如何提高铝合金焊接加工工艺的技巧


铝合金具有良好的耐蚀性、导电性、导热性及高强度的特性，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到广泛应用。

随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时激光焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。提高铝合金焊接加工工艺的前提要熟悉铝合金的材料属性。


1铝合金材料本身的物理及化学特性

铝合金材料具有高反射性及高导热性，从微观电子结构来说，铝合金具有众多自由电子，密度非当大，当激光作用于此类电子时会产生强烈的震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波与较弱的透射波，因此，铝合表表面对激光具有较强的反射率而影响其对激光的吸收率，同时，由于电子的激烈的布朗运动会明显提高铝合金材料对热的传导。

国内对铝合金材料的激光焊接己经作了大量的研究，结果也证明了对铝合金材料的焊接需要在表面进行预处理，如喷砂处理，砂纸处理，表面化学浸蚀，表面镀，碳黑添加，氧化等均可以达到降低光束反射的作用，有效提高铝合金工件的对激光束的吸收率，另外，从焊接结构设计方面考虑，在铝合金表面人工制孔或采用光收集器形式接头，开V形波口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔) 方法，都可以增加铝合金对激光的吸收，获得较大的熔深，还可以利用合理设计焊接缝隙来增加铝合金表面对激光能量的吸收。

2小孔效应与等离子体对铝合金激光焊接的影响

在铝合金激光焊接过程中，小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率，焊接可以获得更多的能量，而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大，虽然这有助于小孔的形成，但等离子体的冷却作用（等离子体对能量的屏蔽和吸收，减少了激光对母材的能量输入）使得等离子体本身'过热'，却阻碍了小孔维持连续存在，容易产生气孔等焊接缺陷，从而影响焊接成形和接头的力学性能，所以小孔的诱导和稳定成为保证激光焊接质量的一个重点。

因为铝合金的高反射性和高导热性，要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制，因此可以通过控制工艺参数，选择确定激光功率保证合适的热输入量来获得稳定的焊接过程。另外，能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响。例如，激光焊接铝合金时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发生放热反应，生成 的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率。

3铝合金焊接产生的气孔问题

铝合金的种类有很多，其产生的气孔各有所不同，但通常都离不同以下几类气孔。

1) 保护气体产生的气孔。在高能激光焊接铝合金的过程中，由于熔池底部小孔前沿金属的强烈蒸发，使保护气体被卷入熔池形成气泡，当气泡来不及逸出而残留在固态铝合金中即成为气孔。

2) 小孔塌陷产生的气孔。在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸气压力时，小孔将不能维持稳定而塌陷，金属来不及填充就形成了孔洞。对减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷也有很多实际措施，如调整激光功率波形，减少小孔不稳定塌陷，改变光束焦点高度和倾斜照射，在焊接过程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近几年来，又出现了采用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的工艺，有不错的效果。

3) 氢气孔。铝合金在有氢的环境中熔化后，其内部的含氢量可达到0.69ml/100g以上。但凝固以后，其平衡状 态下的溶氢能力最多只有0.036ml/100g，两者相差近20倍。因此，在由液态向固态转变的过程中，液态铝中多余的氢气必定要析出。如果析出的氢不能顺利上浮逸出，就会聚集成气泡残留在固态铝合金成为气孔。

4铝合金裂纹问题

存在问题：铝合金属于典型的共晶合金，在激光焊接快速凝固下更容易产生热裂纹，焊缝金属结晶时在柱状晶 边界形成AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶是导致裂纹产生的原因。

解决方法：可以采用填丝或预置合金粉未等方法进行激光焊接。通过调整激光波形，控制热输入也可以减少结晶裂纹。

总之，铝合金激光焊接需要先了解材料本身的化学及物理特性，结合相关的技术要领，才能尽可能避免焊接时对工件材料的负面影响。铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域中扩大应用的关键技术之一，激光焊、激光--电弧复合焊、双光束激光焊等技术都是近年发展起来的铝合金焊接工艺，随着技术的进步发展，未来铝合金焊接的技术难点将会得到突破，铝合金的应用也会越来越广泛