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摘 要：铝合金是工业生产中的一种重要的轻金属材料。相对于铝合金的传统焊接工艺，激光焊接工艺具有诸多优势。激光是一种高能量密度热源，具有较快的焊接速度和较小的热输入，使焊焊接件变形较小，生产质量较为优异。
关键词：铝合金；激光焊接工艺
铝合金具有良好的物理、化学和机械性能，被广泛应用于航空航天、造船、高速列车和汽车制造等行业，是工业生产中一种重要的轻金属材料。在飞机、船舶和汽车等运载工具制造业中，为了减轻其自重，提高运载能力，铝合金作为薄壁结构的使用率越来越高。但是，铝合金板的连接方式长期使用落后的铆接工艺。这是因为，传统的焰焊工艺具有诸多弊端。由于铝合金对激光具有高反射性，激光焊接铝合金异常困难，必须采用大功率激光器，并且采取特殊的工艺才能达到理想的焊接效果。
一、铝合金激光焊接技术的发展现状
国内外科研工作者们在新型激光焊接设备的研发领域进行了坚持不懈的研究。同时焊接工作者们通过大量实验，对诸如激光-电弧复合焊接、双光束激光焊接和电流强化C02激光焊接等新型焊接工艺进行了研究。两者共同推进了铝合金激光焊接技术的进步。
1.铝合金的激光-电弧复合焊接
激光-电弧复合焊接是一种高能激光束与电弧共同作用的焊接，可分为激光-等离子体弧复合焊接、激光-TIG复合焊接和激光-MIG复合焊接等多种激光-电弧复合焊接。在激光-電弧复合焊接研究初期，主要是利用电弧作为附加热源来弥补当时激光器功率不足的缺陷，以焊到更大的焰深。后来的相关研究发现，激光-电弧复合焊接还可以降低金属在溶化前对激光的反射率，减少焊接缺陷，提高焊接速度和焊缝质量。
2.铝合金的双光束激光焊接
双光束激光焊接是把一束激光分成功率不同的两束激光或者将两束激光复合的激光焊接技术。两焦点的分布有平行、成一定角度和垂直等分布方式。单光束激光焊接铝合金时，由于匙孔的塌陷，会发生飞溅和导致气孔等缺陷。双光束激光焊中可以获得相对较宽的焊宽和较小的焊缝深宽比，能够加强钢孔的稳定性，减少气孔等缺陷的出现。第一束激光对其产生的铝池周围的铝合金进行预热，第二束激光照射此处时，加之之前积累的能量，能够溶化更多的铝合金，形成较宽的溶池，使气化的金属蒸气经由较大的空间上浮逸出，减少飞溅现象。另外，由于第二束激光能将第一束激光形成的胡孔的后壁气化，可以避免钥孔发生塌陷，可以减少气孔等缺陷的出现。
3.铝合金的电流强化C02激光焊接
有学者研究发现，采用C02激光器进行焊接时，焊接溶池中存在几安培的固有电流，那么，如果在焊接区域施加一定的外磁场，就可以影响铝池的流动状态。所以，在焊接区域施加某种形式的外磁场，就有可能改善铝合金激光焊接过程的稳定性，提高焊缝质量。
二、铝合金激光焊接的难点、缺陷及其相应的改善措施
激光焊接具有较为突出的优势，可以使金属实现快速而有效的连接。但是，由于铝合金的固有特性和其他原因，铝合金激光焊接存在诸多难点和缺陷，需要适当的采取若干改善措施，曾能成功实现铝合金的激光焊接。
由于铝合金具有高导热性和对激光高反射性的特点，使其在未铝化时对激光的吸收较差，效率较低，“小孔”的诱导比较困难。所以，应当采取适当的表面预处理措施，来提高铝合金对激光的吸收率。车加工及传统加工、电解抛光、喷砂、阳极氧化、砂纸打磨、表面化学浸烛、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等表面预处理措施均可以提高铝合金对激光的吸收率。另外，通过调整激光器参数和合理设计焊接结构等措施也可以提高铝合金对激光的吸收率。比如，可以选用低阶模输出和短焦距透镜，增大激光功率密度，减小光斑尺寸，提高铝合金对激光的吸收率。还可以将工件坡口设计成具有一定的倾斜角度，使焊激光束可以在空隙中实现多次反射，形成一个人工的“小孔”，从而提高铝合金对激光束的吸收率。
气体不易析出，易产生气孔。当铝合金被激光束照射并加热到溶化状态时，铝合金吸附的部分气体在被释放出来，在溶融金属中的溶解度增大，由于激光焊接焊缝的冷却速度较快，使焊溶池的存在时间较短，溶解的气体来不及从溶融的铝合金中上浮逸出，于是在焊缝中间和表面形成气孔，严重影响焊接接头的力学性能和气密性。为了减少气孔生成，可以釆取的措施有：a.选择合适的表面处理措施，切断形成气孔的气体来源。b.采用合理的工艺参数，使焊溶融金属中溶解的金属尽快上浮逸出。c.釆用合适的保护气体和合理的气体保护方式，加强激光焊接的气体保护。
由于激光焊接溶池的冷却和凝固速度较快，铝合金属于典型的共晶合金，所以，铝合金激光焊接时更容易产生热裂纹。激光-电弧复合焊接、激光填丝焊接、激光填粉焊接等新型激光焊接均可以有效减少激光焊接时热裂纹的产生。另外，如果采用脉冲激光焊接时，合理优化脉冲波形，以控制热输入量，也可以减少热裂纹的产生。激光焊接过程中，镁和锌等低焰点元素容易被烧损，破坏了原来的合金强化作用，使得焊接接头的力学性能降低。可以釆取激光填粉焊接，补充焊接过程中烧损的镁和锌等低溶点元素，恢复合金原来的强化作用，提高焊接接头的力学性能。
近年来，国内外诸多学者致力于克服铝合金的激光焊接难点，消除铝合金激光焊接的缺陷，潜心钻研，不断推出铝合金激光焊接的新方法。另外，随着大功率、高性能激光器的研制成功，铝合金激光焊接工艺正在飞速发展。
三、结语
综上，除了以上提到的激光-电弧复合焊接、双光束激光焊接和电流强化C02激光焊接，激光填丝焊接、激光填粉焊接、顺序电弧激光焊接和激光辅助焊接等新型激光焊接工艺的研究也取得了质的飞跃，这在很大程度上解决了铝合金激光焊接中存在的诸多难点，减少甚至避免了铝合金激光焊接的缺陷，使得工业生产的各领域能够更加广泛的使用铝合金材料，为推动装备制造技术的飞速发展作出了巨大的贡献。
参考文献：
[1] 王承伟，曲仕尧，上新洪等.铝合金激光焊接的研究现状和发展趋势[J].金属加工.2008，8：38-40.
[2] 胡敏英，吴志生.铝合金激光焊接的工艺特点及发展现状[J].铝加工.2007，4： 36-38.
关键词：铝合金；激光焊接工艺
铝合金具有良好的物理、化学和机械性能，被广泛应用于航空航天、造船、高速列车和汽车制造等行业，是工业生产中一种重要的轻金属材料。在飞机、船舶和汽车等运载工具制造业中，为了减轻其自重，提高运载能力，铝合金作为薄壁结构的使用率越来越高。但是，铝合金板的连接方式长期使用落后的铆接工艺。这是因为，传统的焰焊工艺具有诸多弊端。由于铝合金对激光具有高反射性，激光焊接铝合金异常困难，必须采用大功率激光器，并且采取特殊的工艺才能达到理想的焊接效果。
一、铝合金激光焊接技术的发展现状
国内外科研工作者们在新型激光焊接设备的研发领域进行了坚持不懈的研究。同时焊接工作者们通过大量实验，对诸如激光-电弧复合焊接、双光束激光焊接和电流强化C02激光焊接等新型焊接工艺进行了研究。两者共同推进了铝合金激光焊接技术的进步。
1.铝合金的激光-电弧复合焊接
激光-电弧复合焊接是一种高能激光束与电弧共同作用的焊接，可分为激光-等离子体弧复合焊接、激光-TIG复合焊接和激光-MIG复合焊接等多种激光-电弧复合焊接。在激光-電弧复合焊接研究初期，主要是利用电弧作为附加热源来弥补当时激光器功率不足的缺陷，以焊到更大的焰深。后来的相关研究发现，激光-电弧复合焊接还可以降低金属在溶化前对激光的反射率，减少焊接缺陷，提高焊接速度和焊缝质量。
2.铝合金的双光束激光焊接
双光束激光焊接是把一束激光分成功率不同的两束激光或者将两束激光复合的激光焊接技术。两焦点的分布有平行、成一定角度和垂直等分布方式。单光束激光焊接铝合金时，由于匙孔的塌陷，会发生飞溅和导致气孔等缺陷。双光束激光焊中可以获得相对较宽的焊宽和较小的焊缝深宽比，能够加强钢孔的稳定性，减少气孔等缺陷的出现。第一束激光对其产生的铝池周围的铝合金进行预热，第二束激光照射此处时，加之之前积累的能量，能够溶化更多的铝合金，形成较宽的溶池，使气化的金属蒸气经由较大的空间上浮逸出，减少飞溅现象。另外，由于第二束激光能将第一束激光形成的胡孔的后壁气化，可以避免钥孔发生塌陷，可以减少气孔等缺陷的出现。
3.铝合金的电流强化C02激光焊接
有学者研究发现，采用C02激光器进行焊接时，焊接溶池中存在几安培的固有电流，那么，如果在焊接区域施加一定的外磁场，就可以影响铝池的流动状态。所以，在焊接区域施加某种形式的外磁场，就有可能改善铝合金激光焊接过程的稳定性，提高焊缝质量。
二、铝合金激光焊接的难点、缺陷及其相应的改善措施
激光焊接具有较为突出的优势，可以使金属实现快速而有效的连接。但是，由于铝合金的固有特性和其他原因，铝合金激光焊接存在诸多难点和缺陷，需要适当的采取若干改善措施，曾能成功实现铝合金的激光焊接。
由于铝合金具有高导热性和对激光高反射性的特点，使其在未铝化时对激光的吸收较差，效率较低，“小孔”的诱导比较困难。所以，应当采取适当的表面预处理措施，来提高铝合金对激光的吸收率。车加工及传统加工、电解抛光、喷砂、阳极氧化、砂纸打磨、表面化学浸烛、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等表面预处理措施均可以提高铝合金对激光的吸收率。另外，通过调整激光器参数和合理设计焊接结构等措施也可以提高铝合金对激光的吸收率。比如，可以选用低阶模输出和短焦距透镜，增大激光功率密度，减小光斑尺寸，提高铝合金对激光的吸收率。还可以将工件坡口设计成具有一定的倾斜角度，使焊激光束可以在空隙中实现多次反射，形成一个人工的“小孔”，从而提高铝合金对激光束的吸收率。
气体不易析出，易产生气孔。当铝合金被激光束照射并加热到溶化状态时，铝合金吸附的部分气体在被释放出来，在溶融金属中的溶解度增大，由于激光焊接焊缝的冷却速度较快，使焊溶池的存在时间较短，溶解的气体来不及从溶融的铝合金中上浮逸出，于是在焊缝中间和表面形成气孔，严重影响焊接接头的力学性能和气密性。为了减少气孔生成，可以釆取的措施有：a.选择合适的表面处理措施，切断形成气孔的气体来源。b.采用合理的工艺参数，使焊溶融金属中溶解的金属尽快上浮逸出。c.釆用合适的保护气体和合理的气体保护方式，加强激光焊接的气体保护。
由于激光焊接溶池的冷却和凝固速度较快，铝合金属于典型的共晶合金，所以，铝合金激光焊接时更容易产生热裂纹。激光-电弧复合焊接、激光填丝焊接、激光填粉焊接等新型激光焊接均可以有效减少激光焊接时热裂纹的产生。另外，如果采用脉冲激光焊接时，合理优化脉冲波形，以控制热输入量，也可以减少热裂纹的产生。激光焊接过程中，镁和锌等低焰点元素容易被烧损，破坏了原来的合金强化作用，使得焊接接头的力学性能降低。可以釆取激光填粉焊接，补充焊接过程中烧损的镁和锌等低溶点元素，恢复合金原来的强化作用，提高焊接接头的力学性能。
近年来，国内外诸多学者致力于克服铝合金的激光焊接难点，消除铝合金激光焊接的缺陷，潜心钻研，不断推出铝合金激光焊接的新方法。另外，随着大功率、高性能激光器的研制成功，铝合金激光焊接工艺正在飞速发展。
三、结语
综上，除了以上提到的激光-电弧复合焊接、双光束激光焊接和电流强化C02激光焊接，激光填丝焊接、激光填粉焊接、顺序电弧激光焊接和激光辅助焊接等新型激光焊接工艺的研究也取得了质的飞跃，这在很大程度上解决了铝合金激光焊接中存在的诸多难点，减少甚至避免了铝合金激光焊接的缺陷，使得工业生产的各领域能够更加广泛的使用铝合金材料，为推动装备制造技术的飞速发展作出了巨大的贡献。
参考文献：
[1] 王承伟，曲仕尧，上新洪等.铝合金激光焊接的研究现状和发展趋势[J].金属加工.2008，8：38-40.
[2] 胡敏英，吴志生.铝合金激光焊接的工艺特点及发展现状[J].铝加工.2007，4： 36-38.