔融深度。此外，还能够运用有效设计方案焊接间隙来提升铝合金表面对激光动能的消化吸收。

2. 小圆孔效用及等离子对铝合金激光焊接的危害

在铝合金激光焊接全过程中，小圆孔的产生可以进一步提高原材料对激光的消化率，焊接可以取得越来越多的动能，而铝元素及其铝合金中的Mg、Zn、Li熔点低、易挥发且蒸汽压大，尽管这有利于小圆孔的产生，但等离子的降温功效（等离子对动能的屏蔽掉和消化吸收，降低了激光对原材质的动能键入）促使等离子自身"超温"，却阻拦了小圆孔保持持续存有，非常容易造成出气孔等焊接缺点，进而危害焊接成型和连接头的物理性能，因此小圆孔的引诱和平稳变成确保激光焊接品质的一个关键。

因为铝合金的高反射和高传热性，要诱发小圆孔的产生就必须激光有更好的功率密度。因为功率密度阀值的多少实质中受其合金成分的操纵，因而可以根据操纵加工工艺主要参数，挑选明确激光输出功率确保适宜的热输出量，来获取平稳的焊接全过程。此外，功率密度阀值一定水平上还遭受维护汽体类型的危害。例如，激光焊接铝合金时应用N2气时可较非常容易地诱发出小圆孔,而应用He气则不可以诱发出小圆孔。这是由于N2和Al中间可产生化学反应，转化成的Al-N-O 三元化学物质提升了对激光消化率。

3. 出气孔问题

铝合金类型不一样，造成的出气孔种类也不一样。一般觉得，铝合金在焊接全过程中发生下列几种出气孔。

1) 氡气孔。铝合金在有氢的条件中融化后，其里面的过氧化物量可做到0.69ml/100g以上。但凝结之后，其平衡状态下的溶氢工作能力较多仅有0.036ml/100g，二者相差近20倍。因而，在由液体向固体变化的历程中，液体铝中不必要的氡气必然要进行析出。假如进行析出的氢不可以成功上调逸出，便会集聚成汽泡残余在固体铝合金变成出气孔。

2) 维护汽体造成的出气孔。在较高能激光焊接铝合金的历程中，因为熔合底端小圆孔前端金属材料的明显挥发，使维护汽体被卷进熔合产生汽泡，当气泡赶不及逸出而残余在固体铝合金中即变成出气孔。

3) 小圆孔坍塌造成的出气孔。在激光焊接全过程中，当表面支撑力超过蒸汽工作压力时，小圆孔将不可以保持比较稳定而坍塌，金属材料赶不及添充就建立了孔眼。对降低或防止铝合金激光焊接中的孔洞缺点也是有许多具体对策，如调节激光输出功率波型，降低小圆孔不稳定坍塌，更改光线聚焦点相对高度和歪斜直射，在焊接全过程时增加磁感应经场功效及其在真空泵中开展焊接等。近年来，又出现了选用填丝或预设合金粉未、复合型热原和双聚焦点技术性来降低出气孔造成的加工工艺，有出色的实际效果。

4. 裂痕问题

铝合金归属于常见的碳化物铝合金，在激光焊接迅速凝结下更易于造成热裂痕，焊接金属材料结晶体时在柱状晶界限产生AL-Si或Mg-Si等低溶点碳化物是造成裂痕造成的缘故。为降低热裂痕，可以选用填丝或预设合金粉未等方式 开展激光焊接。根据调节激光波型，操纵热键入还可以降低结晶体裂痕。

三、铝合金激光焊接的发展前途

铝合金激光焊接更为人引人注意的特性是其效率高，而要发挥这类效率高便是把它应用到大薄厚深熔焊接中。因而，科学研究和应用功率大的激光器开展大薄厚深熔焊接将是发展方向的大势所趋。大薄厚深电弧焊接更为明显了小圆孔状况及对焊接出气孔的危害，因而小圆孔产生原理及操纵越来越更为，它终将变成业内一同关注和探讨的热点话题。

改进激光焊接全过程的稳定度和焊接成型、提升焊接品质是大家追寻的总体目标。因而，激光-电孤复合型加工工艺、填丝激光焊接、预设粉末激光焊接、双聚焦点技术性及其光线整形美容等新技术应用可能获得进一步完善和发展趋势。