鋁合金激光焊接機技術的應用與發展

       隨著激光技術和鋁合金研制技術的發展，進一步開展鋁合金激光焊接應用技術基礎研究、開發鋁合金激光焊接新工藝，更有效地拓展鋁合金激光焊接結構的應用潛力，從而了解鋁合金激光焊接技術的應用現狀及發展趨勢就顯得尤為重要。

　　高強鋁合金具有較高的比強度、比剛度，良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學性能,已成為航空航天、艦船等載運領域結構輕量化制造不可或缺的金屬材料，其中飛機應用最多。焊接技術在提高結構材料利用率、減輕結構重量、實現復雜及異種材料整體結構低成本制造方面獨具優勢，其中鋁合金激光焊接技術是倍受關注的熱點。

　　與其他焊接方法相比，激光焊接光束能量密度可達109W/cm2，同時具有加熱集中、熱損傷小、焊縫深寬比大、焊接變形小等優勢，焊接過程易于集成化、自動化、柔性化，可實現高速高精度焊接，并且焊接過程無需真空環境，不產生X-ray，特別適合復雜結構的高精度焊接。該技術在工業中所占比重已成為衡量一個國家工業加工水平高低的重要標志。如空客A380飛機和奧迪A8車就以激光焊接鋁合金結構的應用作為其先進性的標志。因此，激光焊接是鋁合金焊接技術的重要發展方向。

　　隨著材料技術的發展，各種高強高韌鋁合金不斷推出，尤其是第三代鋁鋰合金、新型高強鋁合金的出現，對鋁合金激光焊接技術提出了更多更高的要求，同時鋁合金的多樣性也帶來了各種各樣的激光焊接新問題，所以必須深入研究這些問題，才能更有效地拓展鋁合金激光焊接結構的應用潛力。
 

　　大功率激光器

　　激光焊接是將高強度激光輻射至金屬表面，通過激光與金屬間熱力耦合作用使金屬熔化再冷卻結晶形成焊縫的技術。根據激光焊接的熱作用機制可分為熱導焊和深熔焊兩種，前者主要應用于精密零件的封裝焊接或微納焊接；后者在焊接過程中往往產生類似于電子束焊接的小孔效應，形成深寬比較大的焊縫。激光深熔焊接實現需要的激光功率高，該技術目前應用于激光深熔焊接的大功率激光主要有3種類型：

一、CO2氣體激光的工作介質為CO2氣體，輸出10.6μm波長激光，按激光激發結構形式分為橫流和軸流兩種。
二、YAG固體激光工作介質是紅寶石、釹玻璃和摻釹釔鋁石榴石等，輸出波長為1.06μm的激光
三、YLR光纖激光是2002年以后發展起來的新型激光器，以光纖為基質材料，摻雜不同的稀土離子，輸出波長范圍在1.08μm左右，也是光纖傳輸。

鋁合金激光焊接機的特點

　　與常規熔化焊相比，鋁合金激光焊接加熱集中、焊縫深寬比大、焊接結構變形小，但是也存在一些不足，歸納起來有：

（1）激光聚焦光斑直徑細小導致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙、錯邊量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有復雜三維焊縫焊接結構的實施難度；

（2）由于室溫條件下鋁合金對激光的反射率高達90%，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率。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，并最終體現到焊縫的成形特征上，對于全熔透焊縫的工藝優化可通過焊縫成形特征參量背寬比進行評價；

（3）鋁合金熔點低，液體金屬流動性好，在大功率激光作用下產生強烈的金屬汽化，在焊接過程中伴隨小孔效應所形成的金屬蒸汽/光致等離子體云影響鋁合金對激光能量的吸收，導致深熔焊接過程不穩定，焊縫易于產生氣孔、表面塌陷、咬邊等缺陷；

（4）激光焊接加熱冷卻速度快，焊縫硬度比電弧的高，但由于鋁合金激光焊接存在合金元素燒損，影響合金強化作用，鋁合金焊縫仍然存在軟化問題，從而降低鋁合金焊接接頭的強度。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。

文章來自于佛山中恒三禾：http://shunchangmiaomu.com/gwb.html