如何提高铝合金焊接加工工艺

铝合金具有良好的耐腐蚀性、导电性、导热性和高强度，是工业中应用较广泛的有色金属结构材料，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶和化工行业。

随着近年来科学技术和工业经济的快速发展，对铝合金焊接结构件的需求不断增加，对铝合金焊接的研究也不断深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，激光焊接技术的发展扩大了铝合金的应用领域，因此铝合金焊接技术正成为研究的热点之一。熟悉铝合金的材料属性是提高铝合金焊接工艺的前提。

1.铝合金材料本身的物理化学特性

铝合金材料具有高反射性和高导热性，从微电子结构来看，铝合金具有许多自由电子，密度不大，当激光作用于此类电子时，会产生强振动和二次电磁波，导致强反射波和弱透射波，因此，铝合金表面对激光反射率强，影响激光吸收率，同时，由于电子布朗运动会显著提高铝合金材料的热传导。

我国对铝合金材料的激光焊接进行了大量研究，结果也证明了铝合金材料的焊接需要在表面进行预处理，如喷砂处理、砂纸处理、表面化学腐蚀、表面镀、碳黑添加、氧化等。，可以减少光束反射，有效提高铝合金工件对激光束的吸收率。此外，从焊接结构设计的角度来看，V形波口或拼接（拼接间隙相当于人工孔） 法可以增加铝合金对激光的吸收，获得较大的熔化深度，也可以使用合理的焊接间隙设计来增加铝合金表面对激光能量的吸收。

2. 等离子体对铝合金激光焊接的影响

在铝合金激光焊接过程中，孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率，焊接可以获得更多的能量，铝元素和铝合金Mg、Zn、Li沸点低，易蒸发，蒸汽压力大，虽然有利于孔的形成，但等离子体的冷却（等离子体屏蔽和吸收能量，减少激光对母材的能量输入）使等离子体本身过热，但阻碍孔的连续存在，容易产生孔等焊接缺陷，从而影响焊接型和接头的力学性能，因此孔的诱导和稳定性成为保证激光焊接质量的关键。

由于铝合金的高反射性和高导热性，激光需要更高的能量密度来诱导孔的形成。能量密度阈值基本上由其合金成分控制，因此激光功率可以通过控制过程参数来确定，以确保适当的热输入来获得稳定的焊接过程。此外，能量密度阈值在一定程度上也受到保护气体类型的影响。例如，使用激光焊接铝合金N2气体容易诱导小孔，使用He气不能诱导小孔。这是因为N2和Al发生放热反应，产生 Al-N-O 三元化合物提高了激光吸收率。

3. 铝合金焊接产生的气孔问题

铝合金种类繁多，产生的气孔各不相同，但通常与以下气孔不同。

1） 保护气体产生的气孔。在高能激光焊接铝合金的过程中，由于熔池底部小孔*金属的强蒸发，保护气体卷入熔池形成气泡。当气泡在固体铝合金中停留时，就会成为气孔。

2) 小孔塌陷产生的气孔。在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸气压力时，小孔将不能维持稳定而塌陷，金属来不及填充就形成了孔洞。对减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷也有很多实际措施，如调整激光功率波形，减少小孔不稳定塌陷，改变光束焦点高度和倾斜照射，在焊接过程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近几年来，又出现了采用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的工艺，有不错的效果。

3) 氢气孔。铝合金在氢环境中熔化后，其内部氢含量可达0.69ml/100g以上。但凝固后，其平衡 的溶氢能力较多只有0.036ml/100g，两者相差近20倍。因此，在从液体向固体转变的过程中，必须沉淀液体铝中多余的氢。如果沉淀的氢不能顺利浮出，固体铝合金就会聚集成气泡，残留成气孔。

4. 铝合金裂纹

问题：铝合金属于典型的共晶合金，在激光焊接快速凝固下更容易产生热裂纹，在柱状晶 边界形成焊缝金属晶体AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶是裂纹的原因。

解决方法：激光焊接可采用填充或预置合金粉末等方法。通过调整激光波形，控制热输入也可以减少结晶裂纹。

简而言之，铝合金激光焊接需要首先了解材料本身的化学和物理特性，并结合相关的技术要点，以尽可能避免焊接过程中对工件材料的负面影响。铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域的关键技术之一，激光焊接、激光电弧复合焊接、双光束激光焊接技术是近年来发展的铝合金焊接技术，随着技术的进步，铝合金焊接技术困难将取得突破，铝合金的应用将越来越广泛。