铝合金激光焊接工艺及其应用

张岩

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摘要：在工业生产领域中，铝合金的产量仅次于钢铁的产量。因此，行业研究人员应加强对铝合金激光焊接工艺的研究，致力于完善、改善气孔、热裂缝以及软化等问题，不断完善发展激光焊接工艺，以为我国制造业发展提供有力的技术保障。基于此，本文对铝合金焊接技术的特点以及铝合金激光焊接工艺及其应用进行了分析。

关键词：铝合金；焊接工艺；焊接性能

铝合金本身由于抗腐蚀性强，导热导电性好以及耐低温等诸多优势在工业中被广泛应用。但同时，铝合金也存在一定缺陷，即焊接困难。而激光焊接等新兴技术的出现则为该问题的解决提供了新思路。相较于传统焊接工艺，激光焊接工艺焊接过程自动进行，且热输入量小，因而比较符合铝合金自身属性。加强对激光焊接工艺的研究，对于满足各行各业发展需求具有重要意义。

1铝合金焊接技术的特点

铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀等特点。这些特点与其物理性质息息相关，由于这些优点，使得铝合金焊接技术具有广阔的应用空间和发展前景。

1.1抗氧化

铝合金焊接的过程中，会达到铝的熔点，表面铝金属融化，由于金属铝极易氧化，在已经融化的铝金属即将滴落时，铝金属会和空气中的氧气迅速结合，形成致密的氧化铝薄膜，附着在金属表面，阻止内部已融化的铝金属进一步低落。此时，若是想要进一步进行铝合金的焊接过程，就要换用功率更大的焊接仪器，采用大功率密度的焊接工艺。

1.2熔点

铝合金的熔点高，很稳定，在焊接的过程中，能够起到吸潮的作用。但同时，焊接的过程中，铝金属的表面极易产生气泡等缺陷，所以在焊接的过程中要注意随时清除铝合金表面的氧化铝薄膜，防止气泡影响到最终的产品质量。

1.3热导率

铝合金的热导率较大，通常情况下，铝合金的热导率约为钢的4倍，所以在铝合金的焊接过程中，在相同焊接速度的条件下，铝合金的焊接技术需要更高的热输入，具体热输入约为钢材料的二到四倍。

2 铝合金激光焊接工艺及其应用

2.1 铝合金材料焊接填充

焊接速度是铝合金焊接工艺中较难掌控的一点。焊接速度高有助于降低气孔的产生，同时也可以提升工艺效率。但与此同时，更快的焊接速度也容易加剧热裂纹的产生，因而如何在效率与质量之间求取平衡是我们应重点关注的问题。当前，有研究学者指出，填充材料的方式可以降低热裂纹现象发生的概率。其原理在于填充材料（一般为B、Ta等）在焊接过程中会形成熔点高的金属化合物，该种物质可以有效避免热裂纹的产生。但与此同时，填充材料成本较高，且会加大工艺难度，因而并非完美的解决方案。此外，也有科学家发现，调整焊接金属成分或者点焊时控制热输入等方式也可以抑制结晶裂，从而减少热裂纹。总而言之，目前对于热裂纹并没有完美的解决方案，但对于如何应对、减少热裂纹却有较多可行措施，对于铝合金激光焊接工艺的研究有待进一步完善与发展。

2.2 激光-电弧复合焊技术

激光焊接铝合金焊接技术的优点有非常对，在铝合金焊接中有很大的优势，但是在使用过程中，还是有很大程度的局限性，其中，我们需要耗费极大的成本，接头间的空隙的允许度不能很好地控制，整个公祖顺序要求严格，很难上手。为了更好地，弥补这些缺陷，相关技术人员使用了激光-电弧复合焊接技术。激光-电弧复合焊接技术其中是将激光与TIG电弧、MIG电弧、等离子体进行复合。这一焊接技术主要是有德国以及日本等相关技术比较发达的国家进行重点研究，主要应用与汽车行业，目前大众汽车公司的Phaeton前门使用的就是激光-电弧复合焊接技术，前门上面有48处激光-MIG焊道，同时汽车行业还利用这一技术进行车体以及轮轴的焊接作业。

目前，国内对于这一新兴技术的研究还处在起步阶段，并没有很深入的进行技术研究。铝合金激光-电弧复合技术在激光焊接功率、铝合金表面的激光光束吸收情况、深熔焊的阈值很大程度的弥补了激光焊接的不足之处，这充分显示了激光-电弧复合技术的很大的发展前景。目前，激光-电弧复合技术还处在一个发展阶段，相较于激光焊接技术还不是很成熟，发展还不全面。激光-电弧复合焊接技术就是将激光与电弧焊接技术相结合进行铝合金的焊接，通过两种技术的相互作用，相互影响，弥补单一技术的不足，更好的进行铝合金焊接，同时提高焊接的工作效率。目前，激光-电弧焊接技术主要有两个效应：一、能量密度的提高保障了很好的焊接速度。二、同一个焊接区域接受两个热源的叠加效果。这样在很大程度上就成为了焊接技术的优势，很好的保障了这一技术之后的发展与应用。

2.3 热裂纹产生的过程及其机理

焊接过程可以说是一种矛盾的工艺加工过程，在其焊接作业过程中许多不平衡的工艺综合杂糅到一起，故而造成了焊接接头、金属冶金、及力学作用的综合表现。换言之，铝合金在焊接工艺下的冶金过程属于物理、化学及材料组织上的综合反应过程，其中夹杂着熔渣、气体成分等。所有这些现象发生，都会存在着裂纹的形成动机，但去裂纹型号曾最为紧密关联的则属于冶金因素。事实上，从力学角度来看，焊接工艺属于热循环状态，在这种状态下其共同存在着温度梯度变化与对应的冷却速度变化，焊件在一定作业条件下其接头始终保持应力到应变的这一变化形态，所以则为裂纹的形成提供了契机与必要条件。

因此，在焊接过程中，要控制冶金因素及力学应力变化过程下所出现的裂纹缺陷，应能考虑金属材料的强化与弱化关系。比如，在冷却时期，焊接接头属于一种对外建立的强度联系。如果，此时在作业条件下保持其能够顺从应力变化，使其焊缝和焊缝区的材料工件能够承受其内在应力与残存应力，就不会造成裂纹出现。反之，当工件不能承受其应力变化作用时，其材料强度联系就会中断，故而促成裂纹缺陷发生。同样，随着温度的逐渐冷却，冶金及力学因素也会对应发生改变，在不同温度区域内其接头金属表现的强度也不同，比如结晶温度区间较大，且固相线温度低时，其晶粒间在残存的低溶液态金属处则更容易造成应力集中，致使其出现固相金属裂纹。因此，针对于此，实际焊接合金材料时应能综合考虑接头裂纹缺陷形成条件等，以选用适宜的焊接工艺及材料。

2.4 石油管道

铝合金激光焊接工艺在石油管道方面也具有重要作用。铝合金石油管道能够增加管道直径，提升管壁厚度，因而提升了管道相同时间内的输油量，大大提升了输油效率。与此同时，铝合金激光焊接工艺在焊接过程中，不仅成功率高，几乎可以一次成型，同时成型的铝合金石油管道的质量也有所保障。石油输送本身属于危险行为，一旦发生泄漏便会对周边环境造成较大影响，导致环境污染、人员损失惨重，因而高质量的铝合金石油管道更有助于降低石油输送风险，提升经济效益。

3 结束语

基于铝合金自有的焊接优越性能存在，所以在各领域中得到的广为应用。并且，随着如今焊接工艺技术的持续发展与快速进步，铝合金的焊接构件使用需求也越来越大。基于此，在采用铝合金材料完成焊接工艺时应能考虑必要的气路保护、焊前清洗等准备工作，并要重点知晓焊接接头裂缝形成特征及原理参数等，以此才能避免铝合金焊接气孔等缺陷裂纹发生。

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