铝合金激光焊接技术进展
- 发布时间：2012/12/18 11:32:37
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铝及其合金因具有良好的耐蚀性、导电性、导热性和高的比强度而广泛应用于工业领域，在产量上是仅次于钢铁的第二类金属材料。近年来，随着铝合金在汽车、造船、国防、航空航天、娱乐和体育器材等制造领域越来越广泛的运用，铝合金焊接技术也在突飞猛进地发展，其表现可归为3方面。
其一，基于对传统焊接技术的改进和创新而出现的新型铝合金焊接技术，如低频调制型脉冲MIG焊、交流MIG焊、双焊枪TIG焊、穿孔型等离子弧立焊等；
其二，高能密度焊接技术在铝合金焊接领域的进一步推广和应用，如电子束焊、YAG激光焊等；
其三，搅拌摩擦焊在铝合金焊接领域中的出现。
铝合金焊接的特点
铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。
铝合金焊接有几大难点：
（1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的zui大障碍；
（2）合金表面易产生难熔的氧化膜（A12O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；
（3）铝合金焊接容易产生气孔；
（4）铝合金焊接易产生热裂纹；
（5）线膨胀系数大，易产生焊接变形；
（6）铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。
因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的焊接方法。
铝合金激光焊接技术
目前，生产中常用MIG焊、TIG焊方法来焊接铝合金材料。虽然使用这2种方法能够得到良好的焊接接头，但是，这2种方法却有熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。近年来，很多科技工作者开始探讨焊接铝合金的新方法，如激光焊、双光束激光焊、激光-电弧复合焊及摩擦搅拌焊等，下面主要介绍前3种焊接方法的主要特点。
1铝合金的激光焊
随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发，铝合金激光焊接技术发展很快，是未来焊接铝合金的主要发展方向之一。目前，铝合金激光焊接已经被使用在车体部件的连接上，在AudiA2（全铝结构）上，就有30m激光焊缝。
与传统的TIG、MIG焊相比，用激光来焊接铝合金具有以下优点：
（1）能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到熔化区和热影响区窄而熔深大的焊缝。
（2）冷却速度快，能得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好。
（3）焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高且不需要真空装置，所以在焊接精度、效率、自动化等方面具有*的优势。
激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。但激光器功率一般都比较低，对铝合金厚板焊接困难，同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。
2铝合金的激光一电弧复合焊
虽然用激光焊接铝合金有许多优势，但仍存在较大的局限性，如设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等。为了更有效地焊接铝合金，人们发展了激光-电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合主要是激光与TIG电弧、MIG电弧及等离子体的复合。目前，该工艺在德国和日本等发达国家研究比较多，并在汽车业中已有一定的应用，如大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-MIG焊道，而且激光复合焊还可以用来焊接车体及轮轴。不过国内在该工艺的研究和应用上基本还是空白。
铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值问题，是前景的铝合金焊接工艺之一，目前工艺还不成熟，处于研究探索阶段。
用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时，激光与电弧相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率，这主要基于2种效应：一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度；另一方面是2种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。这种复合工艺的优势很多，潜力很大，在未来的汽车生产中必将具有广泛的应用前景。
3铝合金的双光束激光焊
激光单独焊接铝合金时会产生由于钥孔塌陷而产生的气孔。针对这个问题，人们又研究了双束激光焊，发现双束激光焊有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比，能提高钥孔的稳定性，可以明显地降低气孔敏感性。其原因在于双束激光焊接时*束激光产生熔池，并对附近区域进行预热，累积的热量使第二束激光照射该处时，可以熔化更多的母材，从而形成较宽的焊缝。此外，由于第二束激光可以把*束激光形成的钥孔后壁气化，避免了钥孔的塌陷，所以形成气孔的几率就要小一些。