铝合金激光焊接技术

铝合金激光焊接技术（精选8篇）

篇1：铝合金激光焊接技术

一、铝合金激光焊接的发展

铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点：

(1)能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝。

(2)冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。

(3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。(4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动化生产。

二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性

这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小

吸收率。同时，自由电子的布朗运动受激而变得更为剧烈，所以铝合金也具有很高的导热性。

针对铝合金对激光的高反射性，国内外学者都作了大量研究，试验结果表明，进行适当的表面预处理如喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均可以降低光束反射，有效地增大铝合金对光束能量的吸收。另外，从焊接结构设计方面考虑，在铝合金表面人工制孔或采用光收集器形式接头，开V形坡口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔)方法，都可以增加铝合金对激光的吸收，获得较大的熔深。另外，还可以利用合理设计焊接缝隙来增加铝合金表面对激光能量的吸收(如图1)。从图上可以直观的反应出，将焊缝和激光束的位置关系由图1(a)改为图1(b)或图1(c)，使激光束与缝壁有一定角度后，激光束能够在缝隙内多次反射，形成一个人工小孔，增加了焊件对激光能量的吸收。

图1 改变焊缝几何形状

2.小孔的诱导和维持

小孔的诱导和维持是铝合金激光焊接中的特有困难，这是由铝合金材料特性和激光光学特性造成的。激光焊接的过程中，小孔可看成是铝合金的黑体，能大大提高材料对激光的吸收率，为母材获得更多的能量耦合，这有利于提高焊接接头的质量。但由于铝合金的高反射性和高导热性，要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大，虽然这有助于小孔的形成，但等离子体的冷却作用（等离子体对能量的屏蔽和吸收，减少了激光对母材的能量输入）使得等离子体本身“过热”，却阻碍了小孔维持连续存在。

由于能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制，因此可以通过控制工艺参数，选择确定激光功率保证合适的热输入量，有助于获得稳定的焊接过程。另外，能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响。研究表明，激光焊接铝合金时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发生放热反应，生成的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率。

三、激光焊接铝合金容易产生的缺陷及消除方法 1.气孔

铝合金激光焊接的主要缺陷之一是气孔，焊缝气孔的形成机理比较复杂，一般认为存在两类气孔:氢气孔和由于小孔的破灭而产生的气孔。氢气孔是由于氢（主要来自表层的湿气与微量水）在熔池金属中的可溶性引起的，激光焊接冷却速度极快，导致氢的溶解度急剧下降形成氢气孔。由于小孔塌陷而形成的孔洞，主要是由于小孔表面张力大于蒸气压力，不能维持稳定而塌陷，液态金属来不及填充就造成孔洞。另外，低熔点、高蒸气压合金元素蒸发导致气孔，表面氧化膜在焊接过程中溶解到熔池中也会形成气孔。

从氢气孔的形成原理可知，表层物质是氢元素的主要来源，因此选择正确的焊前表面预处理可以有效地减少氢气孔的产生。对于由小孔塌陷引发的气孔，则要求选择适当的保护气体并合理控制流量流速，在条件允许下采用高功率、高速度、大离焦量(负值)的焊接方式，可以进一步消除气孔的产生。

2.热裂纹

铝合金的焊接裂纹都是热裂纹，与冷却时间（或焊接速度）密切有关，主要有结晶裂纹和液化裂纹。铝合金激光焊接产生的结晶裂纹是由于焊缝金属结晶时在晶界处形成低熔点共晶化合物导致的，焊缝金属氧化生成的Al2O3和AlN也会成为微裂纹的扩展源。液化裂纹是熔化的铝合金在凝固过程中局部塑性变形量超过其本身所能承受的变形量的结果。

目前常用的消除热裂纹的方法是使用填充材料，即填丝，这能有效地防止焊接热裂纹，提高接头强度。此外，调整激光能量的输入方式，合理选择脉冲点焊时的脉冲波形，焊缝熔化凝固重复进行，以降低熔池凝固时的凝固速度，这种在凝固过程中增加热循环的控制方法同样可以减少结晶裂纹。

3.Mg、Zn等元素的烧损

使用激光焊接铝合金时，焊缝的加热和凝固速度都非常快，这使得Mg，Zn 等低熔点强化元素发生烧损，导致焊缝硬度和强度下降。Mg 的沸点为1 380 K，比Al 的2 727 K低，Mg首先蒸发烧损。烧损现象使得焊缝成型时的晶粒大小严重不均匀，从金属学角度讲，大晶粒的存在破坏合金元素的强化作用，导致焊缝的强度明显比母材低。

防止合金元素的烧损主要从控制合金成分入手，在保证铝合金质量和接头要求的前提下，降低Mg的含量，添加Mn、Si等元素。

四、铝合金激光焊接的工艺参数

铝激光焊接的工艺参数主要有: 功率密度、焊接速度、焦点位置、保护气体种类及流量等，它们直接决定着焊缝成形。

1.功率密度

激光的功率密度是决定焊缝熔深的最主要因素。当其他工艺参数保持不变时，随着功率密度的增大，焊缝深宽比增大。因为功率密度增大时，蒸汽压力能克服熔化成液态金属的表面张力和静压力而形成小孔，小孔有助于吸收光束能量——“小孔效应”。但是如果功率密度过大，使金属强烈汽化，严重烧损合金，焊缝成型组织的晶粒过大，焊缝的硬度和强度均下降。并且，大量的光致等离子体的冷却和屏蔽作用，使得熔深反而下降。

2.焊接速度

在其他工艺参数不变的情况下，熔深随焊速的增加而减小，焊接效率随焊速的增加而提高。但是速度过快，到达焊缝处的线能量密度较低，会使熔深达不到焊接要求；速度过慢，则线能量密度过高，母材过度熔化和烧损，降低接头性能，甚至引发热裂纹。因此，对一特定厚度的铝合金工件，选择确定激光功率密度之后，存在着既能维持合适的焊缝深宽比又不会使工件过热的最佳焊速，这可以从以往的生产实践中总结经验或者查阅相关文献获得。

3.焦点位置

研究表明，铝合金激光焊接的焦点位置与熔深的关系如图2所示。我们可以看出，熔深随焦点位置的变化有一个跳跃性变化过程：当焦点处于偏离工件表面较大(2 mm)时，工件表面光斑尺寸较大，因此光束能量密度较低，属于以热传

导为主的熔化焊，熔深较浅； 而当焦点靠近工件表面某一位置(2 mm)时，工件表面入射光束能量密度值增大到临界值，产生小孔效应，因此熔深发生跳跃性增加。经试验得到，当焦点位置在工件表面上方1 mm 处时焊缝熔深最大。

图2 焦点位置对焊缝熔深的影响

4.保护气

和电子束焊接相比，激光焊接不需要真空环境，但焊接铝合金需采用保护气体，其目的是抑制光致等离子体，并排除空气使焊缝免受污染。光致等离子体的形成不仅来自被离子化的金属母材蒸汽，而且和保护气体本身性质也有很大的关系。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，保护气体本身的电离能应该高，不致因气体本身的电离而增加电子密度。铝合金激光焊接传统上采用的保护气体主要有三种：Ar、N2、He。理论上He最轻且电离能最高，但是在较低功率、较高焊速下，由于等离子体很弱，不同保护气体差别很小。研究表明，在相同条件下，使用N2容易诱导小孔，主要是N2和Al 之间可发生放热反应，生成的Al－N－O 三元化合物对激光的吸收率要高一些，纯N2 会在焊缝中产生AlN 脆性相，同时易形成气孔。而采用惰性气体保护时，由于质轻而逸出，气孔形成机率小，因此采用混合气体保护效果较好。现在也有采用Ar－O2，N2－O2等气体进行铝合金激光焊接的研究越来越多。

五、先进的铝合金激光焊接技术 1.铝合金的激光-电弧复合焊

现在激光焊接铝合金还处于发展阶段，设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等制约了纯激光焊接铝合金的应用。目前，激光-电弧复合焊在德国和日本等发达国家研究比较多，激光-电弧复合主要是激光与TIG电弧、MIG电弧及等离子体复合，分别如图3、4所示。这种工艺在汽车制造业中已有一定的应用，如德国大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-M IG焊道，而且还可以用来焊接车体及轮轴。铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值等问题。这是因为焊接铝合金时，激光与电弧的相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应——两种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应——高的能量密度导致了高的焊接速度，显著提高焊接效率。

图3 激光-TIG复合焊接铝合金原理图

图4 激光-MIG复合焊接铝合金原理图

2.铝合金的双光束激光焊接

单束激光焊接铝合金时，由于小孔的塌陷而容易产生气孔。李俐群[10]等学者研究表明，采用如图5所示的双光束焊接铝合金，焊缝成形美观、无飞溅或凹坑等缺陷，对焊接参数适应性更好；等离子体稳定性提高；气孔大大减少。这是因为采用双光束激光焊接时，第一束激光产生熔池，并对焊接区域附近进行预热积累热量。当第二束激光照射该处时，更多的母材能够熔化，从而使得形成焊缝更宽。同时，第二束激光能把第一束激光形成的小孔后壁气化，防止其塌陷，大大减小了形成气孔的几率。双光束激光焊接铝合金的技术已经在德国军用飞机EADS进气管的焊接上得到了应用。

图5 双光束激光焊接铝合金的原理图

3.铝合金激光填丝焊技术

在新兴的铝合金焊接技术中，搅拌摩擦焊需要针对被焊母材的形状和接口要求设计专用夹具，铝合金激光填丝技术则解决了对工件装夹、拼装要求严的问题，而且用较小功率激光器就能实现厚板窄焊道的多层焊。另外通过调节焊丝成分，改善焊缝区组织性能，对裂纹等缺陷更易控制，显著提高铝合金焊接稳定性与适应性。铝合金激光填丝焊示意图如图6所示。

图6 铝合金激光填丝焊示意图

六、铝合金激光焊接的前景展望

前面已经提到，日本和德国等发达国家已经开始将激光焊接铝合金应用于汽车制造业。由于铝合金具有高比强度、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、再生性好和简化结构等一系列优点，在汽车业中倍受青睐。大量的对比研究和反复实践证明，选用铝合金材料是实现汽车轻量化的有效途径。减轻汽车重量以降低能耗、减少污染、提高燃油效率，这是解决汽车节能和环保问题的最有效的措施。而激光焊接技术效率高、热影响区小、能获得良好的接头质量。在铝合金颇受汽车业青睐的大环境下，激光焊接铝合金将会成为越来越成熟的工艺，并被推广至船舶制造行业和航空航天产业。其实，上文也已经提到过，欧洲的空中客车已经在使用激光焊接铝合金的技术部分取代传统的铆接技术。这种自动化程度极高、质量稳定的焊接方式甚至能够满足载人航天和可重复使用航天器对焊接结构的可靠性提出了更高的要求。我们可以预见，铝合金激光焊接技术在近几年将成为航天焊接研究领域工作者热点之一。

篇2：铝合金激光焊接技术

镍钛形状记忆合金具有优良的力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点,其应用范围涉及航空、航天、机械、电子、化工、能源、建筑和医学等领域.综述了镍钛形状记忆合金激光焊接技术的研究进展,指出了今后的发展前景与研究方向.

作 者：王蔚 赵兴科 黄继华 陈俐  作者单位：王蔚,赵兴科,黄继华(北京科技大学材料学院)

陈俐(北京航空制造工程研究所)

刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：镍钛形状记忆合金   激光焊接技术   航空   航天  

篇3：钛合金激光焊接技术的探究

钛合金这种结构材料, 以其优良的特性广泛的应用于石油化工行业。它的特点主要表现在小密度、高比强度、良好的塑韧性、良好的耐热性、良好的耐腐蚀性以及较好的可加工性等。适合于钛合金的焊接方法有许多种, 例如:钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、摩擦焊、电阻焊等等。其中, 钛合金焊接经常使用的焊接方法主要是钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊这两种焊接方式。但是, 利用这种焊接方式在焊接的接头形成的晶粒比较的粗大, 而且具有较差的机械性能, 氩弧焊接头性能不能够满足使用要求。而且焊缝组织还经常需要进行焊后热处理, 导致了焊接效率的降低。然而, 随着激光技术的不断发展, 钛合金的焊接方法采用日益成熟的激光焊接技术受到了越来越多的重视。

1 钛合金焊接的特点以及激光焊接技术的简介

1.1 钛合金

钛合金具有很强的化学性, 温度越高, 其化学活性就越强, 而且, 在固体状态下, 还能吸收空气中的氢气、氧气和氮气等气体。而吸收了这些气体的纯钛, 在焊接时, 焊接的接头的强度被提高了, 但是其塑韧性却降低了。

钛具有很高的熔化温度、较大的热容量和电阻系数以及比铝或铁低的热导率。因这些特性, 钛的焊接熔池尺寸和温度都很大、很高, 由于热影响区金属在高温下的停留时间比较长, 所以, 使得焊接的接头处于过热的状态, 形成的晶粒就会变的又粗又大, 降低了接头的塑韧性。因此, 在焊接的时候, 要注意采用小电流、高焊速的焊接方式[1]。

1.2 钛合金焊接的特点

钛合金的焊接特性主要是有合金的成分以及微观结构这两个因素决定的。例如:α钛合金就具有很好的焊接性能, 接头的强度以及塑韧性都比较的理想。而β钛合金的焊接性能就比较差。但是, 在退火和固熔状态下的某些α+β钛合金也是可以焊接的, 在焊后还要进行时效的处理。稳定的α+β钛合金由于在焊缝和热影响区时发生了相的转变, 造成了其再焊接时容易脆化的现象。

钛合金的加热温度, 达到了α向β转变的临界温度时, 晶粒是以晶界突跳式位移的方式长大的。晶粒慢慢长大, 速度却逐渐变缓, 但是在温度继续升高的作用下, 晶粒长大的速度又会慢慢的加快。就一般情况来说, 钛合金在焊接时, 焊接的接头形成的晶粒都比较的大, 也显得很粗。钛合金焊接时晶粒的尺寸和晶粒内的结构, 受到加热温度的影响和在此温度下的停留时间, 以及近缝区的冷却速度的影响。焊接接头的强度和塑韧性, 随着晶粒的长大, 逐渐降低。由于, 钛的化学特性, 在一定的温度下, 钛合金在焊接时容易吸收空气中的氧气、氢气或氮气等气体, 当焊缝含有较高的氧气、氮气的含量时, 焊接的缝隙就会变得很脆弱[2]。如果焊接的应力过大, 就会出现裂纹的现象。

1.3 激光焊接技术的优势

激光焊接技术以其独特的优势, 受到了广泛的关注和应用。它的主要优势表现如下:

(1) 激光焊接的速度非常的快, 而且不存在焊接缝隙, 因而具有非常高的焊接质量。 (2) 焊接时, 由于聚焦后产生很高的功率密度, 因此, 焊接的深度也很大。 (3) 如果需要焊接的位置是很难接触的地方, 激光焊接可采取远距离焊接。 (4) 激光焊接技术也可以对一些微型的器件实施焊接。 (5) 对于像钛、石英这样的难熔材料, 采用激光焊接是非常方便的, 而且效果也非常的好。

2 钛合金激光焊接中的影响因素

2.1 氮、氢、氧对钛合金激光焊接过程的影响

钛这种材料与氧具有很强的亲和力, 具有活泼的化学特性。在常温状态下, 能够和氧产生反应, 形成一层氧化膜。由于氧化膜的保护, 钛在常温下, 稳定性非常的高, 并且具有很强的耐腐蚀性。但是, 钛合金在焊接时, 随着温度的逐渐升高, 与氧气、氢气等气体很容易的结合。温度越高, 钛合金吸收气体的能力就会也高。

在焊接的过程中, 如果不做任何的保护措施, 焊缝的金属就会吸收空中大量的氧气和氮气, 在非常高的浓度范围内, 与钛形成了间隙固熔体, 这些因素, 造成了金属的塑韧性下降, 而硬度却得到了提高。钛在焊接时, 也与氢气有很好的亲和性。焊接过程中, 钛与氢气发生化学反应, 形成了氢化钛, 造成了金属的含氢量的增加, 降低了金属的韧性。因此, 为了在焊接时获得良好接头性能的焊缝, 应该在焊接前采取最为严格的保护措施。

2.2 等离子体对钛合金激光焊接过程的影响

在不对等离子体施加任何控制时, 激光在入射时的能量被等离子体大量的吸收, 而只有一小部分的激光能量透过等离子体, 被激光材料吸收, 熔化钛合金材料。但是, 熔化的深度却不高。然而, 在对等离子体进行侧吹气体的方式控制等离子体时, 形成了全熔透的焊缝。因此, 在钛合金激光焊接的过程中, 要对等离子体加以适当的控制措施[3]。

2.3 焦点位置对钛合金激光焊接过程的影响

在激光的焊接过程中, 激光焊接的接头形成的外貌和质量, 主要是由激光功率、焊接的速度以及离焦量决定的。激光器决定了激光功率, 而工作台的速度决定了焊接的速度。焦点位置是在实施焊接之前就已经调节好的。在设计激光器喷嘴时, 要考虑怎样既快又准的调节离焦量[4], 透镜的焦距只要据顶了焦点的位置。目前, 实际购买的透镜的焦距与标准值存在一定的误差, 并且在使用的时候, 在激光束的热辐射长期的作用下, 镜片的基体材料的聚焦性能发生了很大的变化, 透镜的焦距也会随着发生变化。因此, 必须要控制高度方向, 在可调节的范围之内, 从而使其适应不同的焦距的镜片。

3 结束语

钛合金的优良特性, 使其在军事领域、航空领域得到了广泛的应用。随着科技的不断发展, 激光技术也得到了不断的进步, 基于激光焊接的优势, 钛合金激光焊接技术成为了未来发展的趋势。因此, 钛合金激光焊接技术的研究, 对于解决焊接过程中不利因素的影响, 以及更新焊接工艺具有重要的意义。通过研究钛合金激光焊接技术, 使其能够应用在实际的生产实践活动中去, 从而提高钛合金焊接的质量。

参考文献

[1]刘鹏飞.钛及钛合金结构焊接技术研究进展[J].焊接与切割, 2012.20:11-13.

[2]高福洋, 廖志谦.钛及钛合金焊接方法与研究现状[J].先进焊接技术, 2012.23 (24) :86-90.

[3]田锦, 刘金合.钛合金活性激光焊接的初步研究[J].金属铸锻焊技术, 2008.5 (37) :77-79.

篇4：探讨激光焊接技术

关键词：激光焊接 现状 应用领域

中图分类号：TG44文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0069-02

1 激光技术焊接工艺及工作原理

激光焊接是通过利用激光的辐射能量的方式实现高效焊接的一种工艺，其工作原理是：通过特定的方法来激发起激光活性介质，令其在谐振腔中往返振荡，进而转化成受激辐射光束，当光束和工件相互接触时，其能量则被工件全部吸收，当在温度高达材料的熔点时即可进行焊接[1]。

2 激光焊接的焊缝形状与组织性能

由于激光器形成的聚焦光斑的面积都比较小，其作用在焊缝四周的热影响区比较小，无法与普通焊接工艺相比，而且激光焊接通常不用填充金属，因此焊缝表面均匀、美观，没有气孔、裂纹等缺陷，对于焊接外形严格的场合来说，激光焊接十分适用。尽管聚焦的面积相对较小，但是激光束的能量密度非常大，一般都能达到103～108W/cm2。在焊接过程中，金属可迅速被加热或者冷却，熔池周边的温度梯度也比较大，促使其接头强度通常会比母材高，反之接头的塑性则比较低。目前来说已经研制出新的技术改善接头质量，例如通过双焦点技术或者复合焊接技术来实现。

3 激光焊接技术的优缺点

激光焊接受到高度重视的原因是本身具备众多优点：（1）激光焊接可以确保高质量的接头强度以及较大的深宽比，而且焊接速度非常快。（2）由于激光焊接不用在真空环境中进行，因此可以利用透镜与光纤方式实现远程控制以及自动化生产。（3）激光的功率密度很大，对焊接难度大的钛、石英等具有很好的效果，而且可以对不同性能的材料进行焊接。当然，激光焊接也有一些缺点：（1）激光器与焊接系统相关配件比较昂贵，导致初期投资与维护成本则相对较高。（2）固体材料吸收激光的效率比较低，因此激光焊接的转化效率都偏低，一般是5%—30%。3激光焊接的聚焦光斑比较小，对于工件接头的装备精度就比较高，焊接时可能会出现偏差，导致加工误差[2]。随着激光焊接的不断普及应用，激光设备的价格也会不断下降，而激光焊接转化效率偏低的缺点也会得到更好的改善，不久的将来，激光焊接则会逐渐取代传统的焊接工艺，成为工业焊接的主要方式。

4 国内激光焊接技术的现状

目前，我国的激光设备和生产单位大都是生产kW级别的CO2激光设备1kW以下的固体YAG激光设备。激光焊接主要研究方向是激光焊接等离子体产生的机理、特性分析与检测、深熔激光焊接的模拟、激光电弧复合热源的应用、激光堆焊接、超级钢焊接等等。清华大学彭云等详细研究超细晶粒钢的焊接性以及激光焊接的相关特点，同时实施了两种超细晶粒钢的激光焊接试验：400MPa与800MPa，同时和等离子弧、MAG焊接进行了比较。

无论是碳钢或者经过合金强化的高强度钢，亦或经过特殊冶金加工的高强度钢，在加热与冷却速度非常迅速的激光焊条件下，接头的硬度远远高于母材，导致接头容易出现裂纹；同时激光的再热作用也会导致HAZ形成软化区。目前，高强度钢激光焊接性能的研究依然缺乏，其应用数据明显不足，需要进行更深的研究。

5 激光焊接技术的应用

5.1 制造行业的应用

目前，激光焊接的应用领域非常广，例如制造业、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、造船工业等等。

5.2 粉末冶金领域的应用

由于粉末冶金材料的性能相对特殊，而且制造优点比较突出，在一些领域上例如汽车制造、航空以及工具刃具制造业中，正在逐渐取代传统的冶金材料。随着粉末冶金材料的不断发展，其与其他零件之间的连接问题不断凸显，导致粉末冶金材料在这些领域的应用受到很大的限制。在20世纪80年代初期，激光焊接的独特优势受到粉末冶金材料加工领域的广泛关注与应用，较好地解决了上述问题，为粉末冶金材料的应用打开了新的方向，通过激光焊接显著提高了焊接强度与耐高温性能[3]。

5.3 汽车工业的应用

激光焊接广泛地应用于汽车领域，例如德国的奥迪、奔驰、大众，瑞典的沃尔沃等国外的汽车制造厂早已在20世纪80年代就率先使用这一技术，将激光焊接引用到车顶、车身以及侧框等钣金的焊接；到了20世纪90年代，美国的通用、福特以及克莱斯勒汽车公司也相继引入激光焊接，虽然起步稍晚，但是其发展速度非常快。日本的本田、丰田等汽车公司也相继在车身上运用了激光焊接与切割工艺。高强钢激光焊接装配件由于性能十分优良，因此被广泛应用于汽车车身制造，随后激光焊接则被快速应用到汽车部件的制造当中，例如变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器等等，并且逐渐成为汽车零部件制造的标准工艺[4]。而我国科研院所在某些特色领域上也获得优异的成绩。随着我国汽车工业的蓬勃发展，激光焊接技术必定在将来的汽车制造领域中获得更加优异的成果。

5.4 电子工业的应用

激光焊接在电子工业中也被广泛的应用，尤其是微电子工业，在集成电路以及半导体器件壳体的封装中，表现出巨大的、独特的优越性。激光焊接也被引用到了真空器件的研发当中，例如钼聚焦极和不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等等。例如传感器或者温控器中的弹性薄壁波纹片的厚度在0.05～0.1mm范围之内，传统焊接方法很难实现，采取TIG焊极易焊穿，而且等离子的稳定性比较差，影响因素又很多，因而选择激光焊接的效果比较好，可以有效解决上诉问题。

5.5 生物医学的应用

激光焊接开始应用于生物组织的时间是20世纪70年代，Klink等采用激光焊接输卵管与血管的成功，展现出了激光焊接巨大的优越性，促使更多研究人员开始尝试焊接各类生物组织，并且将其引用到其他组织的焊接。而激光焊接神经方面是目前国内外生物医学研究的主要方向，并且集中于激光波长、劑量、功能的恢复等这些方面进行研究。激光焊接是一种新型的焊接牙科合金的技术，经过多年的设备研究与改进，技术得以不断更新，在口腔修复领域的应用日益增多，逐渐走向成熟。

5.6 造船工业的应用

造船业是激光焊接应用当中另一个重要的领域，造船最主要的工艺就是焊接，采用激光焊接可以获得高强度的焊件，进而在设计上可以大大缩减所用材料的厚度，实现轻重量、高强度的要求。美国经过计算得出这样的结论，航空母舰如果采用激光焊接技术制造可以大大地减轻重量200t。实际上，目前欧洲的大型游轮的建造当中，激光焊接的应用已经达到了20%，而近期的目标更是高达50%左右。另外，海洋平台、潜艇的结构件也已经广泛应用了激光焊接[5]。随着现代焊接工艺以及技术的进一步发展，激光焊接技术发展潜力十分巨大，其前景必然非常广阔，国内外技术研究部门必须坚持不懈地研究与探索，才能不断地促进激光焊接技术的进一步发展。

6 结语

激光焊接技术是一项综合性比较强的技术，集中了激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术以及产品设计。汽车工业对于焊接质量的要求非常高，而激光焊接本身具有高能量密度、深穿透力、精度高、适应性强等等优势，使其在汽车工业中发挥着巨大的优势，不仅其生产率远远高于传统焊接，而且焊接质量也十分显著。激光焊接技术必将逐渐取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方式。因此，今后激光焊接技术将会得到更加广泛地应用，必将在材料连接领域起到越来越重要的作用。

参考文献

[1]陆斌锋，芦凤桂，唐新华，等.激光焊接工艺的现状与进展.焊接，2008（4）：53.

[2]马涛，黄升.激光焊接技术.柳钢科技，2011（6）：57.

[3]张文举.浅析激光焊接技术的工艺与方法.黑龙江科技信息，2011（2）：67.

[4]游德勇，高向东.激光焊接技术的研究现状与展望.焊接技术，2008（8）：8.

篇5：铝及铝合金先进焊接技术探索论文

关键词：铝及铝合金；先进焊接；技术研究

一、前言

铝及铝合金不仅具有良好的耐腐蚀性，而且导热性和导电性俱佳，为此广泛应用于工业生产，包括汽车制造、航空航天等制造业。近些年来，我国的铝及铝合金焊接技术发展迅速，出现了新型焊接技术，包括调制脉冲焊接、穿孔离子焊接、激光焊接及摩擦搅拌焊等，这些新兴的焊接技术，显示出极大的技术优势，为自动化焊接提供了理论基础，基于此，本文在概述铝及合金焊接过程中出现问题的基础上，对铝及铝合金先进焊接技术进行了概述，为铝及铝合金工艺的积极开发及高性能铝合金产品的发展提供理论依据。

二、铝及铝合金焊接概述

铝及铝合金不仅材质轻，而且强度好，具有良好的耐腐蚀性，因此，在各类焊接结构产品中得到了广泛的应用。而在工业焊接的过程中，经常会产生气孔、出现裂纹、接头“等强性”等现象，极大了影响到工业生产制造的质量。首先，焊接过程中产生气孔主要是由氢气导致的，而氢气来源主要来自于各种原因产生的水，避免气孔的主要途径是通过消除熔池吸水来解决的，具体方法包括，焊前的处理，需要焊接材质的干燥，做好焊接前的工件表明杂志的清除工作，确保氩气中含水量低于0.08%；焊接过程中，做好焊接工艺，通过控制熔池高温时间，促进氢的析出，也就是说可采用高温情况下快速焊接，以提高氢的析出。其次，导致焊接裂纹的原因包括以下两方面，第一，熔池存在脆性温度区间，从液态到冷却凝固的时间内，存在某一稳定范围，强度和脆性低，容易出现焊接裂缝；第二，较大的焊接膨胀系数，使得熔池冷却的过程中存在较大的拉伸变形，尤其是在脆性温度区间，增强了冷却凝固过程中裂缝出现的几率，为此，可以通过缩短脆性温度区间，提高焊接工艺及填充其他金属元素等方式，防止焊接过程中出现过多的裂纹。最后，针对非时效强化铝合金焊接过程中，出现等强性问题，退火焊接，接头之间等强，冷却状态下，接头之间非等强；而时效强化铝合金，无论是在退火还是冷却情况下，接头彼此之间都会出现非等强现象。可以通过焊后热处理，加垫板及强调焊接顺序等方式，避免接头非等强的出现。

三、铝及铝合金新兴焊接技术

传统的焊接技术包括TIG焊、MIG焊等，相对来说所需的设备、设施简单，应用时间长，技术纯熟，能够很好的节约成本。但是在实际焊接过程中，经常会出现焊接问题，无法满足高质量、高性能的焊接需求，极大的限制了工业制造的水平。针对传统焊接过程中出现的问题，现代新兴焊接技术将朝着以下方向发展。

（一）焊接技术革新

将微处理、数字化技术等应用于传统的焊接技术，由此产生现代新兴焊接技术，包括双焊枪TIG、调制脉冲焊等，这些新兴的焊接技术，不仅大大提高了焊接效率，而且减少了焊接缝隙。TIG焊，不仅焊接工艺简洁，而且提高了焊缝强度及伸展性，调制脉冲焊，极大的减少焊接过程中气孔的出现，能够有效降低焊纹的敏感性，极大的提高了焊接工艺的内外质量。

（二）高能密度焊

高能密度焊包括激光焊、离子焊、电子束焊等。其中激光焊最早起于1960年左右，主要通过二氧化碳和YAG激光进行焊接，不仅焊接过程中的能量高，穿透力强，焊接速度快，能够实现自动化、精密化控制，而在实际焊接过程中，也会出现多种缺陷，为了克服激光焊接过程中的不足，有研究提出通过复合焊接方式，如结合TIG焊、MIG焊等途径，消除焊接缺陷，扩大了激光焊的应用范围，提高了激光焊的焊接质量；电子束焊起于1950年左右，其中真空电子焊，具有精准度高、效率高、穿透性强等优势，尤其是高能量密度特点，能够极大的缩短热影响区，提高接头处焊接质量，防止接头处焊接裂纹的出现，适用于铝合板较厚情况下的焊接，如航空航天、汽车制造等多领域。等离子焊接起于1980年左右，不仅能量密度极高，而且射流速度快，使得焊接过程中能量集中，焊接过程中的变形小，接头之间等强。焊接的厚度可到2.5cm，极大的提高了焊接的质量。现阶段，等离子焊接主要应用于航天产品项目中，相比于欧美国家，我国的等离子焊起步较晚，技术发展尚处于摸索阶段，未来还有很长一段时间的路需要走。

（三）搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊接最早起于1991年的英国，历经20多年的发展，搅拌摩擦焊技术发展相对成熟，已被广泛应用于工业生产。焊接搅拌焊技术不仅成本相对较低，而且适应性强，尤其是接头处的综合力学性能，使得焊接质量的自动化程度提高，对人的依赖性下降，其最大的不足时，焊接过程中的机械力大，对焊接工件的刚性要求极高。而作为一项固态焊接技术，尤其适应于现代焊接水平要求，具有显著的经济效率，也会逐步的取代溶焊技术，成为为了铝合金焊接的主要技术手段。

四、小结

铝及其合金焊接技术广泛应用于工业生产，而焊接技术的不断发展，焊接质量、焊接性能不断提高，极大了改善了传统焊接技术的诸多不足，促进了铝合金构建的制造水平。基于此，本文以传统铝及铝合金焊接过程中的出现的问题为出发点，对现代新兴铝及铝合金焊接技术进行了概述，为铝及铝合金工艺的积极开发及高性能铝合金产品的发展提供理论依据。

参考文献：

篇6：珠宝首饰贸易的激光焊接技术

珠宝商在调整环有软宝石，如珊瑚，珍珠，蛋白石和许多其他的问题，是热，他们将被立即销毁从一个珠宝商的火炬。钻石，红宝石，蓝宝石，可以有一个珠宝商的火炬其实摸他们，他们不会打破。当然这总是尽量避免使用。但许多其他的石头，甚至是祖母绿，必须从环中删除，从火炬的热量可以用于焊接两部分。

这提出了进一步的问题时，石头已经挡板集。挡板的设置涉及被迫在石头推擦超过金属。这是一个单向的行动，你不能奖的金属背面，取出结石，购买后焊接已完成，取代石头和金属挡板再次推。这种金属现在毁了。

那么，如果你能留在原地的石头和切割环，然后取出一块更小的尺寸，然后焊接到一起再次使环？好吧，那只是完美，你几乎可以做激光技术。

用激光焊接机，目前售价在$30,000和$50,000之间，你可以留在原地的石头，并调整大小，然后焊接或两件融合在一起。成功，这是可以做的原因是因为激光只点点的热量。可以握在你的手环和激光焊接在一起。

激光器可用于各类金属不锈钢，钛，铂，银，金。激光焊接实际上是一个融合的两个金属部分，所以没有焊接或凌乱通量。焊接是最好的焊点强三倍。

小块可高达0.2毫米的小焊接在一起，这就是小。最白金镀铑给它白色的外观，光泽，但是当它被修复，它有镀铑再次与激光技术，但不作为的焊缝是一个非常本地化的。

对于我来说焊料2环一起并排双带将大约需要20分钟时间做焊接，我做了一些准备工作。然后我需要在一种酸浴离开它，然后去酸浴和各种其他程序，把它清理干净，所以采取了很多时间。激光焊接两件一起可能需要三，四分钟，有没有后续治疗。

篇7：低合金高强度钢及其焊接技术概述

低合金高强度钢的分类

低合金高强度结构钢包括一般低合金结构钢和其它一些优质低碳低合金高强度钢，其强度高于含碳量相当的碳素钢，但塑性、韧性和焊接性良好，适用于较重要的钢结构，如压力容器、发电站设备、管道、工程机械、海洋结构、桥梁、船舶、建筑结构等。

低合金高强度结构钢是在低碳结构钢的基础上添加一定量的合金元素(如Mn、Si、Cr、Mo、Ni、Cu、Nb、Ti、V、Zr、B、P和N等，但总量不超过5%，一般在3%以下)，以强化铁素体基体，控制晶粒长大，提高强度和塑性、韧性。一般在热轧后条件下供货以满足用户对冲击韧度的特殊要求。如要求更高强度(σs=490-980MPa)，也可以在调质状态下供货。

低合金高强度结构钢按屈服点(σs)分级。

国外对低合金高强度结构钢已制定标准，规定了C、S和P的上限而且对碳当量的上限，最高硬度及V型夏比值的下限均有严格规定，如日本焊接协会(WES)焊接结构用钢板标准。

低合金高强度结构钢根据屈服点和热处理状态可分为两种：

1.非热处理强化钢(热轧与正火钢)

(1)σs=249-392MPa级的低合金高强度钢。除15MnTi 为正火状态供货外，均为热轧状态使用。这类钢是在含C≤0.20%的基础上加入少量的固溶强化元素来保证钢的强度。组织为细晶粒的铁素体和珠光体。Mn是一种固溶强化效果最显著又比较便宜的元素，除增加强度外，还改善塑性、韧性，加入量不超过1.8%。Si的固溶强化效果也好、但含量高于0.6%，对冲击韧度不利。我国广泛使用的焊接性良好的16Mn、德国的St52以及日本的SM50均属此类钢。用它代替普通低碳钢，可节约20%-30%钢材。还可在16Mn钢中加入少量V(0.03%-0.2%),Nb(0.01%-0.05%),利用V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一步提高钢的强度、细化晶粒，改善塑韧性，如12MnV、14MnNb、15MnV和16MnNb等钢种。

(2)σs=441-540MPa 级的低合金伉强度钢，在固溶强化的同时，必须同时加入其它合金元素(如加入Mn、Si、Ni、Mo、Nb、Ti等)，通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，以有效地提高强度，改善塑性、韧性。一般正火钢的组织为细晶粒的铁素体和珠光体。含Mo钢正火后的组织为上贝氏体和少量铁素体，必须进行回火处理以保证其塑性、韧性。

2.热处理强化钢(低碳调质钢)

σs=490-981MPa级的低合金高强度结构钢，一般在调质状态下供货，其组织为回火低碳马氏体或贝氏体。这类钢既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。如果焊接规范选择适当，可以直接在调质状态下进行焊接，这样可以地HAZ中得到无效的低碳马氏体或贝氏体，焊后可不要求调质处理，但必要时要求消除应力处理。如果焊接规范选择不当，冷却速度低于临界值时，会产生韧性很差的混合组织。

调质钢的合金化设计原则与铁素体-珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。加入合金元素(如Cr、Ni、Mn、Mo、V、B、Ti 和Cu 等)的主要作用是保证淬透性，调节塑性、韧性，加入量视淬透性的要求而定;有的合金元素(如Mo)还可提高钢的抗回火性，使钢能在较高温度下回火消除应力而不致于降低钢的强度，因而对改善塑、韧性有利。Ni在这类钢中是非常重要的合金元素。它能提高钢的韧性与塑性，降低钢的脆性转变温度。与Cr一起加入时，因此，在这类钢中几乎离不开这两种元素，且随着强度级别的提高，含Ni量也不断增加。但从增加钢的淬透性出发，含Cr量超过1.6%已无实际意义，而且反而对韧性不利。

σs≥667MPa的T-1钢是美国早期发展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式结构等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀能力高，在日本用来制造-30℃的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。

HY-80钢是美国σs=540-687MPa的调质高强钢，在低温下有高的韧性与防爆性能，主要用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS-63、英国的Q1钢和我国的GQ-604钢类似于此类钢。

HY-130钢是σs=883MPa以上的新发展的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要结构。

根据我国资源条件发展的σs=600-700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化工作的中温高压容器等。

低合金高强度钢概述

低合金高强度钢的分类

低合金高强度结构钢包括一般低合金结构钢和其它一些优质低碳低合金高强度钢，其强度高于含碳量相当的碳素钢，但塑性、韧性和焊接性良好。适用于较重要的钢结构，如压力容器、发电站设备、管道、工程机械、海洋结构、桥梁、船舶、建筑结构等。

低合金高强度结构钢是在低碳结构钢的基础上添加一定量的合金元素(如Mn、Si、Cr、Mo、Ni、Cu、Nb、Ti、V、Zr、B、P和N等，但总量不超过5%，一般在3%以下)，以强化铁素体基体，控制晶粒长大，提高强度和塑性、韧性。一般在热轧后条件下供货以满足用户对冲击韧度的特殊要求。如要求更高强度(σs=490-980MPa)，也可以在调质状态下供货。

低合金高强度结构钢按屈服点(σs)分级。

国外对低合金高强度结构钢已制定标准，规定了C、S和P的上限而且对碳当量的上限，最高硬度及V型夏比值的下限均有严格规定，如日本焊接协会(WES)焊接结构用钢板标准。

低合金高强度结构钢根据屈服点和热处理状态可分为两种：

1.非热处理强化钢(热轧与正火钢)

(1)σs=249-392MPa级的低合金高强度钢。除15MnTi 为正火状态供货外，均为热轧状态使用。这类钢是在含C≤0.20%的基础上加入少量的固溶强化元素来保证钢的强度。组织为细晶粒的铁素体和珠光体，

Mn是一种固溶强化效果最显著又比较便宜的元素，除增加强度外，还改善塑性、韧性，加入量不超过1.8%。Si的固溶强化效果也好、但含量高于0.6%，对冲击韧度不利。我国广泛使用的焊接性良好的16Mn、德国的St52以及日本的SM50均属此类钢。用它代替普通低碳钢，可节约20%-30%钢材。还可在16Mn钢中加入少量V(0.03%-0.2%),Nb(0.01%-0.05%),利用V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一步提高钢的强度、细化晶粒，改善塑韧性，如12MnV、14MnNb、15MnV和16MnNb等钢种。

(2)σs=441-540MPa 级的低合金伉强度钢，在固溶强化的同时，必须同时加入其它合金元素(如加入Mn、Si、Ni、Mo、Nb、Ti等)，通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，以有效地提高强度，改善塑性、韧性。一般正火钢的组织为细晶粒的铁素体和珠光体。含Mo钢正火后的组织为上贝氏体和少量铁素体，必须进行回火处理以保证其塑性、韧性。

2.热处理强化钢(低碳调质钢)

σs=490-981MPa级的低合金高强度结构钢，一般在调质状态下供货，其组织为回火低碳马氏体或贝氏体。这类钢既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。如果焊接规范选择适当，可以直接在调质状态下进行焊接，这样可以地HAZ中得到无效的低碳马氏体或贝氏体，焊后可不要求调质处理，但必要时要求消除应力处理。如果焊接规范选择不当，冷却速度低于临界值时，会产生韧性很差的混合组织。

调质钢的合金化设计原则与铁素体-珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。加入合金元素(如Cr、Ni、Mn、Mo、V、B、Ti 和Cu 等)的主要作用是保证淬透性，调节塑性、韧性，加入量视淬透性的要求而定;有的合金元素(如Mo)还可提高钢的抗回火性，使钢能在较高温度下回火消除应力而不致于降低钢的强度，因而对改善塑、韧性有利。Ni在这类钢中是非常重要的合金元素。它能提高钢的韧性与塑性，降低钢的脆性转变温度。与Cr一起加入时，因此，在这类钢中几乎离不开这两种元素，且随着强度级别的提高，含Ni量也不断增加。但从增加钢的淬透性出发，含Cr量超过1.6%已无实际意义，而且反而对韧性不利。

σs≥667MPa的T-1钢是美国早期发展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式结构等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀能力高，在日本用来制造-30℃的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。

HY-80钢是美国σs=540-687MPa的调质高强钢，在低温下有高的韧性与防爆性能，主要用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS-63、英国的Q1钢和我国的GQ-604钢类似于此类钢。

HY-130钢是σs=883MPa以上的新发展的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要结构。

根据我国资源条件发展的σs=600-700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化工作的中温高压容器等。

低合金高强度钢焊接概述

低合金高强度结构钢的焊接特点：

1.热影响区的淬硬倾向焊后冷却过程中，易在热影响区中出现低塑性的脆硬组织，这种组织在焊缝扩散氢量较高和接头拘束较大时易产生氢致裂纹。

钢材的碳当量是决定热影响区淬硬倾向的主要因素。碳当量越高，钢材淬硬倾向越大。焊接时热影响区过热区的800-500℃的冷却时间(一般用t8/5表示)是另一个重要参数。该冷却速度越大，则热影响区的淬硬程度越高。焊接方法、板厚、接头形式、焊接规范、预热温度决定了t8/5的大小。

焊接接头中,热影响区的硬度值最高。一般用热影响区的最高硬度来衡量淬硬程度的高低。不同级别的主强度钢热影响区有不同的最高硬度允许值，目前我国还没有明确规定。

2.冷裂纹敏感性低合金高强度钢焊接时出现的裂纹主要是冷裂纹。因此，焊接时对于防止冷裂纹问题必须予以足够的重视。钢的强度级别越高，淬硬倾向越大，冷裂纹敏感性也越大。关于冷裂纹形成机理，是一种比较复杂的现象，一直有人在深入研究。目前多数人认为产生冷裂纹的三大因素是：

(1)焊缝凝固以后冷却时，由于焊缝一般含碳量比母材低，所以焊缝的奥氏体向铁素体转变较母材早，此时氢的溶解度急剧降低，大量的氢向仍处于奥氏体的母材热影响区中扩散，由于氢在奥氏体中扩散速度小，在熔合区附近形成了富氢带，含氢量越高，冷裂纹敏感性越大。

(2)滞后相变的热影响区发生奥氏体向马氏体转变的淬硬组织，氢以过饱和状态残存于马氏体中并逐步晶格缺陷等应力集中处扩散聚集，使该处的金属结合强度降低或脆化。钢的淬硬性倾向越大，冷裂纹倾向也越大。

(3)结构的刚性越大，由于焊接时加热引起的拘束应力也越大。同时热影响区相变组织应力共同构成了产生冷裂纹的应力条件。焊接应力越大，冷裂纹敏感性越大。

冷裂纹一般在焊后冷却过程中发生，也可能在焊后数分钟或数天后发生，具有延迟的性质，这可以理解为是氢从焊缝金属扩散到热影响区淬硬区集聚达到某一临界值的时间。在点固焊时，由于冷却速度快，极易出现冷裂纹，必须特别注意。3.再热裂纹倾向当焊接厚壁压力容器等结构件时，焊后需进行消除应力热处理，对于含铬、钼、钒、钛、铌等合金元素的钢材，在热处理过程中，易在热影响区的粗晶区产生晶间裂纹。有时不仅在热处理过程中发生，也可能发生于焊后再次高温加热的使用过程中。焊接这类高强度低合金钢时，应重视防止再热裂纹问题。防止再热裂纹的主要措施是尽量选取对再热裂纹不敏感的材料，选择强度较低的焊接材料，提高预热温度和焊接线能量，以及尽量减少焊接接头中的应力集中等。

4.层状撕裂大型厚板结构件，特别是T型接头，角焊缝处，由于母材轧制时产生的层状偏析(主要是MnS)、各向异性等缺陷，在热影响区或在远离焊缝的母材中产生与钢板表面成梯形平行的裂纹，叫层状撕裂。焊接大厚度钢板角焊缝时，应注意在选材和工艺上防止层状撕裂。

篇8：铝合金激光焊接技术

焊缝背宽比Rw(Weld width radio)即焊缝背面熔宽(Weld back width)与正面熔宽(Weld surface width)之比,可表征焊接的全熔透性和热源作用的强弱,同时也可反映穿透性小孔形成的稳定性[6,7]。利用背宽比定量表征焊缝成形,具有一定的实际意义。本工作采用大功率YAG激光填丝焊接系统对5A06铝合金和5A90铝锂合金薄板进行了激光填丝焊接实验,主要研究了焊接参数对填丝焊缝成形的影响,为航空用铝合金的推广应用提供数据参考。

1 实验材料和方法

实验材料为1.2mm厚5A06铝合金和3mm厚5A90铝锂合金轧制板材,焊丝为ϕ1.2mm的ER5356焊丝。板材首先被加工成300mm×100mm的试件,焊前用化学清洗去除试板表面的油污和氧化层。

实验采用由ABB机械手控制的YAG激光填丝焊接系统。该系统采用4.5kW的AM356型YAG激光器和3kW 的HL3006D型大功率YAG激光器,以及推-拉式TPS4000 Alu-Edition铝焊专机/冷送丝复合装置以及自制专用卡具。激光通过光纤传输并反射聚焦于工件表面。为减小反射光对激光器和外光路光学元件的损害,焊接过程中激光头的中轴线逆着焊接方向偏转一定角度γ,激光器及激光焊的主要技术指标如表1所示。焊接过程中通入两路氩气保护熔池和焊缝高温区的正反面成形。

焊接过程中工作台静止,由机械手带动激光和导丝嘴相对运动来实现激光填丝焊接,如图1所示。焊接实验采用平板堆焊方式,实验中对影响激光填丝焊缝成形的各工艺参数进行了优化,重点分析了焊接速率vs、激光功率P和送丝速率vf对焊缝成形的影响。

2 光丝间距对激光填丝焊缝成形的影响

在焊接方向上焊丝末端距激光束焦点前的位置偏差为光丝间距+D(图1)。图2为光丝间距对5A06铝合金激光填丝焊缝成形的影响。当光丝间距为0mm时,虽然焊缝正面成形较好,但背面熔宽在不同区域差别显著,不利于获得均匀性能的焊缝。根据大量实验数据统计发现,当焊缝背宽比Rw>0.6且焊缝成形较好时,焊缝的性能较好且数据分散性较小。从图2可得,当焊接速率为4.5m/min时,获得较好性能焊缝必须将光丝间距严格控制在+0.2～+1.5mm范围内;而焊接速率为3.0m/min时,光丝间距必须控制在+0.2～+2mm范围内;若光丝间距高达+3mm时,由于焊丝距热源较远,在等离子云的热作用下并不能完全熔化,致使焊缝局部易产生焊塌、焊漏和驻丝等缺陷。Hu B等人[8]研究发现焊接速率对熔池及小孔行为影响显著,如图3所示。焊接速率较低时熔池尺寸较大,小孔靠近熔池中心,而焊接速率较高时熔池尺寸较小,小孔接近熔池前边缘。由于焊接速率不同造成小孔前边缘与熔池前边缘的距离差异,是影响激光填丝焊时光丝间距优化范围差异的主要原因。

3 送丝角度对激光填丝焊缝成形的影响

送丝角度(图1中的α角)是影响激光填丝焊的一个重要因素。如果角度较小,送丝嘴靠近工件,焊丝的干伸出长度d必然增加,造成焊丝的指向性下降,严重时焊丝会偏离光束,影响激光对焊丝的加热效果;如果角度较大,就给调整填充焊丝带来不便,因为很小的位置偏差会使光束与焊丝的接触点在垂直方向上发生很大变化[9]。实验表明,焊丝的干伸出长度d不应大于8mm,该长度越短,焊丝指向性越好。为了减小干伸出长度和便于调整焊丝的位置偏差,送丝角度不宜过大或过小。通过工艺实验获得优化送丝角度为60°,此时焊丝的干伸出长度可缩短至5mm,焊缝成形最好。

4 送丝速率对激光填丝焊缝成形的影响

送丝速率须和焊接速率、激光功率相匹配。送丝速率过慢将不能克服激光焊接薄板时由于焊接过程失稳而产生的焊塌、焊漏等缺陷;而送丝速率过快则会导致焊缝下表面下塌严重甚至产生驻丝、堆丝等缺陷[1]。

当其他焊接工艺参数不变时,焊缝背宽比随送丝速率的变化规律如图4所示。结果表明:对于1.2mm厚薄板,送丝速率可以在较大的范围内变化都可以获得成形较好的焊缝;而对于3mm厚板材,送丝速率优化范围(1.6～3.2m/min)却非常小。其主要原因很可能与母材板厚有关,当母材板厚较大时,激光填丝焊缝由于受其中下部形状以及其他因素影响对容纳较多的焊丝产生限制,如图5(a)所示;当母材板厚较小时,激光填丝焊缝形状尺寸伸缩量很大,如图5(b),(c)所示,可以推测在焊接过程中熔池的形状尺寸伸缩量很大,从而导致送丝速率优化范围较大。

5 激光功率和焊接速率的影响

激光功率对3mm厚5A90铝锂合金激光填丝焊缝成形的影响并不明显,如图6(a)所示。激光功率在较大的范围内变化都可以获得成形较好的焊缝。焊接速率受较小范围优化送丝速率的制约,其微小变化就会对焊缝成形产生显著影响,如图6(b)所示。因此,在保证熔透性且较好成形的前提下,焊接该种铝合金应尽量采用较小的激光功率和较高的焊接速率(即较小的焊接热输入)施焊为宜。否则会由于焊接热输入较高,要求相应提高送丝速率而浪费激光能量,而且也会由此导致接头显微组织相对粗化和接头软化加剧。

对于1.2mm厚5A06铝合金,由于送丝速率范围非常宽,从而影响焊接速率,使焊接速率在较大的范围内变化并与相应的激光功率匹配,均能获得成形较好的焊缝,如图7所示。

6 结论

(1) 激光填丝焊时光丝间距必须严格控制在一定范围内,且该范围随焊接速率的减小而变大。

(2) 母材板厚较小有利于激光填丝焊优化送丝速率的提高及其范围的扩大,1.2mm厚板材送丝速率优化范围为5～16m/min,而3mm厚板材送丝速率优化范围仅为1.6～3.2m/min。

(3) 在保证熔透性且较好成形的前提下,激光填丝焊应尽量采用较小的激光功率和较高的焊接速率,即采用较小的焊接热输入施焊为宜。

摘要：采用ER5356焊丝对1.2mm厚5A06铝合金和3mm厚5A90铝锂合金进行激光填丝焊接实验,探讨了焊接参数包括光丝间距、送丝速率、激光功率和焊接速率等对焊缝成形的影响。结果表明:光丝间距必须控制在一定范围内才能获得成形较好的焊缝,且其优化范围受焊接速率的影响显著;母材板厚较小有利于激光填丝焊优化送丝速率的提高及其范围的扩大;焊接速率对焊缝成形的影响较大,随着焊接速率的增加,激光功率应随之增加与其匹配;激光填丝焊时在保证熔透性且较好成形的基础上,应尽量采用较小的焊接热输入。

关键词：铝合金,激光填丝焊,焊接参数

参考文献

[1]左铁钏,肖荣诗,陈铠,等.高强铝合金的激光加工[M].北京:国防工业出版社,2002.

[2]郑启光,辜建辉,王涛,等.激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究[J].激光技术,2000,24(2):90-94.

[3]FABREGUE D,DESCHAMPS A,SUERY M.Microstructureof butt laser joints of aluminiumalloy 6056 sheets with an AS12filler wire[J].Materials Science and Technology,2005,21(11):1329-1336.

[4]SUN Z,KUO M.Bridging the joint gap wire feed laser welding[J].Journal of Materials Processing Technology,1999,87:213-222.

[5]CHEN Y B,LI L Q,PENG X Y,et al.Joints performanceinla-ser welding Al alloy withfiller wire[J].Transactions of the Non-ferrous Metals Society of China,2005,15(2):87-91.

[6]陈俐.航空钛合金激光全熔透稳定性及焊接物理冶金研究[D].武汉:华中科技大学,2005.

[7]陈俐,巩水利,姚伟.活性剂对钛合金激光焊焊缝成形影响[J].焊接,2008,(11):32-37.

[8]HU B,RICHARDSONI M.Autogenous laser keyhole weldingof aluminumalloy 2024[J].Journal of Laser Applications,2005,17(2):70-80.