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铝合金的激光焊接

铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。

激光焊接铝合金有以下优点:

①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;

②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好;

③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本;

④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线;

⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接;

⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。

现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。

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以下四个方面是在铝合金焊接时需要重点考虑的四个方面：1.应该采用什么工艺才能更好地焊接铝及其合金?

随着铝合金在更多行业的使用量日益增加，制造商需要斟酌及改进这些材料的连接方法，并能够实现在不影响生产率的前提下地提高产品质量。

钨极弧焊通常是可以提供高质量焊缝的焊接方法。该方法使用非消耗性的钨电极进行集体金属的熔化。根据母材和用途的不同，焊接时可以选择添加焊接材料。使用钨极弧焊尽心焊接时，焊接材料是独立添加的，这样就不会涉及到电弧作用下的熔滴过渡过程。不转移任何金属横跨电弧。在焊接过程中采取适当的工艺并且在焊前进行合理的清洗通常会获得孔隙率较低的焊接接头。钨极弧焊还有热输入低、焊缝表面光滑美观、无飞溅、低等特点。正是由于钨极弧焊有这些优势，使得该方法在对焊接质量要求极高的航空工业领域大受推崇。但是钨极弧焊也有其自身的缺点，那就是其金属熔覆效率较低，并且焊接速度较慢，难以适应的生产节奏。

铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用

氦气或氦混合气体保护， 采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接 下，可不需要“阴极清理”。

铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著， 高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。