铝合金激光焊接机技术的应用与发展

       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，更有效地拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力，从而了解铝合金激光焊接技术的应用现状及发展趋势就显得尤为重要。

　　高强铝合金具有较高的比强度、比刚度，良好的耐腐蚀性能、加工性能和力学性能,已成为航空航天、舰船等载运领域结构轻量化制造不可或缺的金属材料，其中飞机应用最多。焊接技术在提高结构材料利用率、减轻结构重量、实现复杂及异种材料整体结构低成本制造方面独具优势，其中铝合金激光焊接技术是倍受关注的热点。

　　与其他焊接方法相比，激光焊接光束能量密度可达109W/cm2，同时具有加热集中、热损伤小、焊缝深宽比大、焊接变形小等优势，焊接过程易于集成化、自动化、柔性化，可实现高速高精度焊接，并且焊接过程无需真空环境，不产生X-ray，特别适合复杂结构的高精度焊接。该技术在工业中所占比重已成为衡量一个国家工业加工水平高低的重要标志。如空客A380飞机和奥迪A8车就以激光焊接铝合金结构的应用作为其先进性的标志。因此，激光焊接是铝合金焊接技术的重要发展方向。

　　随着材料技术的发展，各种高强高韧铝合金不断推出，尤其是第三代铝锂合金、新型高强铝合金的出现，对铝合金激光焊接技术提出了更多更高的要求，同时铝合金的多样性也带来了各种各样的激光焊接新问题，所以必须深入研究这些问题，才能更有效地拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力。
 

　　大功率激光器

　　激光焊接是将高强度激光辐射至金属表面，通过激光与金属间热力耦合作用使金属熔化再冷却结晶形成焊缝的技术。根据激光焊接的热作用机制可分为热导焊和深熔焊两种，前者主要应用于精密零件的封装焊接或微纳焊接；后者在焊接过程中往往产生类似于电子束焊接的小孔效应，形成深宽比较大的焊缝。激光深熔焊接实现需要的激光功率高，该技术目前应用于激光深熔焊接的大功率激光主要有3种类型：

一、CO2气体激光的工作介质为CO2气体，输出10.6μm波长激光，按激光激发结构形式分为横流和轴流两种。
二、YAG固体激光工作介质是红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石等，输出波长为1.06μm的激光
三、YLR光纤激光是2002年以后发展起来的新型激光器，以光纤为基质材料，掺杂不同的稀土离子，输出波长范围在1.08μm左右，也是光纤传输。

铝合金激光焊接机的特点

　　与常规熔化焊相比，铝合金激光焊接加热集中、焊缝深宽比大、焊接结构变形小，但是也存在一些不足，归纳起来有：

（1）激光聚焦光斑直径细小导致工件焊接装配精度要求高，通常装配间隙、错边量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有复杂三维焊缝焊接结构的实施难度；

（2）由于室温条件下铝合金对激光的反射率高达90%，因而铝合金激光深熔焊接要求激光器具有较高的功率。铝合金薄板激光焊接研究表明：铝合金激光深熔焊接取决于激光功率密度和线能量双阈值，激光功率密度和线能量共同制约着焊接过程的熔池行为，并最终体现到焊缝的成形特征上，对于全熔透焊缝的工艺优化可通过焊缝成形特征参量背宽比进行评价；

（3）铝合金熔点低，液体金属流动性好，在大功率激光作用下产生强烈的金属汽化，在焊接过程中伴随小孔效应所形成的金属蒸汽/光致等离子体云影响铝合金对激光能量的吸收，导致深熔焊接过程不稳定，焊缝易于产生气孔、表面塌陷、咬边等缺陷；

（4）激光焊接加热冷却速度快，焊缝硬度比电弧的高，但由于铝合金激光焊接存在合金元素烧损，影响合金强化作用，铝合金焊缝仍然存在软化问题，从而降低铝合金焊接接头的强度。因此铝合金激光焊接的主要问题是控制焊缝缺陷和提高焊接接头性能。

文章来自于佛山中恒三禾：http://www.zhshjg.com/gwb.html