此篇文章簡要說明鋁合金的應(yīng)用特性及焊接特性，從焊接準備，加焊縫保護氣，采用雙光斑激光焊，激光填絲焊或激光-MIG復(fù)合焊，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等方面說明鋁合金激光焊的質(zhì)量保障方法，工業(yè)生產(chǎn)中還可以借助現(xiàn)有的高端激光頭來穩(wěn)定焊接質(zhì)量。
1、鋁合金應(yīng)用特性
鋁合金因材質(zhì)輕，耐腐蝕，低溫性能和機械綜合性能好而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)等眾多領(lǐng)域。隨著近年國家對節(jié)能經(jīng)濟的追求，鋁合金的需要又上了一個臺階。目前，汽車行業(yè)中適用鋁合金主要有Al-Mg(5000系列)、Al-Mg-Si(6000系列)及Al-Mg-Zn(7000系列)三大系列，汽車外殼多用耐蝕可焊的5000系合金，而梁柱等強度要求較高的部位則用6000系或7000系合金。研究表明，采用鋁合金材料適當減輕汽車的重量可以把油耗降低37%；懸掛裝置的負荷降低18%；振動強度降低5%。在各大汽車廠加大對鋁合金加工研發(fā)與制造投入的同時，鋁合金的焊接又成為一個不得不解決好的基礎(chǔ)問題。
2、鋁合金的焊接特性
目前，主要采用TIG焊、MIG焊等常規(guī)方法來焊接鋁合金。采用常規(guī)方法焊接，熱輸入量大導(dǎo)致焊縫寬大且熔深較淺，鋁合金導(dǎo)熱快，冶金時高溫溶解大量的氫來不及溢出產(chǎn)生氫氣孔(溶入熔池中的氫析出形成的氣孔，稱為冶金氣孔；未完全熔化的氧化膜中的水分因受熱分解析出氫形成的氣孔，稱為氧化膜氣孔)；由于冶金速度快焊縫金屬晶粒粗大，焊接接頭軟化可使強度減少達到40%；鋁合金熔點低而導(dǎo)熱快，熔融金屬流動性差而使焊縫成型不美觀；受熱面積大，加工材料容易變形而影響加工尺寸精度。鋁合金常規(guī)焊接質(zhì)量難以保障，且焊接速度難以滿足批量生產(chǎn)要求。
圖1鋁合金焊接時氧化膜氣孔(左)和冶金氣孔(右)
隨著激光加工應(yīng)用普及化水平的提升，采用激光焊接鋁合金，熱輸入量小且熱源集中，特別是光纖激光器問世后，激光焊接鋁合金的能量密度更加集中，激光波長更短，高反射得到改善。通過激光填絲，激光-MIG復(fù)合焊，雙光斑激光焊等工藝，可明顯改善鋁合金焊接的成型效果，且焊接質(zhì)量得到改善。
圖2鋁合金焊接時對應(yīng)焊材的選擇參考表
無論是何種焊接方法，鋁合金焊接前準備工作是必不可少的，對鋁合金的焊接質(zhì)量影響很大。焊接前對鋁合金件表面進行無水酒精或丙酮擦試，以清除表面所吸附的水或油等雜質(zhì)。為防止工件在空氣中被氧化，需要對工件進行機械打磨或化學處理并烘干，以盡快完成焊接。為了加快鋁合金焊接時的熔池流動性，可以在鋁合金工件焊接背面加墊銅板以改善焊縫成型。焊接時，采用Ar氣保護，隔絕空氣，能減小氣孔的產(chǎn)生。