激光焊接铝合金可实现高速高精度焊接的焊接效果

前言：

目前，我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术，随着铝合金厚板激光焊接技术的发展，激光焊接未来也将应用于装甲车结构。

此外，高强铝合金具有较高的比强度、比刚度，良好的耐腐蚀性能、加工性能和力学性能，已成为航空航天、舰船等载运领域结构轻量化制造不可或缺的金属材料，焊接技术在提高结构材料利用率、减轻结构重量、实现复杂及异种材料整体结构低成本制造方面独具优势。为了实现轻量化制造，在航空航天、舰船和高速列车结构制造中，铝合金三明治结构的激光焊接应用也将拥有广阔的发展前景。

1 激光焊接铝合金会出现哪些问题？ 哪些激光器适合焊接铝合金？

总体来说，市场上主要有三种激光器适用于激光焊接铝合金，分别为CO2气体激光器，YAG固体激光器，光纤激光器。

CO2气体激光器，工作介质为CO2气体，输出10.6μm波长激光，按激光激发结构形式分为横流和轴流两种。横流CO2激光输出功率虽已达150kW，但光束质量较差，不适合焊接；轴流CO2激光具有较好的光束质量，可用于对激光反射率高的铝合金焊接。

YAG固体激光器，工作介质是红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石等，输出波长为1.06μm的激光。激光比CO2激光更易于被金属吸收，并且受等离子体影响较小，为光纤传输，焊接操作灵活，焊缝位置可达性好，是目前铝合金结构焊接的主要激光器。

光纤激光器，是2002年以后发展起来的新型激光器，以光纤为基质材料，掺杂不同的稀土离子，输出波长范围在1.08μm左右，也是光纤传输。光纤激光革命性地采用了双包层光纤结构，增加了泵浦长度，提高了泵浦效率，从而使光纤激光器的输出功率大幅提高。与YAG激光相比，光纤激光虽然出现较晚，但具有体积小、运行成本低、光束质量高等优点，而且获得的激光功率高。

与常规熔化焊相比，铝合金激光焊接加热集中、焊缝深宽比大、焊接结构变形小，但是也存在一些不足和缺陷，由于铝合金固有的物理性质，比如对激光低的吸收率、合金元素的低沸点、高的热导率、高的热膨胀系数、相对较宽的凝固温度区间、高的凝固收缩率、低粘度以及液态下高的吸氢性等，因此在激光焊接过程中容易产生气孔、热裂纹等缺陷。此外，在大功率激光的作用下，铝合金激光深熔焊缝除了有气孔的缺陷以外，还会出现表面塌陷和咬边等问题。

值得注意的是，气孔缺陷是铝合金激光焊接过程中最容易产生的缺陷形式，它会破坏焊缝金属的致密性，削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的力学性能和耐腐蚀性。

2 哪些解决方案可解决铝合金焊接缺陷？

激光深熔焊缝表面塌陷、咬边缺陷解决方案很简单，可通过激光填丝焊接或激光电弧复合焊接改善。但焊缝气孔缺陷控制则比较困难。根据国内激光焊接技术的研究，铝合金激光深熔焊接气孔控制应综合考虑焊接前、焊接过程、焊接后处理等各个环节。

为了解决气孔缺陷问题，创鑫激光推出了三种激光熔焊抑制气孔方式。

1）通过焊前表面处理方式抑制焊接气孔：焊前表面处理是控制铝合金激光焊缝冶金气孔的有效方法，通常表面处理方法有物理机械清理、化学清理。

2）通过焊接工艺参数抑制焊接气孔：焊缝气孔的形成除了与焊件表面处理质量有关，还与焊接工艺参数相关。焊接参数对焊缝气孔的影响主要体现在焊缝熔透情况，即焊缝背宽比对气孔的影响。