铝合金激光焊接

• 参考文献：
《焊接技术》第34卷第3期； 《现代激光焊接技术》陈彦宾 科学出版社 《铝及铝合金的焊接》周万盛 姚君山 机械工业出版社
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铝合金激光焊接原理
激光焊是利用高能量密度的激光束作 为热源的一种高效精密焊接方法。 按焊接熔池形成的机理区分，激光焊 接有两种基本模式： 1.热导焊 2.深熔焊
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热导焊
• 所用激光功率密度较低（105～106W／ cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化， 然后依靠热传导向工件内部传递热量形成 熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。
影响铝合金激光焊缝质量的因素
• 1 . 焊接工艺参数——（1）激光功率（2）离焦
量的选取（3）焊接速度（4）保护气体
• 2 . 气孔 ——主要存在Βιβλιοθήκη Baidu种类型的气 孔，氢 气孔和孔洞。 • 3. 裂纹 ——热裂纹是铝合金激光焊接时最 常见的缺陷 • 4 .焊缝组织及性能——低熔点强化元素
应用及发展前景
• 2 铝合金焊接技术在汽车生产中的应用
• 3 铝合金焊接技术在航天工业中的应用
铝合金因其特性已成为在航天工业中应用最广 泛的一类有色金属结构材料。在美国和俄罗斯， 2219、1201、1420铝合金都已获得了广泛的应 用，2195铝合金也已开始应用。在国内，S147 和2195等在未来航天型号中的应用前景不容忽 视。载人航天和可重复使用航天器对焊接结构 的可靠性提出了更高的要求。随着这一进程的 出现，新焊接技术在航天工艺焊接生产中的应 用必将获得突飞猛进的发展，焊接自动化和高 的质量及可靠性保证能力将是21世纪对焊接技 术的基本要求
深熔焊
• 激光功率密度高（大于 106～107W／cm2），工 件吸收激光后迅速熔化乃 至气化，熔化的金属在蒸 汽压力作用下形成小孔， 激光束可直照孔底，使小 孔不断延伸，直至小孔内 的蒸气压力与液体金属的 表面张力和重力平衡为止。 小孔随着激光束沿焊接方 向移动时，小孔前方熔化 的金属绕过小孔流向后方， 凝固后形成焊缝。
• 铝及铝合金的激光焊接难点：在于铝及
铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束( 波长为10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %；对 YAG激光束(波长为1. 06 μm)吸收率接近5 %。 在实际焊接铝合金过程中，为了提高铝合 金进对激光的吸收率，可以采取适当的工 艺措施：如喷砂，阳极氧化等的处理，也 可以对铝合金表面进行砂纸打磨，表面化 学浸蚀，表面镀，石墨涂层等等。
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激光焊接系统
激光+MIG复合焊设备 复合焊设备 激光
激光焊接的视频
\激光焊接.
激光焊接设备
激光焊接设备主要由激光器、导光系统、焊接 机和控制系统组成。 • 1．激光器 ——主要有CO2气体激光器和YAG固
体激光器两种
• 2. 导光和聚焦系统——导光聚焦系统由圆偏振
镜、扩束镜、反射镜或光纤、聚焦镜等组成，实 现改变光束偏振状态、方向，传输光束和聚焦的 功 • 3．激光焊接机 ——它的作用是实现光束与工件 之间的相对运动，完成激光焊接，分焊接专机和 通用焊接机两种。
减轻汽车重量以降低能耗、减少污染、提高燃油效率，这是解决汽车 节能和环保问题的最有效的措施。实现汽车轻量化的方法主要有修改 结构设计、缩小汽车规格和采用新型材料。其中采用轻型的结构材料 是最有潜力的一种方法。由于铝合金具有高比强度、耐锈蚀、热稳定 性好、易成形、再生性好和简化结构等一系列优点，能满足汽车工业 的上述要求，故在汽车业中倍受青睐
• 铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域中 扩大应用的关键技术之一，必然会得到进 一步的发展。其中应用普遍的脉冲MIG， TIG焊会随着微处理器(MCU)和数字信号处 理芯片(DSP)为核心的全数字化焊机的不断 进步而使更多以前只停留在铝合金焊接理 论上的技术变为现实。激光焊、激光一电 弧复合焊、双光束激光焊是近年发展起来 的焊接铝合金的新工艺，承担大部分铝合 金焊接工作量
铝合金激光焊接的特点
• 优点： ①能量密度高，热输入低，热变形量
小，熔化区和热影响区窄而熔深大； ②冷却 速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好； ③与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少 了工时和成本； ④不需要电子束焊时的真空 气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形 状不受电磁影响，不产生X 射线； ⑤可对密闭 透明物体内部金属材料进行焊接； ⑥激光可 用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适 应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过 程的自动化与精密控制。
• 4．控制系统——利用等离子体的光、声、电荷信
号对激光焊接过程进行检测和控制
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铝合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀性等优点，广泛 应用于汽车、飞机、船舶等制造材料。 铝合金焊接的几种先进工艺：搅拌摩擦焊、激光焊、 激光- 电弧复合焊、电子束焊。 铝合金的激光焊接技术是近20年来发展起来的新技术， 和传统焊接技术相比，它在焊接的效率、可靠性、精 度上具有很大的优势。
• 1. 铝合金激光焊接技术在舰船建造中的应用
经过近几年的发展，MIG焊从焊接设备、焊接材料到焊接工艺，都 日益走向成熟，获得高质量的MIG焊缝已经成为可能。目前，国外 铝合金焊接90％以上采用MIG焊。国内的铝合金MIG焊技术也得到 了迅速的发展。针对船用铝合金的焊接以及MIG焊显现出的突出优 点，研究并提出成熟的铝合金MIG焊工艺将为铝合金在船舶建造上 的应用提供有力的保证。
铝合金的激光焊接
主要内容：
激光焊国内外的发展 激光焊接设备 铝合金激光焊接原理 铝合金激光焊接的特点 影响铝合金激光焊缝质量的因素 铝合金激光焊的应用及发展前景 参考文献
激光焊国内外的发展
• 20世纪 年代中期，激光焊接作为新技术在欧洲、美国、 世纪80年代中期 激光焊接作为新技术在欧洲、美国、 世纪 年代中期， 日本得到了广泛的关注。 日本得到了广泛的关注。 • 1985年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作，在 年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作， 年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作 Audi100车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板。 车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板。 车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板 • 90年代欧洲、北美、日本各大汽车生产厂开始在车身制造 年代欧洲、 年代欧洲 北美、 中大规模使用激光拼焊板技术。 中大规模使用激光拼焊板技术。 • 中国的激光拼焊板技术应用刚刚起步，2002年10月25日， 中国的激光拼焊板技术应用刚刚起步， 年 月 日 中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行， 中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行， 由武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊从德国蒂森克虏伯集团 TWB公司引进。此后上海宝钢阿赛洛激光拼焊公司、一汽 公司引进。 公司引进 此后上海宝钢阿赛洛激光拼焊公司、 宝友激光拼焊有限公司等相继投产。 宝友激光拼焊有限公司等相继投产。 • 中科院沈阳自动化研究所与日本石川岛播磨重工株式会社 进行国际合作， 进行国际合作，于2006年9月开发出国内第一套激光拼焊 年 月开发出国内第一套激光拼焊 成套生产线，并成功开发了机器人激光焊接系统， 成套生产线，并成功开发了机器人激光焊接系统，实现了 平面和空间曲线的激光焊接。 平面和空间曲线的激光焊接。