铝合金激光焊接技术的应用与发展(NS331／H耐腐蚀合金03310)

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1、铝合金激光焊接技术的应用与发展

2、NS331／H03310耐腐蚀合金

铝合金激光焊接技术的应用与发展

铝合金激光焊接的特点，由于激光深熔焊本身的优点，激光焊接铝合金在国外引起了广泛的关注，已成为航空航天、车辆、船舶等运输工具的结构制造技术，特别是光纤激光和Disc然而，激光等新型高亮度大功率基础进一步拓展了铝合金激光焊接结构的应用前景。

由于铝合金的特点，大功率激光焊接的应用仍有许多问题需要深入研究。主要问题是控制焊缝孔隙缺陷，提高焊接质量。铝合金激光焊缝孔工程控制应综合考虑焊接前和焊接。

为了提高焊接过程的稳定性，在实际工程应用中衍生出了许多新技术和新工艺，如焊前激光清洗、焊接工艺参数背宽比控制优化、双光束、大功率激光、（7）焊后复合处理技术。

即使焊接前进行严格的表面处理，焊接过程稳定性好，铝合金激光焊接也不可避免地产生焊接孔，因此采用焊接后处理消除孔是非常重要的，该方法主要是修改焊接，热静压技术是铝合金铸件消除内部孔和松方法，结合铝合金激光焊接后应力热处理。

形成铝合金激光焊接构件热静压和热处理复合工艺，消除焊缝孔，提高接头性能，（4）激光电弧复合焊接，激光电弧复合焊接是激光和电弧作用于同一熔池焊接，一般以激光为主要热源，利用激光与电弧的相互作用。

提高激光焊接深度和焊接速度，降低焊接接的熔深和焊接速度，降低焊接装配精度，调节焊接接头的组织性能，提高激光焊接孔的稳定性，有利于降低焊缝孔。

电弧影响激光过程诱发的金属蒸汽/等离子体云，有利于材料对激光能量的吸收和孔隙的稳定性。铝合金激光电弧复合焊缝的研究结果也证实了其效果。为了实现轻量化制造，在船舶和高速列车的结构制造中。

激光焊接在铝合金三明治结构中的应用和研究是目前的研究热点。英国焊接研究所是日本高铁制造商Nippon Sha，采用3mm厚的AA6063轧板采用光纤激光电弧复合焊接实现各种形式的接头焊接，其中激光器为IPG 10 kW填充材料为光纤激光ER5356 焊丝，焊接激光功率为4~5kW，AlCAN-Transrapid铝合金高速列车。

采用功率为4kW的YAG 焊接速度为5的激光m/min，焊缝长度达20m，铝合金是航空航天结构的重要金属结构材料，因此在日本、美国、英国、德国等发达**非常重视铝合金，英国焊接研究所成功使用了4kW的Nd:YAG激光填。

采用直径为1.2mm的ER2319 铝合金焊丝焊丝质量好，焊接变形小于TIG 焊，Gobbi研究机翼下的铝合金油箱CO激光，接头气孔严重。

采用YAG激光焊接可获得高质量的焊接接头、空客公司和BIAS、Fraunhofer经过10年的研究，2003年在德国和法国的航空公交部件中努力学习，焊接速度为4~10m/min，焊接铆接结构将减轻飞机近20%的机身重量，降低约20%的制造成本，已应用在A318、A380和A如图2所示，340系列飞机壁板。

也将在未来应用A350飞机壁板焊接时，壁板数量将达到18块，焊缝总长度将达到1万块m，随着光纤激光焊接技术的发展，光纤激光焊接和激光电在先进**的航空制造领域，特别是厚板焊接和异种金属焊接，如美国NALI民机和项目JSF飞机发动机燃烧室。

在大功率激光的作用下，铝合金激光深熔焊缝的主要缺陷是气孔、表面坍塌和咬边，表面坍塌和咬边缺陷可通过激光填充线焊接或激光电，焊缝气孔缺陷控制困难。现有研究结果表明，铝合金激光深熔焊有两个特点，一个是冶金气孔，就像电弧熔焊一样，氢气孔是由材料污染或空气侵入引起的。

另一种是工艺孔，是由于激光熔焊过程中固有孔的不稳定波动引起的。在激光深熔焊过程中，由于液体金属的粘附作用，孔的直径和深度往往滞后于光束的运动受等离子体/金属蒸汽的影响而波动。

未熔化深熔焊接由于熔池金属流闭合在小孔**，全熔化深熔焊接在小孔中腰部，气泡随液体金属流动迁移、滚动，或逃离熔池表面，或推回小孔，当气泡凝固时，被金属前沿俘获，成为焊缝孔，显然冶金孔主要依靠焊接表面处理控制和合理的焊接工艺。

工艺孔的关键是保证激光深熔焊工艺孔的稳定性。根据国内激光焊接技术的研究，铝合金激光深熔焊孔的控制应综合考虑焊接前和焊接。综上所述，有以下新技术和新技术。激光焊接是通过激光与金属之间的热耦合，将高强度激光辐射到金属表面，使金属熔化并冷却结晶形状，激光焊接的热作用机制可分为热导焊和深熔焊。

前者主要用于精密零件的包装焊接或微纳焊接，后者在焊接过程中经常产生类似于电子束焊接的小孔效应，形成宽度较大的焊缝。激光深熔焊需要高激光功率。目前，激光深熔焊主要有四种大功率激光。

其特点如表1所示，（3）双光点激光焊接，双光点激光焊接是指两束聚焦激光束同时作用于同一熔池，在激光深熔焊接过程中，由于两束光源的作用，立即关闭熔池中的气体。

小孔开口大，有利于内部金属蒸气的逸出，也有利于小孔的稳定性，从而减少焊缝气孔A356、AA5083、2024 和5A随着材料技术的发展，不断推出各种高强度高韧铝合金。

特别是第三代铝锂合金和新型高强度铝合金的出现，对铝合金激光焊接技术提出了越来越高的要求。同时，铝合金的多样性也带来了各种新的激光焊接问题。因此，为了更有效地扩大铝合金激光焊接结构的应用潜力，必须深入研究这些问题，高强度铝合金具有较高的比强度和刚度，良好的耐腐蚀性、加工性和机械性能已成为航空航天、船舶等载运领域不可或缺的结构轻量化制造。

其中，飞机应用更广泛，焊接技术正在提高结构材料利用率，降低结构重量，实现复合，铝合金激光焊接技术是热点，（5） 激光深熔焊过程中的小孔效应源于激光作用下金属产生强。

金属蒸汽力与激光功率密度和束流质量密切相关，不仅影响激光焊接的熔深，还影响小孔的稳定性，Seiji，等对SUS304不锈钢大功率光纤激光研究表明：高速。

抑制飞溅，小孔波动稳定，小孔**无气泡，当光纤激光用于钛合金、铝合金高速焊接时，也可获得无气孔焊缝，Allen 钛合金光纤激光焊接保护气体控制技术可防止气体卷入。

减少孔闭合时间，稳定焊接孔，改变熔池的凝固行为，减少焊缝孔，图1 德国高端汽车，如大功率激光器的发展，Audi、Golf、Passat从1999年开始，该技术已扩展到汽车底盘和车身。

此外，基于激光焊接和激光电弧复合焊接技术的综合利用，激光焊接技术已成为汽车制造的标准化工艺。

宝马和通用汽车在车顶、车身、侧框等钣金结构上采用激光焊接，而德国奔驰分别采用激光焊接传动部件Al-Mg系、Al-Mg-Si系及Al-M，随着铝合金厚板激光焊接技术的发展，我国一些汽车制造商在一些新车型中采用了激光焊接，装甲车结构将用于激光焊接，CO2气体激光的工作介质是CO2气体。

输出10.6μm根据激光激发结构，波长激光分为横流和轴流CO虽然激光输出功率已到150kW，但光束质量差，不适合焊接，轴流CO激光具有良好的光束质量。

可用于激光反射率高的铝合金焊接，商用激光功率也达到25kW，A318飞机铝合金下壁板采用CO与传统的熔化焊接相比，铝合金激光焊接加热集中，焊缝深宽比大，焊接结构变形，但也存在一些缺陷。综上所述：（1）激光聚焦点直径小，导致工件焊接。

通常，装配间隙和错边量应小于0.1mm或者板厚的10%增加了复杂三维焊缝焊接结构的实施难度。(2)由于铝合金在室温下对激光的反射率高达90%，铝合金激光深熔焊接要求激光器具有较高的功率。铝合金薄板激光焊接研究表明，铝合金激光深熔焊接取决于，激光功率密度和线能共同制约焊接过程中的熔池行为，更终体现焊缝的成型特性。

对于全熔焊缝的工艺优化，可通过焊缝成型特性参数背宽，铝合金熔点低，液体金属流动性好，在大功率激光的作用下产生强烈的金属蒸汽，并伴随着焊接过程中小孔效应形成的金属蒸汽/ 光致等。

导致深熔焊工艺不稳定，焊缝容易产生气孔、表面坍塌、咬边等缺陷。(4)激光焊接加热冷却速度快，焊缝硬度高于电弧，但由于铝合金激光焊接，合金元

铝合金焊纪90年代以来，铝合金激光焊接的主要问题是控制焊缝缺陷，改善焊接，从而降低铝合金焊接接头的强度。

随着科学技术的发展和大功率高亮度激光器的出现，激光焊接技术的集成、智能、灵活、多样化越来越多样化。激光焊接光束的能量密度可达109W/cm2、加热集中，热损伤小，焊缝深宽比大，焊接变形，焊接过程易于集成、自动化和灵活。

可实现无真空环境的高速高精度焊接，不产生焊接过程X-ray，特别适用于复杂结构的高精度焊接，该技术在工业中所占比例已成为衡量一个**工业加工水，如空客A380飞机和奥迪A因此，激光焊接是铝合金焊接技术的重要发展方向。

（6） 与连续激光焊接相比，激光输出采用脉动输出，可促进熔池循环稳定流动，有利于熔池气泡逸出，减少焊缝气孔，T Y Kuo和S L Jeng研究了YAG 激光，对SUS 304L不锈钢和inconel 690高。

基值功率为1700w随脉冲幅值而来ΔP焊缝气孔增加，不锈钢气孔率降低2.1% 高温合金的气孔率降至0.5%，7.1% 降至 0.5%。

（1）焊接前处理方法，焊接前表面处理是控制铝合金激光焊缝冶金孔的有效方法，通常表面处理方法有物理机械清洗、化学清洗，近年来激光冲击清洗，进一步提高激光焊接自动化程度，YAG固体激光工作介质为红宝石、钕玻璃、钕铝石，输出波长为1.06μm的激光，YAG激光比CO金属更容易吸收激光。

受等离子体影响较小，光纤传输，焊接操作灵活，焊接位置可达性好，是铝合金结构焊接的主要激光器，光泵浦Nd:YAG泵浦灯在高功率运行时输送固体激光。

受等离子体影响较小，光纤传输，焊接操作灵活，焊接位置可达性好，是铝合金结构焊接的主要激光器，光泵浦Nd:YAG泵浦灯在高功率运行时输送固体激光。

　　造成激光腔温度升高、导致激光热透镜效应，使得YAG激光功率和光电能量转化效率低，近年来以半导体泵浦、激光泵浦代替光泵浦固体激光器，不仅光束质量得到改善，