portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">鋁合金具有高比強度、高疲勞強度以及良好的斷裂韌性和較低的裂紋擴展率，同時還具有優(you) 良的成形工藝性和良好的抗腐蝕性，在航空、航天、汽車、機械製造、船舶及化學工業(ye) 中已被大量應用。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">不過，鋁合金本身的特性使得其相關(guan) 的焊接技術麵臨(lin) 著一些亟待解決(jue) 的問題：表麵難熔的氧化膜、接頭軟化、易產(chan) 生氣孔、容易熱變形以及熱導率過大等。傳(chuan) 統的鋁合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工藝，雖然這兩(liang) 種焊接方式能量密度較大，焊接鋁合金時能獲得良好的接頭，但仍然存在熔透能力差、焊接變形大、生產(chan) 效率低等缺點，於(yu) 是人們(men) 開始尋求新的焊接方法，20世紀中後期激光技術逐漸開始應用於(yu) 工業(ye) 。歐洲空中客車公司生產(chan) 的A340飛機機身，就采用激光焊接技術取代原有的鉚接工藝，使機身的重量減輕18 %左右，製造成本降低了近25 %。德國奧迪公司A2和A8全鋁結構轎車也獲益於(yu) 鋁合金激光焊接技術的開發和應用。這些成功的事例大大促使對激光焊接鋁合金的研究，激光技術已經成為(wei) 了未來鋁合金焊接技術的主要發展方向。激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區小和焊接變形小等優(you) 點，使其在鋁合金焊接領域受到格外的重視。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">

二、鋁合金激光焊接的問題和對策

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;"> 

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">這一特點可以用鋁合金的微觀結構來解釋。由於(yu) 鋁合金中存在密度很大的自由電子，自由電子受到激光（強烈的電磁波）強迫震動而產(chan) 生次級電磁波，造成強烈的反射波和較弱的透射波，因而鋁合金表麵對激光具有較高的反射率和很小的吸收率。同時，自由電子的布朗運動受激而變得更為(wei) 劇烈，所以鋁合金也具有很高的導熱性。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">針對鋁合金對激光的高反射性，國內(nei) 外已作了大量研究，試驗結果表明，進行適當的表麵預處理如噴砂處理、砂紙打磨、表麵化學浸蝕、表麵鍍、石墨塗層、空氣爐中氧化等均可以降低光束反射，有效地增大鋁合金對光束能量的吸收。另外，從(cong) 焊接結構設計方麵考慮，在鋁合金表麵人工製孔或采用光收集器形式接頭，開V形坡口或采用拚焊(拚接間隙相當於(yu) 人工製孔) 方法，都可以增加鋁合金對激光的吸收，獲得較大的熔深。另外，還可以利用合理設計焊接縫隙來增加鋁合金表麵對激光能量的吸收。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;"> 

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">在鋁合金激光焊接過程中，小孔的出現可以大大提高材料對激光的吸收率，焊接可以獲得更多的能量，而鋁元素以及鋁合金中的Mg、Zn、Li沸點低、易蒸發且蒸汽壓大，雖然這有助於(yu) 小孔的形成，但等離子體(ti) 的冷卻作用（等離子體(ti) 對能量的屏蔽和吸收，減少了激光對母材的能量輸入）使得等離子體(ti) 本身“過熱”，卻阻礙了小孔維持連續存在，容易產(chan) 生氣孔等焊接缺陷，從(cong) 而影響焊接成形和接頭的力學性能，所以小孔的誘導和穩定成為(wei) 保證激光焊接質量的一個(ge) 重點。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">由於(yu) 鋁合金的高反射性和高導熱性，要誘導小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。由於(yu) 能量密度閾值的高低本質上受其合金成分的控製，因此可以通過控製工藝參數，選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量，來獲得穩定的焊接過程。另外，能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體(ti) 種類的影響。例如，激光焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔，而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為(wei) N2和Al之間可發生放熱反應，生成的Al-N-O 三元化合物提高了對激光吸收率。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;"> 

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">鋁合金種類不同，產(chan) 生的氣孔類型也不同。一般認為(wei) ，鋁合金在焊接過程中產(chan) 生以下幾類氣孔。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">1) 氫氣孔。鋁合金在有氫的環境中熔化後，其內(nei) 部的含氫量可達到0.69ml/100g以上。但凝固以後，其平衡狀態下的溶氫能力最多隻有0.036ml/100g，兩(liang) 者相差近20倍。因此，在由液態向固態轉變的過程中，液態鋁中多餘(yu) 的氫氣必定要析出。如果析出的氫不能順利上浮逸出，就會(hui) 聚集成氣泡殘留在固態鋁合金成為(wei) 氣孔。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">2) 保護氣體(ti) 產(chan) 生的氣孔。在高能激光焊接鋁合金的過程中，由於(yu) 熔池底部小孔前沿金屬的強烈蒸發，使保護氣體(ti) 被卷入熔池形成氣泡，當氣泡來不及逸出而殘留在固態鋁合金中即成為(wei) 氣孔。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">3) 小孔塌陷產(chan) 生的氣孔。在激光焊接過程中，當表麵張力大於(yu) 蒸氣壓力時，小孔將不能維持穩定而塌陷，金屬來不及填充就形成了孔洞。對減少或避免鋁合金激光焊接中的氣孔缺陷也有很多實際措施，如調整激光功率波形，減少小孔不穩定塌陷，改變光束焦點高度和傾(qing) 斜照射，在焊接過程時施加電磁經場作用以及在真空中進行焊接等。近幾年來，又出現了采用填絲(si) 或預置合金粉未、複合熱源和雙焦點技術來減少氣孔產(chan) 生的工藝，有不錯的效果。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;"> 

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">鋁合金屬於(yu) 典型的共晶合金，在激光焊接快速凝固下更容易產(chan) 生熱裂紋，焊縫金屬結晶時在柱狀晶邊界形成AL-Si或Mg-Si等低熔點共晶是導致裂紋產(chan) 生的原因。為(wei) 減少熱裂紋，可以采用填絲(si) 或預置合金粉未等方法進行激光焊接。通過調整激光波形，控製熱輸入也可以減少結晶裂紋。

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三、鋁合金激光焊接的發展前景

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">鋁合金激光焊接最為(wei) 人引人關(guan) 注的特點是其高效率，而要充分發揮這種高效率就是把它運用到大厚度深熔焊接中。因此，研究和使用大功率激光器進行大厚度深熔焊接將是未來發展的必然趨勢。大厚度深熔焊更加突出了小孔現象及對焊縫氣孔的影響，因此小孔形成機理及控製變得更加，它必將成為(wei) 業(ye) 界共同關(guan) 心和研究的熱點問題。

portant; font-family: "Microsoft yahei", 微軟雅黑 !important; text-align: justify;">改善激光焊接過程的穩定性和焊縫成形、提高焊接質量是人們(men) 追求的目標。因此，激光-電弧複合工藝、填絲(si) 激光焊接、預置粉未激光焊接、雙焦點技術以及光束整形等新技術將會(hui) 得到進一步完善和發展。