又一黑科技出现了，铝合金焊接更简单！激光焊接铝合金工艺详解（一）

与传统焊接相比，激光焊接的优势在于低发热和低损耗、高纵横比和焊接过程的自动化。铝合金重量轻、强度高、屈服强度高、成型容易。铝是一种相当活泼的金属，具有低电离能和高导热性。烟花表面易形成Al2O3薄膜。焊缝中容易形成裂纹、气孔、内脏、热裂纹等缺陷，影响焊缝的力学性能。与TIG或TIG焊接相比，激光焊接具有焊接致密、受热面积小、搭接少、焊接过程精确可控、还可实现自动化等特点。目前，激光焊接主要用于电子元件、元器件、空间元件等的制造。

铝及铝合金可分为1000系列（纯工业铝）、2000系列（Al-Cu系列）、3000系列（Al-Mn系列）、4000系列（Al-Si）、5000系列（Al-Mg ）。拆分字符串。 6000 系列 (Al-Mg-Si) 和 7000 系列 (Al-Zn-Mg-Cu)。根据工艺特点，铝合金可分为雨铝合金和雨铝合金。

不同的铝合金具有不同的焊接性能。例如，未增强的铝合金和1000、3000和5000系列铝合金具有良好的可焊性。 4000系列合金的断口很小。使用 5000 系列合金，如果 ω (Mg)) = 2%，混合物会破裂。随着镁含量的增加，可焊性提高，但耐冲击性和耐腐蚀性降低。 2000、6000、7000系列合金一般耐热性高，焊接性差，焊后时效后硬度显着降低。

这是因为在焊接铝合金时需要采取适当的工程预防措施，并选择焊接工艺和填料以获得合适的焊缝。焊接前，材料表面可以在有机溶剂中用油和灰尘进行处理，然后浸入NaOH溶液中，在流水下用碱性溶液洗涤并进行化学处理。处理后的焊缝在 24 小时内处理完毕。焊接技术测试。

在激光焊接中，激光用作高能光源，具有快速加热和瞬时固化特性。长宽比高达12：1。由于铝合金的高反射和良好的导热性以及等离子体的保护作用，焊接过程中不可避免地出现问题，主要是气孔和热裂两个问题。由于铝合金能很好地反射激光，所以激光焊接铝合金的首要问题是有效提高材料对激光的吸收。由于铝合金本身的一些特性，也使得激光焊接工艺复杂化，亟待改进完成。

2.1 激光吸收率：

激光材料的吸收率越高或传热系数和热导率越低，激光能量越容易被材料表面吸收，表面温度迅速升高，材料熔化或蒸发。

不同金属在不同波长激光下的反射系数如表1所示。不同金属的反射率随着波长的减小而降低，Ag、Al、Cu对激光的反射率在90%以上。这肯定会使室温下的激光治疗复杂化。可以看出，铝合金具有较高的激光反射率和较低的吸收率。这是因为铝合金中自由电子的密度很高，光波和电磁波的强烈振荡产生强反射波和小透射波，反射电流不易被铝表面吸收。合金。铝合金表面在室温下对激光辐射的抵抗力比较强。高反射。

2.2 引脚电感与稳定

当激光能量密度超过3.5*10^6W/cm2时，通过激光焊接形成等离子体。焊接工艺采用深熔法。原理基本上是“针”效应。用激光提高材料去除率，焊料会在高能量密度下熔化，从而达到良好的焊接效果。铝合金激光焊接的主要问题是难以打出小孔并保持稳定。这是由于铝合金本身的材料、激光束的特性和光学特性造成的。如前所述，Al 在室温下可以反射 80% 的能量，良好的导热性需要较高的激光能量密度阈值才能产生“空穴”。这是激光焊接各种铝合金的极限。当馈电功率超过该值时，激光能量转移材料的热能传导不再受限，焊接发生深熔。激光束穿透蒸发很深，形成蒸发槽。在材料中通过蒸发槽并显着增加焊接深度和焊接性能。高反射材料的焊接，如铝和铜合金，需要非常高的功率密度，对焊接图案的选择和准直聚焦镜也有一些要求。

2.3 机械焊接性能

改进的晶粒处理、更好的固体溶解度和改进的老化都是铝合金的焊接机制。尽管存在这些固化机制，但激光焊接的难熔合金元素（例如 Mg 和 Zn）的蒸发会焊接焊缝。洗涤 降低硬度和耐用性。在向铸件结构中添加细晶粒增强结构后，固化过程中硬度和强度会降低。此外，焊缝中的裂纹和气孔会降低抗拉强度。换句话说，一个常见的软化问题是铝合金激光焊接的另一个问题。

2.4 气动阀

铝合金激光焊接的气孔主要有两种：氢气孔和小孔气孔。

(1) 氢孔。铝合金表面在高温下容易形成氧化膜，氧化膜容易从环境中吸收水分。当被激光加热时，氢气中不存在水，其在液态铝中的溶解度几乎是固态铝中的 20 倍。直接凝固后，随着液态铝的硬化，氢的溶解度急剧下降。如果液态铝中多余的氢没有逸出和均匀流动，就会形成氢孔。这些孔一般形状规则，比枝晶大，枝晶加强了其内表面的图案。

(2) 钥匙孔坏了。内部重力和气压在焊接点处平衡。如果平衡被破坏，熔池中的液态金属可能不会随着时间的流逝而流动，并且孔的形状会不均匀。研究表明，焊接时孔内壁的镁含量约为4%。

由于激光焊接的冷却速度太快，氢针孔问题比较严重，还有小激光焊接误差引起的其他孔。

2.5 热棚

铝合金通常是共晶合金，在焊接过程中会发生热分解，包括焊缝结晶裂纹和热影响区液化裂纹。结晶裂纹通常出现在焊缝区域，并在焊缝附近形成液体。铝合金，尤其是 6000 系列的 Al-Mg-Si 合金，具有很强的开裂倾向，并且较旧的金属会迅速升温和降温。在直接凝固结晶过程中，晶粒成为柱状晶粒边缘的Al-Si或Mg-Si、Al-Mg2Si等难溶共晶化合物的立焊中心，影响晶面的结合力.并且它们倾向于在热应力下结晶。焊接铝合金时，一些低沸点元素（Mg、Zn、Mn、Si等）容易蒸发和燃烧。焊接速度越低，燃烧越高，这会改变熔融金属的化学成分。焊接区零件的分离导致共晶沉积和焊接边缘的解体，并且在负载下，在焊缝边缘形成液体裂纹，这会降低焊接接头的性能。