鋁合金激光焊接的特點(diǎn)和缺陷控制技術(shù)

一简软、鋁合金激光焊接的特點(diǎn)

與常規(guī)熔化焊相比蛮拔，鋁合金激光焊接加熱集中、焊縫深寬比大痹升、焊接結(jié)構(gòu)變形小建炫，但是也存在一些不足畦韭，歸納起來有：

（1）激光聚焦光斑直徑細(xì)小導(dǎo)致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙肛跌、錯(cuò)邊量需小于0.1mm或板厚的10％廊驼，增大了具有復(fù)雜三維焊縫焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度；（2）由于室溫條件下鋁合金對(duì)激光的反射率高達(dá)90%惋砂，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率妒挎。鋁合金薄板激光焊接研究表明：鋁合金激光深熔焊接取決于激光功率密度和線能量雙閾值，激光功率密度和線能量共同制約著焊接過程的熔池行為西饵，并最終體現(xiàn)到焊縫的成形特征上酝掩，對(duì)于全熔透焊縫的工藝優(yōu)化可通過焊縫成形特征參量背寬比進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（3）鋁合金熔點(diǎn)低眷柔，液體金屬流動(dòng)性好棋叁，在大功率激光作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的金屬汽化，在焊接過程中伴隨小孔效應(yīng)所形成的金屬蒸汽/ 光致等離子體云影響鋁合金對(duì)激光能量的吸收允纬，導(dǎo)致深熔焊接過程不穩(wěn)定铜部，焊縫易于產(chǎn)生氣孔、表面塌陷氯也、咬邊等缺陷猾晨；

（4）激光焊接加熱冷卻速度快，焊縫硬度比電弧的高饮估，但由于鋁合金激光焊接存在合金元素?zé)龘p肃径，影響合金強(qiáng)化作用，鋁合金焊縫仍然存在軟化問題墙目，從而降低鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度精者。因此鋁合金激光焊接的主要問題是控制焊縫缺陷和提高焊接接頭性能。

二胰绢、鋁合金激光焊接缺陷控制技術(shù)

在大功率激光的作用下杰笛，鋁合金激光深熔焊縫的主要缺陷是氣孔、表面塌陷和咬邊切省，其中表面塌陷最岗、咬邊缺陷可以通過激光填絲焊接或激光電弧復(fù)合焊接改善；而焊縫氣孔缺陷控制則比較困難∈颍現(xiàn)有的研究結(jié)果表明：鋁合金激光深熔焊接存在兩類特征氣孔仑性，一類為冶金氣孔惶楼，同電弧熔化焊一樣右蹦，由于焊接過程材料污染或空氣侵入所導(dǎo)致的氫氣孔；另一類為工藝氣孔歼捐，是由于激光深熔焊接過程所固有的小孔不穩(wěn)定波動(dòng)所致何陆。

在激光深熔焊過程中晨汹，小孔因液體金屬粘滯作用往往滯后于光束移動(dòng)，其直徑和深度受等離子體/金屬蒸汽的影響產(chǎn)生波動(dòng)贷盲，隨著光束的移動(dòng)和熔池金屬的流動(dòng)淘这，未熔透深熔焊接因熔池金屬流動(dòng)閉合在小孔尖端出現(xiàn)氣泡，全熔透深熔焊接則在小孔中部細(xì)腰處出現(xiàn)氣泡巩剖。氣泡隨液體金屬流動(dòng)而遷移铝穷、翻滾，或逸出熔池表面佳魔，或被推回到小孔讳蜂，當(dāng)氣泡被熔池凝固、被金屬前沿俘獲惧仪，即成為焊縫氣孔两猛。顯然冶金氣孔主要靠焊前表面處理控制和焊接過程合理的氣保護(hù)所控制，而工藝氣孔關(guān)鍵就是保證激光深熔焊接過程小孔的穩(wěn)定性蠕艳。根據(jù)國內(nèi)激光焊接技術(shù)的研究椭肝，鋁合金激光深熔焊接氣孔控制應(yīng)綜合考慮焊接前、焊接過程磺则、焊接后處理各個(gè)環(huán)節(jié)玩困，歸結(jié)起來有以下新工藝和新技術(shù)。

（1）焊前處理方法牧俩。

焊前表面處理是控制鋁合金激光焊縫冶金氣孔的有效方法连嘹，通常表面處理方法有物理機(jī)械清理、化學(xué)清理虚育，近年來還出現(xiàn)了激光沖擊清理疲狼，這將進(jìn)一步提高激光焊接自動(dòng)化程度。

（2）焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性優(yōu)化控制衣式。

鋁合金激光焊接過程工藝參數(shù)通常主要有激光功率寸士、離焦量、焊接速度碴卧，以及氣保護(hù)的成分和流量等弱卡。這些參數(shù)既影響焊接區(qū)域的保護(hù)效果，又影響激光深熔焊接過程的穩(wěn)定性住册，從而影響焊縫氣孔婶博。通過鋁合金薄板激光深熔焊接發(fā)現(xiàn)，小孔穿透穩(wěn)定性影響熔池穩(wěn)定性荧飞，進(jìn)而將影響焊縫成形造成焊縫氣孔缺陷凡人，而且激光深熔焊接穩(wěn)定性與激光功率密度與線量匹配有關(guān)，因此確定合理的穩(wěn)定焊縫成形的工藝參數(shù)是有效控制鋁合金激光焊縫氣孔的有效措施叹阔。全熔透穩(wěn)定焊縫成形特征研究結(jié)果顯示：采用焊縫背面寬度與焊縫表面寬度之比（焊縫背寬比）挠轴，評(píng)價(jià)鋁合金薄板焊縫成形及其穩(wěn)定性传睹。當(dāng)薄板激光焊激光功率密度與線能量合理匹配時(shí)，可保證一定焊縫背寬比岸晦，并可有效地控制焊縫氣孔欧啤。

（3）雙光點(diǎn)激光焊接。

雙光點(diǎn)激光焊接是指兩束聚焦激光束同時(shí)作用于同一熔池的焊接過程中螃浑。在激光深熔焊接的過程中倍挚，瞬間閉合將小孔中的氣體封閉在熔池中是焊縫氣孔形成的主要原因之一。當(dāng)采用雙光點(diǎn)激光焊接時(shí)诵城，由于兩束光源的作用家漂，造成小孔開口較大有利于內(nèi)部金屬蒸氣逸出，也有利于小孔的穩(wěn)定瑟毡，從而能減少焊縫氣孔斯癞。對(duì)A356、AA5083伸果、2024 和5A90鋁合金激光焊接的研究均顯示：雙光點(diǎn)激光焊可顯著減少焊縫氣孔板薛。

（4）激光電弧復(fù)合焊接。

激光電弧復(fù)合焊接是將激光與電弧作用于同一熔池的焊接方法刊搁。一般以激光為主要熱源石葫，利用激光與電弧的相互作用，提高激光焊接熔深和焊接速度钻局，降低焊接裝配精度汰寓。利用填充焊絲調(diào)控焊接接頭的組織性能，利用電弧的輔助作用改善激光焊接小孔的穩(wěn)定性苹粟，從而有利于減少焊縫氣孔有滑。在激光電弧復(fù)合焊接過程中，電弧影響激光過程誘發(fā)的金屬蒸汽/等離子體云嵌削，有利于材料對(duì)激光能量的吸收和小孔的穩(wěn)定性毛好。對(duì)鋁合金激光電弧復(fù)合焊接焊縫研究結(jié)果也證實(shí)了其效果。

（5） 光纖激光焊接苛秕。

激光深熔焊接過程的小孔效應(yīng)源于激光作用下金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈汽化肌访。金屬汽化蒸汽力與激光功率密度和束流品質(zhì)密切相關(guān)，不僅影響激光焊接的熔深艇劫，也影響小孔穩(wěn)定性吼驶。Seiji. 等對(duì)SUS304不銹鋼大功率光纖激光研究顯示：高速焊接時(shí)熔池拉長(zhǎng)，抑制了飛濺店煞，小孔波動(dòng)穩(wěn)定蟹演，小孔尖端無氣泡產(chǎn)生，當(dāng)光纖激光用于鈦合金、鋁合金高速焊接時(shí)轨帜，同樣可獲得無氣孔的焊縫近沐。Allen 等對(duì)鈦合金光纖激光焊接保護(hù)氣體控制技術(shù)研究顯示：通過控制焊接保護(hù)氣體的位置庵坛，可防止氣體的卷入梯匈，減少小孔閉合時(shí)間，穩(wěn)定焊接小孔恼睹，并改變?nèi)鄢氐哪绦袨槭康樱瑥亩鴾p少焊縫氣孔。

（6） 脈沖激光焊接狞衷。

與連續(xù)激光焊接相比剩耸，激光輸出采用脈動(dòng)方式輸出，可促使熔池產(chǎn)生周期性穩(wěn)定流動(dòng)久耍，有利于熔池氣泡逸出而減少焊縫氣孔士宏。T Y Kuo和S L Jeng研究了YAG 激光焊接激光功率輸出方式，對(duì)SUS 304L不銹鋼和inconel 690高溫合金焊縫氣孔及性能的影響結(jié)果表明：對(duì)于方波脈沖激光焊接來說椭皿，當(dāng)基值功率為1700w時(shí)掐悄，隨著脈沖幅值ΔP的增加，焊縫氣孔減少刻渔，其中不銹鋼的氣孔率由2.1% 降至0.5%帅刀，高溫合金的氣孔率由7.1% 降至 0.5%。

（7）焊后復(fù)合處理技術(shù)远剩。

在實(shí)際工程應(yīng)用中扣溺，即使焊前進(jìn)行了嚴(yán)格的表面處理，焊接過程穩(wěn)定性較好瓜晤，鋁合金激光焊接也會(huì)不可避免地產(chǎn)生焊縫氣孔锥余，因此利用焊后處理消除氣孔的方法是很重要的。該方法目前主要是修飾焊痢掠。熱等靜壓技術(shù)是鋁合金鑄件消除內(nèi)部氣孔和縮松的方法之一哈恰，將其與鋁合金激光焊后應(yīng)力熱處理結(jié)合，形成鋁合金激光焊接構(gòu)件熱等靜壓與熱處理組成復(fù)合工藝志群，既消除焊縫氣孔着绷，又改善接頭性能。（來源：個(gè)人圖書館）