鋁合金的激光焊接工藝難點分析

英田激光（400-9900-509）表明激光焊接具備功率高、焊接熱鍵入低、焊接熱危害區小和焊接形變小等優勢，使其在鋁合金焊接行業遭受特別的高度重視。

一、鋁合金焊接技術性

鋁合金具備高強度、高疲勞極限及其優良的沖擊韌性和較低的裂痕拓展率，與此同時還具備良好的成型工藝性能和保持良好的抗腐蝕，、航空航天、車輛、機械設備制造、船只及化工中已被大量的運用。鋁合金的廣泛運用推動了鋁合金焊接技術性的發展趨勢，與此同時焊接技術性的發展趨勢又擴展了鋁合金的主要用途。

但是，鋁合金自身的特點促使其相應的焊接技術性遭遇著一些難以解決的問題：表面硅化物的空氣氧化膜、連接頭變軟、易造成出氣孔、非常容易熱形變及其導熱系數過大等。傳統式的鋁合金焊接一般選用TIG焊或MIG焊加工工藝，盡管這二種焊接方法功率密度比較大，焊接鋁合金時可以得到較好的連接頭，但依然存有熔透性差、焊接形變大、生產率劣等缺陷，因此大家逐漸尋找新的焊接方式，20新世紀后半期激光技術性慢慢逐漸運用于工業生產。歐洲生產制造的A340飛機場整體機身，就選用激光焊接技術性替代原來的焊接加工工藝，使整體機身的凈重緩解18 %上下，制造成本減少了近25 %。德國奧迪企業A2和A8鋁制構造小汽車也獲利于鋁合金激光焊接技術性的開發設計和運用。這種成功的事例大大的促進對激光焊接鋁合金的科學研究，激光技術性現已變為了將來鋁合金焊接技術性的具體發展前景。激光焊接具備功率高、焊接熱鍵入低、焊接熱危害區小和焊接形變小等優勢，使其在鋁合金焊接行業遭受特別的高度重視。

二、鋁合金激光焊接的問題和防范措施

1. 鋁合金表面的高反射和高傳熱性

這一特性可以用鋁合金的宏觀構造來表述。因為鋁合金中存有相對密度非常大的自由電荷，自由電子遭受激光（明顯的無線電波）逼迫振動而造成次級線圈無線電波，導致明顯的反射面波和較差的電子散射波，因此鋁合金表面對激光具備較高的透射率和不大的消化率。與此同時，自由電荷的擴散現象收到刺激而越來越更加強烈，因此鋁合金也具備很高的傳熱性。

對于鋁合金對激光的高反射，世界各國已作了很多科學研究，實驗結果顯示，開展恰當的表面預備處理如噴砂工藝、打磨砂紙打磨拋光、表面有機化學侵蝕、表面鍍、高純石墨鍍層、氣體爐中空氣氧化等均可以減少光線反射面，合理地擴大鋁合金對光線動能的消化吸收。此外，從焊接產品結構設計層面考慮到，在鋁合金表面人力制孔或選用光回收器方式連接頭，開V形焊縫或選用拼焊(拼湊空隙等同于人力制孔) 方式，都能夠提升鋁合金對激光的消化吸收，得到很大的熔融深度。此外，還能夠運用有效設計方案焊接間隙來提升鋁合金表面對激光動能的消化吸收。

2. 小圓孔效用及等離子對鋁合金激光焊接的危害

在鋁合金激光焊接全過程中，小圓孔的產生可以進一步提高原材料對激光的消化率，焊接可以取得越來越多的動能，而鋁元素及其鋁合金中的Mg、Zn、Li熔點低、易揮發且蒸汽壓大，盡管這有利于小圓孔的產生，但等離子的降溫功效（等離子對動能的屏蔽掉和消化吸收，降低了激光對原材質的動能鍵入）促使等離子自身"超溫"，卻阻攔了小圓孔保持持續存有，非常容易造成出氣孔等焊接缺點，進而危害焊接成型和連接頭的物理性能，因此小圓孔的引誘和平穩變成確保激光焊接品質的一個關鍵。

因為鋁合金的高反射和高傳熱性，要誘發小圓孔的產生就必須激光有更好的功率密度。因為功率密度閥值的多少實質中受其合金成分的操縱，因而可以根據操縱加工工藝主要參數，挑選明確激光輸出功率確保適宜的熱輸出量，來獲取平穩的焊接全過程。此外，功率密度閥值一定水平上還遭受維護汽體類型的危害。例如，激光焊接鋁合金時應用N2氣時可較非常容易地誘發出小圓孔,而應用He氣則不可以誘發出小圓孔。這是由于N2和Al中間可產生化學反應，轉化成的Al-N-O 三元化學物質提升了對激光消化率。

3. 出氣孔問題

鋁合金類型不一樣，造成的出氣孔種類也不一樣。一般覺得，鋁合金在焊接全過程中發生下列幾種出氣孔。

1) 氡氣孔。鋁合金在有氫的條件中融化后，其里面的過氧化物量可做到0.69ml/100g以上。但凝結之后，其平衡狀態下的溶氫工作能力較多僅有0.036ml/100g，二者相差近20倍。因而，在由液體向固體變化的歷程中，液體鋁中不必要的氡氣必然要進行析出。假如進行析出的氫不可以成功上調逸出，便會集聚成汽泡殘余在固體鋁合金變成出氣孔。

2) 維護汽體造成的出氣孔。在較高能激光焊接鋁合金的歷程中，因為熔合底端小圓孔前端金屬材料的明顯揮發，使維護汽體被卷進熔合產生汽泡，當氣泡趕不及逸出而殘余在固體鋁合金中即變成出氣孔。

3) 小圓孔坍塌造成的出氣孔。在激光焊接全過程中，當表面支撐力超過蒸汽工作壓力時，小圓孔將不可以保持比較穩定而坍塌，金屬材料趕不及添充就建立了孔眼。對降低或防止鋁合金激光焊接中的孔洞缺點也是有許多具體對策，如調節激光輸出功率波型，降低小圓孔不穩定坍塌，更改光線聚焦點相對高度和歪斜直射，在焊接全過程時增加磁感應經場功效及其在真空泵中開展焊接等。近年來，又出現了選用填絲或預設合金粉未、復合型熱原和雙聚焦點技術性來降低出氣孔造成的加工工藝，有出色的實際效果。

4. 裂痕問題

鋁合金歸屬于常見的碳化物鋁合金，在激光焊接迅速凝結下更易于造成熱裂痕，焊接金屬材料結晶體時在柱狀晶界限產生AL-Si或Mg-Si等低溶點碳化物是造成裂痕造成的緣故。為降低熱裂痕，可以選用填絲或預設合金粉未等方式 開展激光焊接。根據調節激光波型，操縱熱鍵入還可以降低結晶體裂痕。

三、鋁合金激光焊接的發展前途

鋁合金激光焊接更為人引人注意的特性是其效率高，而要發揮這類效率高便是把它應用到大薄厚深熔焊接中。因而，科學研究和應用功率大的激光器開展大薄厚深熔焊接將是發展方向的大勢所趨。大薄厚深電弧焊接更為明顯了小圓孔狀況及對焊接出氣孔的危害，因而小圓孔產生原理及操縱越來越更為，它終將變成業內一同關注和探討的熱點話題。

改進激光焊接全過程的穩定度和焊接成型、提升焊接品質是大家追尋的總體目標。因而，激光-電孤復合型加工工藝、填絲激光焊接、預設粉末激光焊接、雙聚焦點技術性及其光線整形美容等新技術應用可能獲得進一步完善和發展趨勢。