铝合金焊接有几大难点概要

─、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最大障碍；②铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3 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。

（1）铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率很低，“小孔”的诱导比较困难。

（2）铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展，使得焊接稳定性

差。

（3）铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。

（4）焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。

因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接

方法。

二、激光焊接铝合金有以下优点：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。

在激光点焊过程中，光斑直径与激光入射在试件上所形成的初始匙孔大小存在一定的对应关系，而能量密度则决定了熔池的扩展速度。当离焦量绝对值较小时，激光光斑直径小，激光功率密度大，焊点熔池扩展的速度较快，但初始匙孔的直径小；相反情况下，离焦量较大，初始匙孔的直径大，但是熔池扩展速度变慢，得到

的焊点尺寸不一定很大，故在离焦量的变化过程当中光斑直径和焊点表面功率密

度的综合作用决定了焊点尺寸的大小。

三、为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法：

（1）采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面(铣、车加工后、电解抛光、喷砂(300目砂子及阳极氧化(氧化层厚度μm 级 4种表面状况下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等铝表

面预处理措施对激光束的吸收是有效的。

（2）激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光的吸收率也增大。

（3）焊接结构设计将工件坡口设计成斜30°角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。

当工件上的激光功率密度达到3.5×106W/cm2时，产生等离子体，这是深熔焊开始的标志；功率密度低于此值时，进行热传导焊接；而在深熔焊与热传导焊之间的过渡区，两者交替进行，使得熔深波动很大。

在相同条件下用氦气作保护气体比用氩气获得的熔深小。但容易产生未焊透，焊缝成形不良。

四、影响材料对激光束吸收的主要因素

1、温度

室温时金属材料两激光的吸收率一般在20℃以下；当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到40~50%；当接近沸点时吸收率可高达90%。

2、激光束的入射角

入射角越大，吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时，金属对激光的吸收率最大。但通常为了保护激光出射镜头，需要维持一定的入射角。

五、激光焊接工艺参数

功率密度─高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在

104~106W/cm2。离焦量对焊接质量的影响─在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

为了提高激光焊接机激光输出的能量稳定度,采用了在输出端加激光功率检测装置并将其实时信号反馈到控制端,形成一个闭环控制系统的控制方法,进一步提出了在激光功率负反馈信号中加入相位补偿信号以达到提高激光能量控制精度的目的.同时,在激光焊接机软件设计上加入了激光能量波形控制功能,以拓宽激光焊接加工的应用领域.与传统的激光电流负反馈的能量波动为8%以上相比,采用功率负反馈可使激光能量波动控制在3%以内.实验结果表明,选择激光功率波形,可以改善焊接质量.