铝合金激光焊接工艺及其应用

1、铝合金激光焊接工艺及其应用摘要：随着人们生活水平提高，我国的各行各业的发展也有了进步。铝合金属 于一种有色金属结构材料，已普遍应用于车辆工程、高速列车、船舶制造、航空 航天乃至体育、生活用品等领域。由于较为复杂的铝合金焊接工艺，所以该金属 材料的使用范围略少于钢铁等传统结构材料，但是铝合金凭借其密度低但强度高， 可塑性好，导电性、导热性和抗腐蚀性优良等优点，使得其需求量逐步增加，从 而也推动了有关铝合金焊接工艺的研究。近些年来随着科技的高速发展，焊接工 艺也层出不穷，铝合金焊接也有了长足进步。关键词：铝合金；激光焊接工艺；应用引言随着近些年铝合金材料的不断升级，涉及到新一代铝合金材料和新型高强

2、度铝合金材料 的焊接要求也越来越高，因此对激光焊接的技术也提出了更高的要求，对此通过不断的深入 了解和研究激光焊接铝合金材料的方法和工艺，保证激光焊接铝合金材料的焊缝质量，从而 加速推进铝合金激光焊接工艺的广泛应用。1铝合金常见焊接技术1.1电弧焊铝合金电弧焊具有易于操作、低成本、方便推广等优点，两种最常见的方法是钨极惰性 气体焊接和金属惰性气体焊接。1.1.1钨极惰性气体焊钨极惰性气体焊是一种较为常见的焊接技术，在金属焊接中，由工件本身作为正极，而 将焊炬中的钨电极作为负极，通以直流电弧作为焊接热源，工作电压为10到15伏特，而工 作电流达到150A以上，在氦气、氩气等的保护下使钨电极产生电

3、弧，使融池内的工件得以 融化混合在一起，工件表面的氧化膜可以自动清除，因此铝合金焊接良好并且可以避免损伤 工件表面。但是钨极惰性气体焊焊接采用手工操作，造成焊接速度慢、生产效率低下等问题。 随着工艺的要求和焊接技术的进步，铝合金钨极惰性气体焊由普通交流发展到如今的变极性 焊接，而且逐渐有了形式多样的变极性焊接波形，例如采用交流钨极惰性气体焊或者自动钨 极惰性气体焊可以大大改善焊接效率和接头的性能。1.1.2金属惰性气体焊接金属惰性气体保护焊主要包括直流、交流、脉冲和热线，其中热线钨极弧焊是一种气体 保护焊接工艺，它具有氢气低，成本低，效率高，节能，防锈，便于全方位焊接的优点，目 前金属惰性气体

4、焊接焊接己经有了较大的进步。例如可以用不同种类焊丝的选择来处理不同 被焊材料，从而提高焊接质量，欧美西方发达国家各行各业都使用了改焊接方式，并且使用 金属惰性气体焊接接已经占全部焊接总量70%的以上。1.2电子束焊电子束焊是一种利用高能量密度的电子束轰击焊件连接部位产生的热能，由于其轰击面 小、热量集中，且穿透能力较强，从而使焊件溶化熔合的焊接方法。不过，该方式常常要求 在需要抽真空环境下进行，但是这也最大程度上减轻空气对焊缝的破坏，从而也解决了焊缝 表面氧化膜破坏和清楚的问题，因此电子束焊技术在工业上已经得到了普遍应用。但是该焊 接技术有较大的弊端，抽真空操作复杂且成本较高，而且真空室极大地

5、限制了焊接工件的大 小和形状，使电子束焊适用性较差，此外，如果受到电磁场的干扰，因此电子束焊接质量会 大打折扣。在铝合金进行电子束焊时，焊后会产生气孔、裂纹焊接缺陷，一是铝合金自身溶 解的部分气体因受热而溶解度降低析出，二是因为焊接过程中掺杂的气体受热膨。通过加强 焊前处理，中小焊接速度和重熔技术可以有效地抑制孔隙缺陷。1.3搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊是安装在搅拌摩擦焊机主轴上的搅拌头高速旋转，然后逐渐下压至待焊金属 板接缝中心处，此时搅拌头与金属板相接触从而产生剧烈摩擦，及材料的塑性变形产热使搅 拌头搅拌区域的金属温度上升、软化，从而达到高塑性状态。搅拌摩擦焊焊接方式可以有效 地防止裂纹和气孔，但

6、搅拌摩擦焊也存在着较多缺陷：例如搅拌摩擦焊搅拌头磨损快，焊接 效率低，难以焊接复杂构件。对于焊接铝合金来说，接头性能良好，可以有效地开展施焊。 搅拌摩擦焊可使铝合金焊接获得良好的接头，接头的工艺与组织性能的关系、金属塑性流动 机理，以及圆形曲面零件的搅拌摩擦焊还有较大的研究难度。2铝合金激光焊接中容易出现的问题铝合金激光焊接是一种以高能量密度的激光束为热源的高效精密的焊接技术，它的优点 众多，比如速度快、工艺柔性好、变形小以及便于自动化等，铝合金焊接技术已经较为广泛 地应用于航空航天领域、汽车制造领域和轻工电子领域。虽然铝合金激光焊接技术已经得到 普遍认可，但在在应用过程中，难免出现一些问题。

7、2.1热裂纹热裂纹是铝合金激光焊接工艺中常出现的问题，其产生的主要原因往往与铝合金自身的 特性和焊接工艺技术有关。通常来说，铝合金凝固时的收缩率比较大，并且焊接应力和焊接 变形大，同时，焊缝类金属在结晶过程中会产生一种低熔点的共晶组织，从而使晶界的结合 力相对降低，并在焊接拉应力的作用下形成热裂纹。热裂纹也不是没有办法控制，可以用填 丝、或者填加合金粉末的方法减少。除此之外，还可以调整焊接工艺的参数，达到控制加热 和冷却速度的目的，从而减少热裂纹形成。2.2对激光的吸收率相对较低与其他材料不同，铝合金对激光具有较为强烈的反射效果，原因在于固态情况下的铝合 金内部的自由电子密度比较高，这样很容易

8、同光束中的光子相互作用，从而将能量反射。面 对这种情况，必须采取相应的措施加强铝合金对激光的吸收，减少反射。1）提高激光功率 密度，使焊接熔池产生小孔效应，从而提高铝合金对激光的吸收率。2）采取喷砂、电解抛 光以及阳极氧化等预处理工艺。3）改变接头的样式，改变对激光的吸收，其中方形坡口和V 形坡口比较容易形成匙孔，从而使激光功率的密度加强，达到增大铝合金对激光吸收率的目 的。2.3等离子体会对焊接产生影响在激光焊接的时候，容易形成金属等离子体，引起激光的折射和偏转，使激光束的焦点 位置发生改变，从而影响焊接的质量。可以在工件表面预置一些粉末，从而使等离子体的膨 胀跳动减弱，让等离子体保持相对稳

9、定。3铝合金激光焊接的应用3.1石油管道1）铝合金石油管道能够有效增加管道的直径及管壁的厚度，使管道在额定的时间里输 送更多的油量。管道输送石油非常危险，容易发生泄漏现象，一旦发生泄露可能会造成不可 估量的财产损失、人员伤亡、环境污染、水源污染等重大危害。2）铝合金管道焊接时，提 升焊接质量、避免焊接缺陷是关键。3）激光焊接铝合金管道可以产生非常大的效益，同时 可以有效地控制焊接质量。焊接时可以保证焊缝一次成形且焊接质量比较高，这样可以避免 由于焊缝缺陷导致石油泄漏危害.3.2汽车制造1）近年来，汽车制造业不断挖掘耐用材料及工艺技术的应用来提升产品的整体质量。 其中把激光焊接技术应用到汽车制造中，实现了铝合金材料的焊接应用，有效减轻了自身重 量、减少了工序、提高了生产效率，受到了各汽车制造商的好评。2）通过激光焊接铝合金 技术在汽车制造过程中的广泛应用，有效地推广了铝合金材料的应用范围。3.3航空航天1）航空航天产品对材料的使用更是严格要求，需要保证材料的高精度、耐热性、稳定 性、持久性。铝合金的产品可以有效地降低制造成本、减轻自身重量。2）激光焊接铝合金 材料技术的大力应用，为提高航空航天事业的制造水平提供了先进工艺。结语尽管铝合金激光焊接技术有众多优势，但仍然存在