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鋁合金激光焊接機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

       隨著激光技術(shù)和鋁合金研制技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步開展鋁合金激光焊接應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)研究、開發(fā)鋁合金激光焊接新工藝，更有效地拓展鋁合金激光焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力，從而了解鋁合金激光焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢就顯得尤為重要。

　　高強(qiáng)鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學(xué)性能,已成為航空航天、艦船等載運(yùn)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化制造不可或缺的金屬材料，其中飛機(jī)應(yīng)用最多。焊接技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜及異種材料整體結(jié)構(gòu)低成本制造方面獨(dú)具優(yōu)勢，其中鋁合金激光焊接技術(shù)是倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　與其他焊接方法相比，激光焊接光束能量密度可達(dá)109W/cm2，同時具有加熱集中、熱損傷小、焊縫深寬比大、焊接變形小等優(yōu)勢，焊接過程易于集成化、自動化、柔性化，可實(shí)現(xiàn)高速高精度焊接，并且焊接過程無需真空環(huán)境，不產(chǎn)生X-ray，特別適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度焊接。該技術(shù)在工業(yè)中所占比重已成為衡量一個國家工業(yè)加工水平高低的重要標(biāo)志。如空客A380飛機(jī)和奧迪A8車就以激光焊接鋁合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用作為其先進(jìn)性的標(biāo)志。因此，激光焊接是鋁合金焊接技術(shù)的重要發(fā)展方向。

　　隨著材料技術(shù)的發(fā)展，各種高強(qiáng)高韌鋁合金不斷推出，尤其是第三代鋁鋰合金、新型高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，對鋁合金激光焊接技術(shù)提出了更多更高的要求，同時鋁合金的多樣性也帶來了各種各樣的激光焊接新問題，所以必須深入研究這些問題，才能更有效地拓展鋁合金激光焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力。
 

　　大功率激光器

　　激光焊接是將高強(qiáng)度激光輻射至金屬表面，通過激光與金屬間熱力耦合作用使金屬熔化再冷卻結(jié)晶形成焊縫的技術(shù)。根據(jù)激光焊接的熱作用機(jī)制可分為熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種，前者主要應(yīng)用于精密零件的封裝焊接或微納焊接；后者在焊接過程中往往產(chǎn)生類似于電子束焊接的小孔效應(yīng)，形成深寬比較大的焊縫。激光深熔焊接實(shí)現(xiàn)需要的激光功率高，該技術(shù)目前應(yīng)用于激光深熔焊接的大功率激光主要有3種類型：

一、CO2氣體激光的工作介質(zhì)為CO2氣體，輸出10.6μm波長激光，按激光激發(fā)結(jié)構(gòu)形式分為橫流和軸流兩種。
二、YAG固體激光工作介質(zhì)是紅寶石、釹玻璃和摻釹釔鋁石榴石等，輸出波長為1.06μm的激光
三、YLR光纖激光是2002年以后發(fā)展起來的新型激光器，以光纖為基質(zhì)材料，摻雜不同的稀土離子，輸出波長范圍在1.08μm左右，也是光纖傳輸。

鋁合金激光焊接機(jī)的特點(diǎn)

　　與常規(guī)熔化焊相比，鋁合金激光焊接加熱集中、焊縫深寬比大、焊接結(jié)構(gòu)變形小，但是也存在一些不足，歸納起來有：

（1）激光聚焦光斑直徑細(xì)小導(dǎo)致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙、錯邊量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有復(fù)雜三維焊縫焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度；

（2）由于室溫條件下鋁合金對激光的反射率高達(dá)90%，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率。鋁合金薄板激光焊接研究表明：鋁合金激光深熔焊接取決于激光功率密度和線能量雙閾值，激光功率密度和線能量共同制約著焊接過程的熔池行為，并最終體現(xiàn)到焊縫的成形特征上，對于全熔透焊縫的工藝優(yōu)化可通過焊縫成形特征參量背寬比進(jìn)行評價；

（3）鋁合金熔點(diǎn)低，液體金屬流動性好，在大功率激光作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的金屬汽化，在焊接過程中伴隨小孔效應(yīng)所形成的金屬蒸汽/光致等離子體云影響鋁合金對激光能量的吸收，導(dǎo)致深熔焊接過程不穩(wěn)定，焊縫易于產(chǎn)生氣孔、表面塌陷、咬邊等缺陷；

（4）激光焊接加熱冷卻速度快，焊縫硬度比電弧的高，但由于鋁合金激光焊接存在合金元素?zé)龘p，影響合金強(qiáng)化作用，鋁合金焊縫仍然存在軟化問題，從而降低鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度。因此鋁合金激光焊接的主要問題是控制焊縫缺陷和提高焊接接頭性能。

文章來自于佛山中恒三禾：http://yumianzhiye.com/gwb.html