鋁合金激光焊

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科科研訓(xùn)練論文目錄引言11 鋁及鋁合金 12 鋁合金激光焊接 2 2.1 CO2激光器及激光焊接3 2.1.1 CO2激光器32.1.2鋁合金CO2激光焊接光致等離子體行為的特點(diǎn) 42.1.3 co2激光焊飛濺42.2 YAG激光焊器52.2.2 YAG激光焊接優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用62.3 光纖激光器及激光焊接62.4 激光復(fù)合焊73 鋁合金焊接性及缺陷83.1鋁合金激光焊接的吸收率問題103.2焊接工藝參數(shù)對鋁合金激光焊接焊縫質(zhì)量的影響6.4焊縫組織及性能113.3鋁合金的激光焊接性11結(jié)束語12致謝13參考文獻(xiàn)14引言鋁合金具有高強(qiáng)度、高模量、和高疲勞強(qiáng)度，以及良好的的斷裂韌性和較低

2、的裂紋擴(kuò)散率，同時還具有優(yōu)良的成形工藝和良好的抗腐蝕性。因此被廣泛應(yīng)用于各種焊接機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品中，傳統(tǒng)鋁合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工藝，但所有面臨的的主要問題是焊接過程中較大的熱輸入使鋁合金板變形大，焊接速度慢，生產(chǎn)效率低，由于焊接變形大，隨后的矯正工作往往浪費(fèi)大量的時間，增加了制造成本，影響了生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量。而焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區(qū)小和焊接變形小等特點(diǎn)，使其在鋁合金焊接領(lǐng)域受到格外的重視、鋁合金焊接的主要難點(diǎn)在于：（1）鋁合金對激光束的初始反射率及其本身的高導(dǎo)熱性，使鋁合金在末熔化前對激光的吸收率很低，“小孔”的誘導(dǎo)比較困難。（2）鋁的電離能低，焊接過程中光致

3、等離子易于過熱和擴(kuò)展，使得焊接穩(wěn)定性差。（3）鋁合金激光焊接過程中易產(chǎn)生氣孔和熱裂紋。（4）焊接過程中合金元素的燒損，使鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能下降。在我國由于受大功率激光器限制，激光焊接工藝研究比國外起步晚，關(guān)于鋁合金激光焊接的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。在國外，日本在這方面的研究比較成熟，人們研究的側(cè)重點(diǎn)是主要是鋁合金激光焊接的熔化特性、氣孔和裂紋的成因機(jī)理、焊接缺陷對力學(xué)性能的影響及激光焊接鋁合金的等離子現(xiàn)象等等 1 鋁及鋁合金鋁及鋁合金具有密度小，比較高強(qiáng)度和良好的耐磨性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、以及在低溫度下能保持良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電工、化工、交通運(yùn)輸、國防等工業(yè)部

4、門。鋁及其合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，表面極易形成難熔氧化膜，加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時容易造成不熔合現(xiàn)象。由于氧化膜密度與鋁的密度合金接近，也易成為焊縫金屬的夾雜物。與鎢極氬弧焊或熔化氬弧焊相比，激光焊鋁合金的速度快、焊縫窄、熱應(yīng)變小、搭接接縫減少、可大大降低重量。因此很多科學(xué)工作者開始探討對鋁合金進(jìn)行激光焊接的可能性。 鋁及鋁合金具有較好的冷熱加工性能和焊接性，可以采用常規(guī)的熔焊方法進(jìn)行焊接。常規(guī)的焊接方法有氬弧焊。等離子弧焊、電阻焊和電子束焊等。也可以采用冷壓焊。超聲波焊。釬焊等。熱功率大。能量集中和保護(hù)效果好的焊接方法對鋁合金的焊接較為合適。氣焊和電弧焊在鋁合金焊接中易被氬弧焊取代，僅用于

5、修復(fù)和焊接不重要的焊接結(jié)構(gòu)。鋁及鋁合金的焊絲分為同質(zhì)材料和異種材料焊絲兩大類。為了得到性能良好的焊接接頭，應(yīng)根據(jù)焊接構(gòu)件使用要求，選擇適合于母材的焊絲作為填充材料。2激光焊接圖一 激光焊接示意圖激光焊接與其他傳統(tǒng)的焊接相比，激光焊接主要的優(yōu)點(diǎn)是速度快、深度大、變形小，可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。同時，激光焊接也存在著一定的局限性，要求焊接裝備精度，且要求光束在工件上的位置能有顯著偏移。激光器及其相關(guān)系系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。激光焊接技術(shù)的進(jìn)展主要是美國在Bender造船有限公司成功完成了激光焊接系統(tǒng)焊接船體平面分段的實(shí)驗(yàn)。美國海軍已采用激光技術(shù)用于軍船制造

6、，德國已大量采用大功率激光用于潛艇結(jié)構(gòu)件或零件，以及那些需要以更清潔的方式來熔接的復(fù)雜部件，例如含有線路板的塑料制品、醫(yī)療設(shè)備等。在汽車工業(yè)中，激光焊接塑料技術(shù)可用于制造很多汽車零部件，激光焊接還可以將塑料薄膜焊接在一起，操作過程可以完成的非常開。1目前激光焊接應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，主要應(yīng)用于：制造業(yè)應(yīng)用、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、塑料激光焊接應(yīng)用、新材料激活激光焊接應(yīng)用、航空航天工業(yè)、造船工業(yè)、其他領(lǐng)域等激光焊接。1焊接用的激光器主要有三大類：YAG激光器、CO2激光器、光纖激光器。YAG激光器的平均輸出功率較低，不適合厚板與高速焊接；單輸出波長短有利于激光的聚焦和光纖傳輸，也利

7、于金屬表面接收。CO2激光焊器目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，功率輸出大；不足主要出現(xiàn)在其波長相對較長，在鋁合金焊接中表面反射較為嚴(yán)重，激光利用率很低。光纖激光器作為新型激光器，其集合了YAG激光器波長短、CO2激光器大功率特點(diǎn)，解決了原來激光焊接功率小或反射嚴(yán)重的不足，同時激光復(fù)合焊的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了鋁合金的焊接接頭的綜合性能。然而，由于鋁合金的特殊性質(zhì)，該焊接也存在著很多問題。主要表現(xiàn)在：1 鋁合金對激光有極高的表面初始反射率，造成激光在母材未熔化時吸收很差，效率很低；2 激光焊接焊縫冷卻速度快，熔池存在時間很短，導(dǎo)致氣體不易析出，易產(chǎn)生氣孔；3 由于熔池深而窄，脈沖激光突發(fā)功率大，強(qiáng)大的蒸汽通

8、過很窄的液體產(chǎn)生很大的飛濺；4 焊縫太窄使跟蹤、對中很困難，對接頭準(zhǔn)備、焊接位置及焊接厚度等要求較嚴(yán)格；5 焊縫金屬結(jié)晶時，容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶，從而形成結(jié)晶裂紋；6 激光焊接燒損鋁合金中的Mg、Zn等低熔點(diǎn)合金元素，破壞合金強(qiáng)化作用，嚴(yán)格降低焊縫強(qiáng)度。2以下將對近幾年鋁合金激光焊接方面的研究進(jìn)展進(jìn)行較為詳細(xì)的論述。2.1 CO2激光器及激光焊接2.1.1CO2激光器 與其它氣體激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過程也較復(fù)雜。分子有三種不同的運(yùn)動，即分子里電子的運(yùn)動，其運(yùn)動決定了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動，即分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動并決定于分子的振動能態(tài)；三是

9、分子轉(zhuǎn)動，即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運(yùn)動決定了分子的轉(zhuǎn)動能態(tài)。分子運(yùn)動極其復(fù)雜，因而能級也很復(fù)雜。 CO分子為線性對稱分子，兩個氧原子分別在碳原子的兩側(cè)，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始終運(yùn)動著，要繞其平衡位置不停地振動。根據(jù)分子振動理論，CO有三種不同的振動方式：二個氧原子沿分子軸，向相反方向振動，即兩個氧在振動中同時達(dá)到振動的最大值和平衡值，而此時分子中的碳原子靜止不動，因而其振動被叫做對稱振動。兩個氧原子在垂直于分子軸的方向振動，且振動方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動。由于三個原子的振動是同步的，又稱為變形振動。三個原子沿對稱軸振動，其中碳原子的

10、振動方向與兩個氧原子相反，又叫反對稱振動能。在這三種不同的振動方式中，確定了有不同組別的能級。32.1.2鋁合金CO2激光焊接光致等離子體行為的特點(diǎn)在CO2 激光深熔焊接過程中, 金屬材料在高功率密度( > 105 W􀀁cm2 ) 激光的輻照下, 強(qiáng)烈汽化形成金屬蒸氣。處于激光照射區(qū)的金屬蒸氣能夠增強(qiáng)材料對激光的吸收作用, 使其溫度進(jìn)一步升高而電離形成等離子體。當(dāng)?shù)入x子體對材料的反沖壓力達(dá)到一定臨界值時, 將克服表面張力、熔池液體靜壓力和動壓力形成深熔小孔。然而, 在激光入射能量! 深熔小孔! 光致等離子體之間, 存在著極為復(fù)雜的相互制約關(guān)系, 只有當(dāng)三者達(dá)到一個動態(tài)平

11、衡狀態(tài)時才能夠維持激光深熔焊接過程穩(wěn)定進(jìn)行。4與鋼鐵材料的CO2激光焊接比由于鋁合金的合金元素量多，且多含有易揮發(fā)、易電離的合金元素，如Mg。Zn等，因此焊接時的等離子體更易于過熱和擴(kuò)展，等離子更不穩(wěn)定，幾何形狀和粒子特性隨時間劇烈變化。下圖為45號剛和6061鋁合金的CO2激光焊接過程中有高速攝像裝置拍攝到的光致等離子圖像。可看出6061鋁合金的CO2激光焊接光致等離子體的亮度、體積、體積隨時間的變化程度及產(chǎn)生的液態(tài)金屬飛濺均要大于45號鋼焊接產(chǎn)生的光致等離子體。因此，在鋁合金焊接過程中，由于光致等離子體的穩(wěn)定性較差，能否有效的控制光致等離子體以維持等離子體處于相對宏觀穩(wěn)定狀態(tài)，直接決定了焊

12、縫的表面形成及深熔焊接過程中的穩(wěn)定程度。3 圖二 45號鋼和鋁合金CO2激光焊光致 等離子體對比2.1.3 CO2激光焊飛濺鋁合金深熔焊飛濺向熔池外迅速擴(kuò)散，易污染聚焦反射鏡，導(dǎo)致聚焦焦點(diǎn)位置變化、聚焦特性改變、焊接能量損失等問題，影響焊接質(zhì)量， 此外焊接飛濺的特性一定程度能反映激光焊接過程的特性，如焊接熔池波動、焊接過程穩(wěn)定性。鋁合金材料容易吸收波長較短的光纖激光器的能量，相比于CO2激光焊，光纖激光焊接過程中鋁合金吸收更多的能量，飛濺顆粒運(yùn)動速度相對更快 從而由于光纖激光焊接過程中飛濺顆粒運(yùn)動速度過快，高速攝像視場有限，使得捕獲飛濺運(yùn)動形態(tài)不完全，造成速度數(shù)據(jù)樣本誤差，從而飛濺速度擬合優(yōu)度

13、相對較差 此外焊接飛濺速度與飛濺尺寸密切相關(guān)，飛濺尺寸越小，質(zhì)量越輕，在一定能量下，運(yùn)動速度相對越快，即CO2激光焊飛濺尺寸大于光纖激光焊飛濺尺寸，且CO2激光焊飛濺運(yùn)動速度小于光纖激光焊飛濺運(yùn)動速度。52.2YAG 激光焊2.2.1 YAG激光焊接發(fā)展及原理YAG激光焊接是用高能脈沖激光對工件實(shí)施焊接，它以脈沖氙燈作為泵浦源，以ND：YAG作為產(chǎn)生激光工作物質(zhì)。激光電源首先將脈沖氙燈預(yù)燃，通過激光電源對脈沖氙燈放電，使氙燈產(chǎn)生一定頻率和脈寬的光波，光波經(jīng)聚光腔照射ND：YAG激光晶體，從而激發(fā)ND：YAG激光晶體產(chǎn)生激光，再經(jīng)過諧振腔后產(chǎn)生波長為1064nm的脈沖激光，激光經(jīng)過擴(kuò)束、反射（或

14、經(jīng)過光纖傳輸）、聚焦后輻射至工件表面，使工件局部熔化實(shí)現(xiàn)焊接。焊接時所需要的脈沖激光的頻率、脈寬、工作臺移動速度、移動方向均可用PLC或工業(yè)PC機(jī)來控制，并通過調(diào)節(jié)電流的大小、激光的頻率、脈寬來控制激光能量的大小。激光焊接是激光材料加工用的機(jī)器，又常稱為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，按其工作方式?？煞譃榧す饽＞邿笝C(jī)（手動焊接機(jī)）、自動激光焊接機(jī)、激光點(diǎn)焊機(jī)、光纖傳輸激光焊接機(jī)，光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池以達(dá)到焊接的目的。620世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱

15、工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機(jī)械、汽車、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。利用高能量的激光脈沖對材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，

16、焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質(zhì)量高，無氣孔，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動化。2.2.2 YAG激光焊接優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用1：高的深寬比。焊縫深而窄，焊縫光亮美觀。2：由于功率密度高，熔化過程極快，輸入工件熱量很低，焊接速度快，熱變形小，熱影響區(qū)小。3：高致密性。焊縫生成過程中，熔池不斷攪拌，氣體逸出，生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度易使焊縫組織微細(xì)化，焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高。4：強(qiáng)固焊縫。高溫?zé)嵩春蛯Ψ墙饘俳M份的充分吸收產(chǎn)生純化作用，降低了雜質(zhì)含量，改變了夾雜尺寸和其在熔池中的分布，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，使焊縫強(qiáng)度、韌性相當(dāng)于甚至超

17、過母體金屬。5：精確控制。因?yàn)榫劢构獍吆苄?，焊縫可以高精度定位，光束容易傳輸與控制，不需要經(jīng)常更換焊炬、噴咀，顯著減少停機(jī)輔助時間，生產(chǎn)效率高。光無慣性，還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動技術(shù)則可焊復(fù)雜構(gòu)件。6：非接觸、大氣環(huán)境焊接。因?yàn)槟芰縼碜约す?，工件無物理接觸，因此沒有力施加于工件。磁和空氣對激光都無影響。7：由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費(fèi)用。同時，激光焊接運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低，可降低工件成本。激光焊接可應(yīng)用于多種金屬及合金、鋼等合金材料間的焊接，也可應(yīng)用于銅-黃銅、銅-鈦、鎳-銅、銅-鈦等多種異種金屬的焊接。汽車零部件行業(yè)：發(fā)動機(jī)氣缸墊；液壓挺桿密封焊；濾清器密封焊；火

18、花塞焊接；氣門推桿焊接；防撞氣囊電雷管密封焊；曲軸或缸套熱處理；等等電 子 行 業(yè)： 手機(jī)電池、動力電池的殼體密封焊；固態(tài)繼電器密封焊；連接器數(shù)據(jù)線焊接；等等五 金 行 業(yè)： 工具、配件、餐具、照明燈具；等等2.3光纖激光器及激光焊接 光線激光器主要由泵浦原，耦合器，摻稀土元素光線，諧振腔等部件構(gòu)成。泵浦原由一個或多個大功率激光二極管陣列構(gòu)成，其發(fā)出的泵浦光經(jīng)過特殊的泵浦原機(jī)構(gòu)耦合入作為增益介質(zhì)的摻稀土元素光線，泵浦波長的光子被摻稀光纖介質(zhì)吸收，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激發(fā)射的光波經(jīng)過諧振腔鏡的震蕩形成激光輸出。光纖激光器以光纖作為波介質(zhì)，耦合效率高，易形成高功率密度，散熱效果好，無需龐大的制冷系統(tǒng)

19、，具有高轉(zhuǎn)換效率，光束質(zhì)量好，窄線寬等優(yōu)點(diǎn)。 通過研究內(nèi)容可知焊接材料相同時，在使用光纖激光焊焊接時，鋁合金接頭的性能要比其他兩種方法獲得接頭性能更佳，這主要是因?yàn)楣饫w激光焊的焊接過程更加穩(wěn)定、穿透力更強(qiáng)以及高的焊接效率。所以人們對于鋁合金光纖激光焊接組織及性能進(jìn)行了大量的研究。2.4 激光復(fù)合焊激光作為一種功能密度熱源，應(yīng)用于焊接有獨(dú)特優(yōu)勢，但是和其他熱源一樣激光焊接也有缺點(diǎn)：（1） 大功率激光器價格昂貴，設(shè)備投資巨大；（2） 焊前準(zhǔn)備工作要求高；（3） 高反射金屬深熔焊小孔建立困難，焊接過程穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生氣孔、縮孔。咬邊等焊接缺陷；（4） 光束能量利用率低內(nèi)涵姐消耗成本高這些缺點(diǎn)極大地

20、極限了激光焊接季度應(yīng)用的范圍。為了消除或減小單熱源激光焊接的缺陷，人們極力尋求有效的解決方法。激光復(fù)合其他熱源焊接是彌補(bǔ)單獨(dú)激光焊接缺陷的一種重要方法，而激光復(fù)合其它熱源的方法中激光與電弧復(fù)合的應(yīng)用最為普遍，低成本的電弧外加激光，設(shè)備投資減小，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品單元消耗神本降低。這一點(diǎn)就使得原來的高成本、高消耗的激光焊接在工業(yè)中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用成為可能。 圖三 激光電弧復(fù)合焊接的原理圖上圖示意了激光電弧復(fù)合焊接的原理。氣體或固體激光和常規(guī)電弧復(fù)合，共同作用于工件表面通體區(qū)域。當(dāng)激光輻射在金屬材料表面時，激光的一部分能量將在一個很薄的表層內(nèi)被吸收并轉(zhuǎn)換成熱，使得表面溫度升高。當(dāng)激光功率密度大于材料

21、曾蒸發(fā)所需要的臨界功率密度使，原來為凝聚態(tài)物質(zhì)的蒸發(fā)是重要的效應(yīng)。相比之下，在薄的加熱層所含的能量是小的，幾乎激光所有傳給的能量都用于使物質(zhì)蒸發(fā)，然后是氣體加熱并加速，同時蒸汽的反沖作用在材料表面產(chǎn)生一定的反沖壓力，使融合金屬表面下陷并形成小孔。形成的小孔的力學(xué)條件是材料蒸發(fā)產(chǎn)生的壓力必須達(dá)到一定的臨界值，以克服表面張力、靜壓力和液體的流動阻力。激光電弧復(fù)合焊接有以下特點(diǎn)（1） 可降低工件裝配要求（2） 復(fù)合焊接利用電弧的復(fù)合作用，在保證大熔深的同時適當(dāng)增加熔池寬度，降低凝固速度，有利于減少氣孔側(cè)向。（3） 可以現(xiàn)實(shí)在較低激光功率下獲得更大的容身和焊接速度，有利于降低成本。（4） 電弧對等離子

22、體有稀釋作用，可以減少對激光的屏蔽效應(yīng)。同時激光對電弧有引導(dǎo)和聚焦作用，使得焊接過程穩(wěn)定性高。（5） 利用電弧焊的填絲課改善焊縫成分和性能，對焊接特種材料或一種材料有重要意義。這些優(yōu)點(diǎn)使得激光電弧復(fù)焊接極可能成為解決鋁合金焊接的最佳方法，存在以下缺點(diǎn)（1） 熱源為非對稱，難于用于曲線或三維焊接（2） 電弧與激光聚集光斑的相互位置對焊接過程穩(wěn)定性影響的大缺點(diǎn)3鋁合金焊接性及缺陷 鋁合金對激光反射很強(qiáng)，為了克服鋁合金的高反射和高導(dǎo)熱性所造成的能量耦合的壁障，鋁合金的激光焊接要求更高的功率密度，對激光焊接要求極高。除此之外，鋁合金焊接還存在其它一些難點(diǎn)：鋁元素的電離能低，焊接過程中光致等離子體易于過

23、熱和擴(kuò)展，焊接過程穩(wěn)定差；鋁合金屬于典型的共晶型合金，在激光焊接快速度凝固條件下更容易產(chǎn)生熱裂紋；激光焊接熔池深度大，氣泡不易上浮，容易產(chǎn)生氣孔；液態(tài)鋁合金流動性良好、表面張力低，焊接過程不穩(wěn)定造成焊接熔池劇烈震蕩，容易出現(xiàn)咬邊、焊縫成形不連續(xù)，嚴(yán)重時造成小孔突然閉合而焊接中產(chǎn)生直徑較大的工藝空洞、或小孔在閉合前由向外噴射的等離子體將液體金屬吹出熔池而造成形成所謂的blowhole等。8 鋁合金激光焊接的主要問題可以概括成6個方面。如圖 焊接能量的耦合應(yīng)力變形接頭強(qiáng)度焊縫形成焊接熱裂紋焊縫氣孔鋁合金的激光焊接 圖四 鋁合金激光焊接的主要問題 鋁合金激光焊接時，普遍存在氣孔和熱裂紋的問題。其中氣

24、孔的形成機(jī)理說法主要存在以下幾種：熔氫小孔；激光焊接是孔閉合塌陷以及工藝不穩(wěn)定因素所致氣孔；低熔點(diǎn)元素的蒸發(fā)導(dǎo)致的氣孔。減少鋁合金焊縫氣孔的有效措施之一就是掐斷焊接時的氫的提供源，如過徹底清除鋁合金母材和填充材料表面的氧化層，保持鋁合金表面充分的干燥，使用Ar等惰性氣體保護(hù)熔池表面。另外就是改善工藝方法如果激光附加電弧熱源焊接，減緩鋁合金焊縫熔池的凝固速度，使于氣體的析出。9 至于焊接熱裂紋形成機(jī)理，鋁合金的焊接裂紋都是熱裂紋，是熔化的鋁合金在凝固過程中局部塑形變形超過本身所能承受的變形量的結(jié)果。鋁合金的熱膨脹系數(shù)里鋼鐵材料約高1倍，熔融鋁合金凝固時收縮率也高達(dá)5%以上。因此，鋁合金焊件焊接應(yīng)

25、力大，熱裂敏感性強(qiáng)。一般認(rèn)為，合金結(jié)晶的溫度區(qū)間越寬，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，鋁合金的合金元素種類和數(shù)量對焊接熱裂紋影響較大。共晶相具有低熔點(diǎn)，是結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的根源。此外，焊接方法和焊接參數(shù)對裂紋的產(chǎn)生已有影響。10鋁合金激光焊接過程中一般認(rèn)為主要存在兩種類氣孔，一種是激光焊縫在冷卻過程中氫的溶解度下降形成的氫氣孔；另一種主要由于小孔中的動力學(xué)因素使小孔不能維持穩(wěn)定而塌陷，液態(tài)金屬來不及填充造成空洞。氣孔的存在會導(dǎo)致焊縫力學(xué)性能下降，其產(chǎn)生受多方面的影響，選擇合適的表面處理措施。脈沖焊接時優(yōu)化脈沖波形、加強(qiáng)保護(hù)、采用高功率、告訴度焊接可使氣孔降低到最少。13熱裂紋是鋁合金激光焊接時

26、最常見的缺陷。主要是焊縫結(jié)晶裂紋和焊接熱影響區(qū)液化裂紋，向焊縫中添加Si對減少裂紋有一定的好處，因?yàn)楹缚p中過量的低熔點(diǎn)AlSi共晶的愈合作用可完全防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。另外隨著焊接速度提高，焊縫中熱裂紋形成越多，并材料越薄，焊接速度對熱裂紋影響越大。也可以通過材料表面化學(xué)處理來防止大量熱裂紋的產(chǎn)生。13不同激光焊接時的焊接裂紋形態(tài)主要?dú)w結(jié)為六種：（1） 焊縫中心裂紋（2） 焊縫融合線裂紋（3） 焊縫中的晶間裂紋（4） 熱影響區(qū)的液化裂紋（5） 因氧化膜引起的裂紋（6） 晶間顯微裂紋 通常防止焊接熱裂紋產(chǎn)生的方法是在焊接時添加合適的合金元素。還可以采用填絲或預(yù)置合金粉末等方法進(jìn)行激光焊接，使用TA

27、G激光器時，調(diào)節(jié)脈沖波形，控制熱輸入也可以減少結(jié)晶裂紋。3.1鋁合金激光焊接的吸收率問題 對于鋁合金來說，吸收率是溫度的函數(shù)。在鋁合金表面熔化、汽化前、由于鋁合金對激光的高反射，吸收率將隨溫度的升高緩慢增大。為了提高鋁合金對激光的吸收，可以采用以下方法；11（1） 采取適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)處理工藝 陽極氧化和噴砂處理可以提高鋁對激光束的能量吸收。另外砂紙打磨、表面化學(xué)處理、表面鍍、石墨涂層及空氣爐中氧化等鋁表面處理措施對激光束的吸收是有效的。（2） 激光器參數(shù)調(diào)整 選用短焦距鏡和低階模數(shù)均可使光斑尺寸減小，激光功率密度增大，鋁合金對激光的吸收率也增大（3） 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 將工件坡口設(shè)計成寫30

28、6;角，這樣激光束在空襲中多次反射，形成一個人工小，從而增加激光束的吸收率。3.2焊接工藝參數(shù)對鋁合金激光焊接焊縫質(zhì)量因素的影響（1）激光功率激光功率是決定焊縫熔深的主要因素，激光功率密度必須大于閥值功率密度形成小孔效應(yīng)才能產(chǎn)生深熔焊，在聚集光斑直徑一定的情況下，激光功率與激光功率成正比，激光功率越高，熔深側(cè)越大，焊接速度也越快。但過大的激光功率會使熔池嚴(yán)重過熱，熔寬和熱影響區(qū)增大，同時還會使焊接過程中飛濺增多，易污染焊接接頭。12（2）離焦量的選取激光深熔焊時，聚集光斑的位置很重要當(dāng)焦點(diǎn)位于工件表面以上時熔深較小，不易進(jìn)行深熔焊；易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向工件更深處傳遞，形成較大的容身

29、。12（3）焊接速度在其他參數(shù)保持不變的情況下，熔深隨焊速度的增加而減小，焊接效率隨焊速度增加而提高，但速度過快會使熔深達(dá)不到焊接要求；速度過慢會導(dǎo)致材料過度熔化，焊縫過寬，熱影響區(qū)過熱，焊接熱裂紋傾向增大，。12（4）保護(hù)氣體鋁合金激光焊接傳統(tǒng)上采用Ar，N2，He 3種保護(hù)氣體，理論上He最輕且電力能最高，但是在較低功率、較高速度下，由于等離子體很弱，不同保護(hù)氣體差別很小。研究表明在在相同條件下，使用N2可較易誘導(dǎo)小孔，主要由于N2和鋁之間可發(fā)生放熱反應(yīng)，同時易形成氣孔，而采用惰性氣體保護(hù)，由于質(zhì)輕而逸出，不致造成氣孔。因此采用混合氣體保護(hù)效果較好。12結(jié)束語激光焊接技術(shù)是集激光技術(shù)、焊接

30、技術(shù)、自動化技術(shù)。材料技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)及產(chǎn)品設(shè)計為一體的綜合技術(shù)。工業(yè)的發(fā)展對焊接質(zhì)量提高了更高的要求。激光焊接易其高能量密度、深穿透、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中充分發(fā)揮了先進(jìn)、快速、靈活的加工特點(diǎn)，不僅在生產(chǎn)率方面高與傳統(tǒng)焊接方法，且焊接質(zhì)量也得到了明顯的提高。激光焊接技術(shù)發(fā)展的今天其取代電弧焊、電阻焊等傳統(tǒng)的焊接方法以不可逆轉(zhuǎn)。焊接用的激光器主要有三大類：YAG激光器、CO2激光器、光纖激光器。鋁合金激光焊接技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊接具有熱輸入小、能量密度高、熱影響區(qū)窄而熔深大、熱變形小、焊接接頭性能好及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因而日益等到廣泛應(yīng)用。但

31、是由于鋁合金具有良好的導(dǎo)熱性，對激光束的極高初始反射率及焊接工藝過程中禪城的等離子體對激光束屏蔽作用，使得焊件吸收光束能量困難，焊接過程不穩(wěn)定，同時還易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。激光焊接工藝參數(shù)受到很多因素的影響，而參數(shù)之間有互相影響，所以選擇焊接工藝參數(shù)必須全面綜合、辯證的考慮各挺像因素之間的關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)確定。隨著近年來大功率激光器的問世，焊接工藝參數(shù)將會進(jìn)一步優(yōu)化，焊接質(zhì)量也會相應(yīng)提高其應(yīng)用領(lǐng)域也會擴(kuò)大。焊接工藝參數(shù)對鋁合金激光焊接焊縫質(zhì)量因素的影響主要有四個方面（1）激光功率（2）離焦量的選取（3）焊接速度（4）保護(hù)氣體。鋁合金激光焊接的主要問題可以概括成6個方面：焊縫氣孔、焊接能量的耦

32、合、焊縫形成、應(yīng)力變形、接頭強(qiáng)度、焊接熱裂紋。鋁合金激光焊接時，普遍存在氣孔和熱裂紋的問題。其中氣孔的形成機(jī)理說法主要存在以下幾種：熔氫小孔；激光焊接是孔閉合塌陷以及工藝不穩(wěn)定因素所致氣孔；低熔點(diǎn)元素的蒸發(fā)導(dǎo)致的氣孔。減少鋁合金焊縫氣孔的有效措施之一就是掐斷焊接時的氫的提供源，如過徹底清除鋁合金母材和填充材料表面的氧化層，保持鋁合金表面充分的干燥，使用Ar等惰性氣體保護(hù)熔池表面。另外就是改善工藝方法如果激光附加電弧熱源焊接，減緩鋁合金焊縫熔池的凝固速度，使于氣體的析出。 對鋁合金激光焊接的吸收率問題可以采用以下方法：焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，激光器參數(shù)調(diào)整，采取適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)處理工藝。致謝 時光的流逝也許是

33、客觀的，然而流逝的快慢卻純是一種主觀的感受。當(dāng)自己終于可以從考研、找工作、畢業(yè)論文的壓力下解脫出來，長長地吁出一口氣時，我忽然間才意識到，原來大學(xué)四年快要過去，到了該告別的時候了。一念至此，竟有些恍惚，所謂白駒過隙、百代過客云云，想來便是這般惆悵了。 可是悵然之后，總要說些什么。大學(xué)四年，生活其實(shí)很簡單，只是一些讀書、寫字和考試的周而復(fù)始。如果把這種單調(diào)的生活看作一場場循環(huán)的演出，提供那么我只是一個安靜的演員。這篇畢業(yè)論文也稱不上什么精彩的臺詞，只不過是這種循環(huán)演出即將告一段落時的謝幕詞。但是無論多么蹩腳的演員，無論臺下有多少觀眾，即使是只說給自己聽，在他謝幕時也總要感激一些人，是這些人幫助他

34、走上舞臺，成功或者不那么成功地“演出”。課題的進(jìn)行和論文的寫是在導(dǎo)師陳芙蓉教授的悉心指導(dǎo)完成的。導(dǎo)師陳芙蓉教授的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。開闊的思路以及對生活的熱愛將令我終身難忘！非常感謝老師從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助，在此我向她表示我誠摯的謝意。同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。 其力格爾 2016年12月參考文獻(xiàn)1張文毓. 激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用J. 新技術(shù)新工藝, 2009, (01):48-51.2宋東風(fēng), 胡繩蓀, 馬力. 鋁合金激光焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀J. 電焊機(jī), 2004, 34(09):1-3. 3祁俊峰. 全鋁結(jié)構(gòu)船長甲板的CO_2激光焊接技術(shù)研究D. 北京工業(yè)大學(xué), 2008.4祁俊峰, 丁鵬, 張冬云