焊接性铝合金(铝合金激光焊接技术)

Posted 2023-06-02

篇首语：追风赶月莫停留，平芜尽处是春山。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了焊接性铝合金(铝合金激光焊接技术)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

焊接性铝合金(铝合金激光焊接技术)

Part.01

1.1 铝合金激光自熔焊

对于铝合金激光焊来说，铝合金表面对激光的初始反射率较高，需要较大的激光功率;光斑直径小，工件对中、间隙适应性较差，对焊接工装和光束的精确调整要求较高;焊接过程加热和冷却速度快，加之匙孔效应导致合金元素蒸发，焊接气孔缺陷多;激光能量密度集中，匙孔效应导致合金元素的挥发、烧损严重，易出现焊缝下凹和咬边现象。对于钣金成形的薄壁结构件，由于其成形精度难以精确控制，焊接装配间隙较大，并且不可避免地存在一定的错边，都为激光自熔焊接技术在铝合金薄壁结构件的推广和应用带来了困难。

鉴于上述铝合金激光自熔焊特点，激光自熔焊技术一般只用于较薄结构密封焊以及对焊接质量要求不高的情况。

Part.02

1.2 铝合金激光填丝焊

与激光自熔焊相比，激光填丝焊放宽了焊接工艺要求;通过填充不同成分的焊丝，改善焊缝组织力学性能，改变焊缝金属流动特性，改善焊缝成形，抑制气孔、裂纹等缺陷的产生;利用较小功率的激光器来实现厚板窄焊道多层焊;激光填丝的效率与传统的自熔焊差不多，参数选择适当时，大于激光自熔焊的焊接效率P。

飞机壁板是激光填丝焊接技术最为典型的应用。欧洲空客从20世纪 90年代初开始进行铝合金壁板双侧同步激光填丝焊接研究，2000 年完成首件A318机身下壁板的激光焊接，2003年开始批量生产应用，目前 A318、A340、A380机身下壁板均采用激光焊接。

我国正在研制的 C919大型客机，哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室开展了机身壁板双侧激光同步填丝焊接铝合金 T型接头的研究工作，为实现国产大型客机机身壁板的激光焊接提供装备和工艺支撑。

Part.03

1.3 铝合金激光-电弧复合焊

激光-电弧复合焊接技术是 20世纪 70年代英国帝国理工大学 W.Steen 教授提出来的一种复合热源焊接方法4，如图1所示。激光-电弧复合焊接兼有激光和电弧各自的优势，又弥补了各自的不足之处，其特点如下;电弧的加热延长了单激光焊接的凝固速度快的问题，有利于减少气孔、裂纹缺陷，电弧焊丝作用可改善焊缝冶金，提高激光对间隙、错变的工艺适应能力。因此，激光-MIG电弧复合焊接技术是实现铝合金薄壁结构件的高效、高适应性、优质焊接的最佳方法之一。

在国外，铝合金激光-MIG电弧复合焊接技术已经广泛应用于航空航天、汽车、高速列车等领域。

德国大众汽车公司已将激光-MIG 电弧复合焊接技术用于铝合金汽车框架和轿车车门的焊接。最近几年，激光焊在高速列车制造领域快速发展，英国TWI、德国 BIAS均开展了用于高速列车的铝合金蜂窝板结构激光-MIG复合焊技术。在日本，已建成了铝合金车体激光-MIG复合焊生产线③，如图2所示。

近年来，国内的哈尔滨工业大学、北京工业大学、华中科技大学以及哈尔滨焊接研究所均开展了铝合金激光-MIG电弧复合焊接技术的基础研究，长春轨道客车、唐山轨道客车以及中船重工∶725所开展了工艺应用研究，结果表明采用激光-MIG电弧复合焊接技术可实现铝合金结构件的优质焊接。

Part.04

1.4 铝合金激光-电弧双面焊接技术

采用激光-电弧复合焊接（即一般意义上的同侧复合焊接）铝合金，由于激光需穿过电弧后才能作用于工件，电弧等离子体对激光的吸收、散焦以及折射作用不可避免地造成激光能量的损耗。为此，哈尔滨工业大学苗玉刚博士提出了激光-TIG电弧双面焊接铝合金技术7-9，研究表明根据激光与电弧热输入的不同，呈现3种典型接头形状∶小束腰"X"型、中束腰"X"型、大束腰"X"型，如图3所示，同时焊接过程稳定、焊接效率大幅度提高，工艺适应性较传统单激光焊接明显增强。

Part.05

1.5 铝合金双光束激光焊接技术

为了解决常规单光束激光焊存在的局限性，将单光束激光分离成两束激光，通过改变两束激光能量配比、光束间距、排布方式，对激光焊接温度场和流动场进行方便、灵活的调节，改变匙孔的存在模式和熔池的流动方式，提高单光束激光焊的工艺适应性，为激光焊接工艺提供更加广阔的选择空间。

美国学者J.XIE研究了铝合金双光束激光焊接技术.研究表明双光束激光焊接铝合金可显著改善焊缝表面成形和咬边缺陷以及减少气孔缺陷1。此外，法国学者A.Haboudou、尼桑汽车研究所的T. Iwase、德国斯图加特大学的 Andreas RuB 均得到类似结果。