鋁及鋁合金是目前製造業(ye) 領域應用最為(wei) 廣泛的有色金屬材料，在重工製造、裝修建材、食品機械、船舶機械以及新能源動力電池等領域均有大量的應用。與(yu) 此同時，由於(yu) 不同係列鋁合金焊接性能差異較大，焊接難度大，成為(wei) 其進一步發展的瓶頸。為(wei) 解決(jue) 這些難點，越來越多的技術人員投入到這項領域的研究當中，也不斷有新的技術工藝麵世，為(wei) 鋁合金應用的進一步發展提供了更多可能。

鋁及鋁合金的焊接之所以成為(wei) 難點，主要還是因為(wei) 其自身的性能。鋁合金成分複雜，除一係工業(ye) 純鋁以外，其他各係列鋁合金均摻雜大量其他金屬及非金屬成分。這些金屬及非金屬元素的物理及化學性能與(yu) 鋁本身差異較大，在焊接過程中易出現氣孔、裂紋以及焊縫處力學性能差等焊接缺陷。對於(yu) 激光焊接來說，鋁及鋁合金屬於(yu) 高反材料，如何提高其對激光的吸收率以及防止反光損傷(shang) 激光器成為(wei) 亟待解決(jue) 的問題。針對鋁合金存在的焊接難點，各大激光器廠商及集成商也都在各自的領域推出各種方式來加以解決(jue) 。

激光器改善

抗高反

鋁及鋁合金材料屬於(yu) 高反材料，對於(yu) 1080nm波長激光吸收率不高，影響加工過程的穩定性，特別是在焊接過程中，會(hui) 存在更高的回返現象，常常因為(wei) 高反導致激光器壽命降低，甚至導致泵源燒毀。近幾年來，各激光器廠商對此都投入了大量的精力來解決(jue) 這一問題，有從(cong) 內(nei) 部光閘入手，安裝回返光隔離器（圖1），也有從(cong) QBH頭入手，從(cong) 源頭剝離回返光。目前這些解決(jue) 方案都已經取得了不錯的實際使用效果，從(cong) 這一點來說，未來可期。

圖1 回返光隔離器

光束可調

各激光器廠商從(cong) 光束著手，推出了光束可調技術，具有代表性的是IPG的AMB激光器（產(chan) 生的光束如圖2所示）和Nlight的Corona激光器。通過調節光束模式，產(chan) 生一個(ge) 更大更穩定的匙孔，環形光束（圖3）使材料軟化，並朝熔池底部偏轉，減少焊接飛濺及氣孔，有效提升了鋁合金材質的焊接質量與(yu) 效率。

圖2 AMB光束可調

圖3 Corona環形光斑

藍光激光器

由於(yu) 銅鋁等高反材質對紅外波段的吸收差，激光焊接時會(hui) 產(chan) 生大量飛濺，就不得不在焊接後再清潔零件，但是相比紅外波段，銅鋁材質對於(yu) 藍光的吸收更高，幾乎是紅外波段的十倍，藍光激光器可在更低的功率下焊接，並保持焊接的清潔度，因此各激光器廠商也紛紛推出了藍光激光器麵向市場。

焊接工藝改善

在激光器廠商從(cong) 光束方麵解決(jue) 問題的同時，眾(zhong) 多激光焊接集成商也紛紛推出各自的工藝來麵向市場。

擺動焊接

搖擺焊接模式是指采用激光專(zhuan) 用搖擺焊接頭對光束進行擺動（圖4），使光束加工範圍變大，對焊縫寬度有更好的容忍度，提升焊接質量。

圖4 光束擺動方式

采用搖擺模式焊接鋁合金產(chan) 品，通過光束的攪拌，可以更好地讓氣體(ti) 逃逸出去，減少氣孔，從(cong) 而改善焊接接頭的組織性能，如圖5所示。

圖5 焊接接頭組織性能對比

雙波長激光焊接

複合光源焊接金屬材料時，主光源光纖激光針對母材進行深熔焊，半導體(ti) 激光作為(wei) 次波段光源同步預熱材料並增加其熔融狀態的時間，有助於(yu) 抑製焊接熱裂紋和焊接內(nei) 部氣孔的產(chan) 生，同時提高焊接小孔的穩定性，如圖6所示。另外，半導體(ti) 激光能夠大大增加母材對激光的吸收率，在銅鋁等高反材料的焊接上具有很大優(you) 勢。

圖6 單光源與(yu) 複合光源焊接接頭組織性能對比

激光-MIG複合焊接

對於(yu) 鋁合金厚板的焊接，采用單一激光作為(wei) 熱源很難達到理想效果，目前行業(ye) 企業(ye) 基本上采用傳(chuan) 統電弧焊的焊接方式，需要開坡口，多層多道焊接，生產(chan) 效率低下，工作強度大，焊接變形大，難以保證焊縫質量。鍇軼激光與(yu) 林肯電氣共同推出的激光-MIG電弧複合焊接（圖7）則很好地解決(jue) 了這一痛點。

圖7 激光-MIG複合焊接

激光-MIG複合焊接具有焊接熔深大、焊接強度高的特點。單一的激光焊接由於(yu) 焊接光斑小，功率密度高，對產(chan) 品間隙及位置度要求較為(wei) 敏感，而激光-MIG複合焊接對間隙及位置度誤差在1.6mm以內(nei) 時的包容度非常好，降低了裝配精度要求，也降低了生產(chan) 成本。與(yu) 此同時，激光與(yu) 電弧之間的相互配合，也實現了互惠互利。激光通過壓縮電弧，對電弧起到了穩定的作用，即使在高速焊接狀態下，也可以保持穩定的電弧狀態。而電弧也促進了激光能量的吸收，在同等功率的情況下，可以得到更深的熔深。在焊接速度提升的同時，焊接變形量最高可降低60%，節約了80%的工時，激光-MIG複合焊接的焊接效果如圖8所示。隨著工業(ye) 級激光器輸出功率的逐步增大，大功率激光-MIG複合焊接也將應用於(yu) 更多更厚的產(chan) 品中去。

圖8 激光-MIG複合焊接效果

越來越多的解決(jue) 方案不斷攻克了鋁合金的焊接難點，但沒有哪種焊接方式是完美普適的，針對不同的焊接需求，未來的發展一定是多元化、個(ge) 性化的。鋁合金的完美焊接還有多遠？目前還找不到答案，每一次的技術進步都需要激光焊接從(cong) 業(ye) 者們(men) 持續不斷地探索。

李祥增

作者簡介：李祥增，高級工程師，焊接事業(ye) 部工藝經理，主要從(cong) 事激光焊接工藝研發工作。