铝合金焊接技术(2)

（4）热裂纹敏感性大。热裂纹是铝合金激光焊接时最常见也是最严重的缺陷之一，它是由铝合金的性能及激光焊的特点决定的。铝合金激光焊产生的热裂纹有两种：焊缝中的凝固裂纹和局部熔化区的液化裂纹。各国学者对凝固裂纹的产生机理及预防措施进行了大量的研究，这方面的报道也很多，然而有关液化裂纹方面的研究却很少。防止凝固裂纹产生的措施很多，如采用合适的填充材料-添加细化凝固组织的微量元素（Ti、Zr等）、优化激光脉冲的波形及选择适当的焊接工艺参数等。

3.2 铝合金的激光-电弧复合焊

虽然用激光焊接铝合金有许多优势，但仍存在较大的局限性，如设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等。为了更有效地焊接铝合金，人们发展了激光=电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合主要是激光与TIG电弧MIG电弧及等离子体。目前，该工艺在德国和日本等发达国家研究比较多，并在汽车业中已有一定的应用，如大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-MIG焊道，而且还可以用来焊接车体及轮轴。不过国内在该工艺的研究和应用上基本还是空白。

用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时，激光与电弧的相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率，这主要基于两种效应:一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度;另一方面是两种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。

(1) 焊缝成形美观。采用激光和电弧复合热源，综合了电弧的加热范围较宽和激光的高能密度优点，焊后可得到宽而深的焊缝，避免了激光单独焊时出现表面凹陷形成的咬肉缺陷(如图1所示)。有试验表明，YAG激光-脉冲MIG复合焊接铝合金时，熔深比激光焊增加6倍，比脉冲MIG焊接也要增加1倍

以

上

。

图1无填充焊丝时激光焊和激光

复合热源能量分配比例的变化会影响焊缝尺寸，随着激光能量的增加，焊缝熔深将加深，而电弧能量的增大则会使焊缝宽度变大。另外，激光与电弧中心之间的距离越小，熔深也越大。

(2)适应性强-稳定性好。激光焊接铝合金时由于光束直径很小，要求坡口装配间隙精度高，所以在大规模批量生产条件下适应性差。而复合焊时，由于电弧的作用，熔池宽度增加使得装配要求降低，焊缝跟踪容易。此外，激光产生的等离子体对稳定电弧有促进作用，从而使复合焊接过程更稳定。

(3)降低成本。激光单独焊接铝合金时，由于母材对激光的反射率高，对激光功率要求高。而与电弧复合焊接时，一方面由于电弧能量的摄入，另一方面由于电弧的作用可以使激光照射在电弧的熔池中，铝合金对激光的反射大大减少，大幅度提高了激光的吸收率，可以大大降低激光器的输出功率。

这种复合工艺的优势很多，潜力很大，在未来的汽车生产中必将具有广泛的应用前景。

3.3 铝合金的双光束激光焊

如前所述，激光单独焊接铝合金时会产生由于钥孔塌陷而产生的气孔。针对这个问题，人们又研究了双束激光焊，发现双束激光焊有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比，能提高钥孔的稳定性，可以明显地降低气孔敏感性。其原因在于

双束激光焊接时第一束激光产生熔池，并对附近区域进行预热，累积的热量使第二束激光照射该处时，可以熔化更多的母材。从而形成较宽的焊缝，此外。由于第二束激光能可以把第一束激光形成的钥孔后壁气化。避免了钥孔的塌陷。所以形成气孔的几率就要小一些。

3.4 铝合金的摩擦搅拌焊（FSW）

虽然铝合金的熔焊能得到较高的焊接速度。应用范围也很广。但熔化焊焊缝为铸态组织。且焊接接头在热循环作用下组织变化大。造成接头力学性能下降(尤其是可热处理铝合金)。此外，熔焊铝合金时。接头的热影响区宽.变形大.易产生缺陷.成本高及接头的颜色与母材有差异，于是英国焊接研究所（TWI）在1991年提出了摩擦搅拌焊这一工艺，该工艺在发达国家已经得到广泛应用。尤其是在造船.航天航空和汽车业的铝合金连接上。如挪威的Aluminum公司、波音公司、日本日立公司等。而国

内有关该工艺的研究尚处于起步阶段，

FSW的原理是,焊接探头一边旋转一边沿接合线向前移动,铝合金在摩擦热作用下软化,并随着焊接探头的旋转产生塑性流动而被接合(如图2所示)。接合部的温度在铝合金的熔点（600度）以下,所以有很多特点。

图2 FSW 施工法

a-未受影响的材料;b-受热区域; c-热作用区;d-部分受热力影响的区域

3.4.1 铝合金FSW的优点

（1）焊接接头质量好，FSW属固相焊。焊接接头不易产生熔焊时凝固过程中出现的裂纹、气孔等缺陷；焊接温度低于铝合金熔点。所以能得到组织与母材相近的接头且工件变形小；焊后没有色泽变化，

（2）成本低。不需填充材料和保护气体；对装配精度要求不高。焊前准备工序简单；厚板焊接不需开坡口；接合机构简单。易于管理；节能。

（3）操作简单方便易于实现机械化、自动化、焊接过程稳定。

（4）不产生飞溅或难闻的烟气，也不发生紫外线或红外线等有害光线。

3.4.2铝合金FSW的局限性

接合部背面需用顶住工具推压或夹具夹住；焊接速度比熔焊要低；接头部间隙的容许范围比熔焊小；焊后接合部终端残存钥孔；不能三维曲面施工。

虽然FSW的发展时间不长。但在焊接领域已经引起了很大的轰动。在生产应用中发展很快，随着这种工艺的不断成熟。将来会获得更广泛的应用。

4 结束语

为了实现汽车轻量化。解决节能.环保等问题。铝合金在汽车中的应用不断增加。这是汽车发展的趋势。也是社会发展的需求，由于铝合金的物理化学性能特殊。焊接时有一定困难。很大程度上制约了铝合金在汽车中的广泛应用，提高铝合金的焊接技术.开发和应用新的焊接方法是提高汽车铝化率所必须攻克的技术关键之一，其中激光焊.激光J电弧复合焊.双束激光焊及摩擦搅拌焊就是近年发展起来的焊接铝合金的新工艺。在国外轿车生产中已有了一定的应用，随着这

些焊接方法的不断成熟。必定为铝合金在汽车中的应用提供更坚实的技术支撑。也为我国汽车铝合金化程度的进一步提高提供了宝贵的借鉴和经验。

5.参考文献

1.张少华铝合金在汽车上应用的进展[期刊论文]-汽车工业研究 2003(03) 2.Rich Hall Profile of Kentucky's Aluminum Industry 2005

3.丁向群;何国求;刘小山6000系汽车车用铝合金的研究应用进展[期刊论文]-材料科学与工程学报 2005(03)

4.Ribolla A;Damoulis G L;Bamlha G F The use of Nd:YAG laser weld for large scale volume assembly of

automotive body in white 2005(164-165)

5.Luo C;Lin L The application of nanosecond-pulsed laser welding technology in MEMS packaging with a shadow mask[外文期刊] 2002(97-98)

6.Kochan A Audi moves forward with all aluminium cars[外文期刊] 2000(02) 7.余淑荣;樊丁;陈剑虹铝合金激光剪裁拼焊板技术 2003

8.Karagiannis S;Chryssolouris G Nd:YAG laser welding-An overview 2003(5131)

9.齐向前;李玉昌;武建军铝合金激光焊接技术特性[期刊论文]-焊接技术 2005(03)

10.朱宏;金忠华铝及铝合金激光焊接技术的研究现状 1997(04)

11.Zhao H;White D R;DebRoy T Current issue a …… 此处隐藏：2786字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……