如何提高鋁合金純手工激光焊接加工工藝技巧？近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求越來(lái)越大，因此對(duì)鋁合金焊接性的研究也越來(lái)越深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，激光焊接技術(shù)的發(fā)展拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金焊接技術(shù)成為研究熱點(diǎn)之一。鋁合金焊接工藝改進(jìn)的前提是熟悉鋁合金的材料性能。



1.鋁合金的物理化學(xué)性能

鋁合金材料具有高反射率和高導(dǎo)熱性。在微電子結(jié)構(gòu)方面，鋁合金具有大量的高密度自由電子。當(dāng)激光作用于這些電子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和二次電磁波，產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射波和微弱的透射波。因此，鋁合金表面對(duì)激光具有很強(qiáng)的反射率，這在影響其對(duì)激光的影響的同時(shí)，由于電子的強(qiáng)烈布朗運(yùn)動(dòng)，鋁合金的熱傳導(dǎo)將得到顯著的改善。

國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金材料的激光焊接進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果也證明鋁合金材料的表面預(yù)處理,如噴砂、砂紙?zhí)幚怼⒈砻婊瘜W(xué)腐蝕,表面電鍍,炭黑加法和氧化,可以減少光束反射和有效改善鋁合金工件的激光吸收,從焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮,人工洞或者聯(lián)合光收集器的形式,v形波開焊或縫焊(拼接間隙相當(dāng)于人工開孔)可以增加鋁合金的激光吸收，獲得更大的熔透量。合理設(shè)計(jì)焊接間隙還可以增加鋁合金表面的激光能量吸收。

2.小孔效應(yīng)和等離子體對(duì)鋁合金激光焊接的影響

鋁合金激光焊接過程中，表面出現(xiàn)小孔可以大大提高材料對(duì)激光的吸收率，焊接可以獲得更多的能量。而鋁合金中的鋁和鎂、鋅、鋰具有沸點(diǎn)低、易蒸發(fā)、蒸汽壓高的特點(diǎn)。雖然這有利于小洞的形成,等離子體的冷卻效應(yīng)(由等離子體的屏蔽和吸收能量)減少了激光損傷的能量輸入的賤金屬等離子體本身“過熱”,但它阻礙了鑰匙孔的持續(xù)存在,很容易產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷,從而影響焊接形成和接頭的力學(xué)性能。因此，小孔的感應(yīng)性和穩(wěn)定性成為保證激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

由于鋁合金的高反射率和高導(dǎo)熱性，需要更高的激光能量密度來(lái)誘導(dǎo)小孔的形成。能量密度閾值基本上由合金成分控制，通過控制工藝參數(shù)，選擇和確定激光功率，保證適當(dāng)?shù)臒彷斎?，可以獲得穩(wěn)定的焊接工藝。此外，能量密度閾值也在一定程度上受到保護(hù)氣體類型的影響。在鋁合金激光焊接中，N2氣體容易產(chǎn)生小孔，而he氣體則不會(huì)。這是由于N2與Al發(fā)生放熱反應(yīng)，形成Al -n-o三元化合物，提高了激光吸收率。

3.鋁合金焊接氣孔

鋁合金的種類很多，其氣孔也不盡相同，但通常不同于以下幾種氣孔。

1)保護(hù)氣體產(chǎn)生的氣孔。高能激光焊接鋁合金過程中，由于熔池底部小孔前的金屬?gòu)?qiáng)烈蒸發(fā)，保護(hù)氣體被吸入熔池內(nèi)形成氣泡。當(dāng)氣泡不逸出時(shí)，它們?nèi)匀煌Ａ粼诠虘B(tài)鋁合金中，成為孔隙。

孔洞由一個(gè)小洞坍塌而形成的孔洞在激光焊接過程中，當(dāng)表面張力大于蒸汽壓時(shí)，小孔就會(huì)不穩(wěn)定而坍塌，金屬來(lái)不及填充小孔。也有很多實(shí)際的措施,減少或避免氣孔缺陷在鋁合金的激光焊接,如調(diào)整激光功率波形,減少不穩(wěn)定的小洞崩潰,改變光束集中高度和傾斜照射,應(yīng)用電磁場(chǎng)在真空焊接過程和焊接效果。近年來(lái)，采用充絲或預(yù)凝合金粉末、復(fù)合熱源和雙聚焦技術(shù)來(lái)降低孔隙率，效果良好。

3)氫氣孔。鋁合金在有氫存在的情況下熔化時(shí)，其內(nèi)部的氫含量可以達(dá)到0.69ml/100g以上。但凝固后，合金在平衡態(tài)的溶氫能力只有0.036ml/100g，相差近20倍。因此，在液態(tài)鋁向固態(tài)過渡的過程中，須將液態(tài)鋁中多余的氫析出。如果析出的氫不能順利地漂浮和逸出，就會(huì)聚集成氣泡，以氣孔的形式留在固態(tài)鋁合金中。

4.鋁合金的裂紋問題

存在的問題:鋁合金是典型的共晶合金，激光焊接快速凝固時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋。柱狀晶邊界處低熔點(diǎn)的Al Si或Mg Si共晶的形成是裂紋產(chǎn)生的原因。

解決方法:激光焊接可通過填充焊絲或預(yù)置合金粉末進(jìn)行。通過調(diào)節(jié)激光波形和控制熱輸入，可以減少晶體裂紋。

總之，鋁合金激光焊接需要了解材料本身的化學(xué)和物理性能，結(jié)合相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，以避免焊接時(shí)對(duì)工件材料產(chǎn)生負(fù)面影響。鋁合金焊接技術(shù)是擴(kuò)大鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。激光焊接、激光電弧混合焊接、雙光束激光焊接等技術(shù)都是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的鋁合金焊接工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)鋁合金焊接的技術(shù)難點(diǎn)將得到突破，鋁合金的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。