铝合金激光焊接工艺研究

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２ ０ １ ４ 年０ ３ 期
铝合金激光焊接工艺研究
邓春 香 孙宏字 ２ ｆ １ ． 黑龙江轨道交通装备高级技工学校 黑龙 江 齐齐哈尔 １ ６ １ ０ ０ ０； ２ ． 齐齐哈尔轨道交通装 备有限责任公 司 黑龙江 齐齐哈尔 １ ６ １ ０ ０ ０ ）
束激光产生熔 池 ． 并对 附近区域进行预 热 ． 累积的热量在第 二束激光 照射此处时 ． 就会熔化更多 的母材 ， 从而形 成较宽的焊缝 ， 第二束激光 能将第一束激光形成的钥孔后壁气化 可 以避免钥孔发生坍塌现象 ． 进而减少气孔 的缺陷问题 连续激光匹配适当的脉冲激光进行双光束 激光焊接 ． 可 以使 用低功率 的连续激光 实现较大熔深 的焊 接 ． 可 以扩 大低功率激光焊接设备的使用范围 ，还可 以得到较高的剪切强度 ． 同 时可以有效的抑制气孔的产生 ３ － ３铝合金的电流强化 Ｃ Ｏ 激光焊接 采用 Ｃ Ｏ ， 激光器进行焊 接时 ．焊接熔池 中存在几安培 的固有 电 流， 那么 ． 如果在焊接区域施加一定的外磁 场 ， 就可以影响熔池 的流动 状态 所 以在焊接的区域要施加某种形式的外磁 场就有 可能改善铝合 金激光焊接过程的稳定性 ． 提高焊缝的质量 。
１ ． 铝 合金 的特 。 眭
铝合金具有 质量轻 、 硬度大 、 导热导 电性 能好 、 抗 腐蚀 性好 、 易 加 工 的特性 ． 除 了大量 的用 于铝 门窗等建材外 ． 现在在工 业产品上 的应 用也是 十分广泛 的 ． 由于铝 合金对激 光 的强 烈反射 作用． 铝合金激 光 焊极其 困难 ． 只有采用大功率 激光器和采取特殊 工艺措施才能对铝 合 金进行有效 的焊接 ２ ． 铝 合金 的激 光焊 接 工 艺特 性
激光焊 接是利用激 光光束 聚焦产生 的巨大能量来进 行焊接 的一 项技术 ． 从开始 的薄小零件或器件 的焊接 到 目前 大功率激光焊 接在 工 业生产 中的大量 的应用 ， 经历 了近 ４ Ｏ 年 的发展 与其它传统焊接技术 相 比， 激光焊接 的主要优点是 ： 速度快 、 深度大 、 变形小 ： 能在 室温或特 殊条件下进 行焊接 ， 焊接 设备装置 简单 ． 例如． 激光通 过电磁场 ．来自百度文库光 束 不会偏移 ， 激光在真空 、 空气及某 种气体 环境 中均能进行焊接 ． 并 能通 过玻璃或对光束透 明的材 料进行 焊接 ： 可焊接难熔材料如钛 、 石英 等 ． 并能对异性 材料施焊 ， 效 果 良好 ； 激光聚焦后 ， 功率密 度高 ， 在高功 率 器件焊接时 ， 深宽 比可达 ５ ： １ ， 最高 可达 １ ０ ： １ ； 可进行微型焊接 激 光 束经聚焦后 可获得很小 的光斑 ． 且 能精准 的定位 ． 可应 用于大批量 自 动化生产 的微 、 小型工件 的组焊 中 ； 可焊接难 以接近的部位 ， 进行非 接 触远距离焊接 ． 具有很大 的灵 活性 。 尤其是近几年来 ． 在Ｙ Ａ Ｇ激光 加
【 摘 要】 铝合金是 工艺生产中一种重要 的轻金 属材料 ， 相对于铝合金的传统焊接 工艺， 激 光焊接 工艺具有很 多优点 ， 激光是一种 高能量 的 密度热 源， 能 够快速 的焊接 并且具有较小的热输入 ， 使 焊接的变形小 ， 生产质量较高 ， 本研 究对铝合金 的特性进行 了分析 ， 并 阐述 了铝合金激光 焊接技术 的发展现 状和工艺特 性， 再探 讨 了激光焊接技 术的应用领域。
【 关键词 】 铝合金 ； 激光焊接 ； 技 术应用
随着激光技术 和铝合金研制技术 的发展 ． 进一步开展铝合 金激 光 焊接应用技 术基础研 究 ． 开发铝 合金激光焊 接新工艺 ． 能够更有效 地 扩展铝合金激光焊接结构 的应用潜力 ． 铝 合金激光焊接技术是 近十几 年发展起来 的一项新技 术 ． 与传 统的焊接工 艺相 比 ． 激 光焊接 的热 输 入小 、 能量密度 比较高 、 变形小 ， 因此得到了越来 越广泛 的应用 。
４ ． 铝 合 金 激 光 焊 接 技 术 的 应 用领 域
由于激光深熔焊接本身的优点 ． 使激 光焊接铝合金在国外受到 了 广泛地关注 ， 并 已成为航空航天 、 车辆 、 舰船等载运工具结构制造技术 的重要研究方 向， 但是 ， 由于铝合金特性 ． 大功率激光焊接应用还存在 许 多问题有待 深入的研究 ， 其主要 问题 就是控制焊缝气孔 缺陷 ． 提高 焊接质量 。 ４ ． １ 铝合金激光焊接技术在舰船建造中的应 用 铝合金 由于其密度小 、 重量轻 ， 能够大幅度的减轻船舶 的重量 ． 降 低船舶 的重心 ． 提高船舶 的稳 定性 ． 所 以在小型船舶 的建 造中得到 了 广泛的应用 ． 经过 了近几年 的发展 ， Ｍ Ｉ Ｇ焊接从焊接设备 、 焊接材料到 焊接工艺 已经逐渐走 向成熟 ． 船舶制造业是激光焊接应用较广 的 个 领域 ． 造船 的主要 工艺就是焊 接 ． 采用激 光焊接 的优点 就在于可 以得 在设计上就 可以减小所用材 料的厚度 了 ． 达到 了轻重 工技术 中采用 了光纤传输技术 ． 使激光焊接 技术 获得 了更为广泛 的推 到较高 的焊件 ． 高强度的 目标。 广和应用 ： 激 光束易实现 光束按 时间与空 间分 光 ． 能进行 多光束 同时 量 、 加工及多工位加工 ． 为更精密 的焊接提供 了条件 ４ ． ２ 铝合金激光焊接技术在汽车生产 中的应用 减轻汽车的重量以降低能耗 、 减少污染 、 提高燃油的效率为 目标 ． 但是 ． 激 光焊接也存 在着一定 的局 限性 ： 要 求焊件装 配的精度 比 实现汽车的轻量化措施主要包括 较高． 且要求光束在工件上 的位置不能有 明显的偏 移现象 这是 因为 这是实现汽车环保节能的有 效措施 ． 激 光聚焦后光斑尺寸小 ， 焊缝窄 ， 为加填充金属材料 。 若工件装 配精度 修改结构设计 、 缩小汽车的规格 、 采 用新 型的汽车原材料 ． 由于铝合金 耐腐蚀 、 热稳定性好 、 易成形 的特点 ， 能满 足汽 车生产 的 或 光束定位精度 达不到要求 ． 很容 易造成焊接 的缺憾 ： 激 光器及其相 具有强度高 、 大部分 需求 ． 所以在汽车生产中的应用 比较广泛 关 系统的成本较高 ． 一次性投资较大 ４ ． ３ 铝合 金激光 焊接技术在航 天工业 中的应用 ３ ． 铝合金激光焊接技术 的发展现状 铝 合金因其 特性 在航天业 中得 到了广泛 的应用 ． 铝合金是运载火 铝合 金激光焊接 比传统的焊接技术具有 明显 的高效 、 可控和优质 航 天技术 的发展对 于铝合金的轻度和减 的特点。 但 是其缺陷 的形成机理 和预防措 施也有 其独特 之处 ． 虽然铝 箭和各种航天 器的主要材料 ． 随着技术 的发展 ． 铝合金 的发 展不 断壮大 ． 载人 合金 激光焊接技术 工艺还不够成熟 － ｆ 旦 其存 在的 问题还是 可以得到解 重提出了更高 的要求 ， 所以新的焊接技 决 的 。随着研究 的不断深入， 铝合金激 光焊接的工艺参数 将得 到进一 航 天飞机对焊接结构 的可靠性也提 出了更高 的要求 ． 术在航 天焊接 工艺中必然得 到广泛 的应用 ． 焊接技术的 自动化将成为 步优 化。 当代对 焊接技 术的基 本要求 ３ ． １铝合 金的激光一 电弧复合焊接 ５ ． 结 语 激光 一 电弧复合焊接是一种高能激光束 与电弧共 同作用的焊接方 式， 可 以分为激光一 等离子体弧 复合焊接 、 激光一 Ｔ Ｉ Ｇ复合焊接 和激 光一 铝 合金具有 良好 的导热性 ， 对 激光束的极高初始反射率及 焊接过 Ｍ Ｉ Ｇ复合 焊接等多种激光一 电弧复合焊接 ． 虽然用激光 焊接铝合金具 程 中产生的等离子体对激光 束的屏蔽作用 使得工件 吸收光束 能量 困 焊接过程不稳定 ， 同时还 易产生裂纹 、 气孔等缺陷 但是如果采用的 有很 多的优 势， 但是仍 然存 在很多的局限 ． 设备 的成本 高、 工件准备工 难 ， 序要求严 格是限制 因素 ． 为 了有 效 的进行 铝合金 的焊接 ． 人们 就发展 工 艺措施 比较合理 ， 对铝合金进行 有效 的焊接 也是没有问题 的 ． 激光 了激光一 电弧复合焊接工艺 ， 该工艺在发达 国家 的研究 和应 用比较多 ． 焊 接工 艺参数受到很 多因素 的影 响 ． 而参数之 间又相互影 响． 所以选 国内在这 方面的研究 还处于空 白期 ， 用这 种方法进行 焊接时 ． 激 光与 择焊接工艺参数必须全 面综合 、 辩证地考虑各影 响因素 之间的关系 ． 电弧是相互影响 的 ， 可 以克服单用激 光或 者单用 电弧焊接法 自身的不 并通过试验进行确定 。 足． 能够产生 良好 的复合效应 ３ ． ２ 铝合金的双光束激光焊接 【 参考文献】 双光束 激光焊接技 术是把 一束激光分 成功率不 同的两束激 光或 ［ １ ］ 戴 景杰． 铝合金激光 焊接工 艺特性研究［ Ｊ ］ ． 电焊机 ， ２ ０ １ ０ （ ０ ３ ） ． 者将 两束激光复合成一束 的激光焊接技术 ． 双光束激光焊接可 以获得�