基于铝合金焊接对激光焊的研究分析.docx

铝合金焊接激光-电弧复合焊接工艺的研究分析

摘要：铝合金具有较低的密度，高强度，易于加工成形，低温脆性转变以及，耐腐蚀等特性，使他成为了许多行业中的重要的材料之一。但对于铝合金的焊接一直都是难点。而激光-电弧复合焊接具有“1+12”的协同效应，有利于铝合金的焊接。本文通过运用对比的方法，以铝合金激光-电弧复合焊接与传统焊接激光焊和电弧焊相对照，从而研究分析出激光-电弧复合焊接工艺相较与传统铝合金焊接方法的优缺点，总结复合焊将成为焊接优化的主流。

关键词：铝合金激光焊电弧焊激光-电弧复合焊

研究背景

电弧焊

电弧焊是一种常用的金属焊接方法，它的工作原理是利用高温电弧将金属电极和工件加热到熔化状态，并通过熔化的金属来连接工件。具体步骤如下：

电弧焊的优点包括：适用性广泛，无需气体保护，简便易行，焊接效率高。然而，电弧焊也存在一些缺点：对焊接工件有要求：电弧焊对于工件的准备和处理要求较高，包括除锈、打磨等工作，以确保焊缝的强度。容易产生变形和裂纹：由于焊接过程中高温和冷却速度快，容易导致工件产生变形和裂纹，需要采取相应的措施进行控制。

气体污染：电弧焊在焊接过程中会产生烟雾、粉尘和有害气体，对工人的健康造成一定影响，需要采取防护措施。总的来说，电弧焊是一种广泛使用的焊接方法，具有简单易行、适用性广泛和高效率的优点，但也需要注意对工件的处理和对环境的保护。

激光焊

激光焊是一种利用激光束对工件进行焊接的技术，它将高能量密度的激光束聚焦在焊接接头上，通过瞬间加热和熔化工件表面，使其相互融合形成焊缝。激光焊具有高能量密度，高速焊接，焊缝质量高，无接触焊接，受热区域小等特点。但激光焊的缺点也很明显，设备价格高，对材料影响较大，操作要求高。

图SEQ图\*ARABIC1激光焊接示意图

采用单独激光进行深熔焊接，其能量密度高达106W/cm2，焊接速度高，热输入量小，热影响区小，熔深大，一次焊接金属材料厚度可达20mm，并可进行精密焊接。但由于激光束流直径比较细小,对拼焊接头的间隙要求比较高(小于0.10mm)，熔池的搭桥能力(GapBridgingAbility)比较差；反射率高，焊接铝合金时，CO2激光束（波长为10.6um）表面初始吸收率仅1.7%，YAG（波长为1.06um）激光束的吸收率也才接近5%；热导率高，传热快，熔融金属凝固快、熔深大，导致金属蒸气和吸入的其它气体来不及逸出，容易形成疏松或气孔；电离能低，高能密度激光导致熔池金属的快速蒸发、气化、电离，形成的光致等离子体严重影响焊接过程的稳定性，因此焊接过程中激光的实际能量利用率极低，能源浪费严重，变相提高了生产成本。为解决激光焊接方法存在的能量利用率低、焊接厚度增加导致生产成本急剧增加的问题，人们想到了采用激光-电弧复合焊接的工艺方法。

激光-电弧复合焊

激光复合焊就是将电弧等离子体热源和激光束热源复合起来，综合两者的优势，进行焊接的方法。激光复合焊接是材料加工应用中的一种新型工艺，在激光自动化专家的不懈努力下已实现工业应用。激光复合焊的优势主要在于热变形小，焊接速度快，机械性能极佳。

激光复合焊接是利用激光束对两个相互接触的金属板进行复合焊接的一种技术方法。激光产生的高能量密度和高速度使得金属之间快速熔化，形成混合液态区域，再通过加压和表面张力的作用，将两个金属板复合在一起。激光焊接的优点是焊接速度快，热影响区域小，焊缝质量高，可以焊接多种材料，但也存在着设备成本高和维护困难等问题。，激光－电弧复合焊接主要有激光（YAG或CO2）与TIG、MIG、和Plasma（等离子）的复合几种方式。

根据热源斑点位置关系和焊接方向分：（1）激光在前，（2）电弧在前，或者（3）两热源重合。

研究目的

为了优化焊接方法，提高焊接的质量。通过评价分析铝合金激光-电弧复合焊的工艺，观察焊接的质量参数，总结技术特点延伸实际应用，让激光复合焊接技术在实际需求中发挥重要作用。

研究方法

铝合金激光-电弧复合焊接试验

研究过程

铝合金激光-电弧复合焊接试验

实验准备

焊接设备

德国HAAS公司HL4006YAG激光器；LINCOLN焊接电源；HIGHYAG铝合金专用复合焊接头；BINZEL送丝机；华工激光公司制造的CNC和夹具系统。

（2）焊接材料

试验用材料为ZL114铸造铝合金，主要成分与ZL101合金相似。

母材化学成分

填充焊丝化学成分

（3）接头设计

（4）焊前清理

铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化薄膜。表面的氧化薄膜可以吸收较多的水分，吸收的水分可以以结晶水的形式存在，如Al2O3·H2O或者Al2O3·3H2O，也可以化合水的形式存在