铝合金激光焊接缺陷和解决方法(激光焊接铝合金的难点及采取的工艺措施)

6061铝合金激光焊接为什么会出现裂纹,气孔,有什么方法可以解决?

裂纹：铝合金激光焊裂纹主要为结晶裂纹。由焊缝金属结晶时在柱状晶边界形成Al—Si或Mg-Si、A1-Mg2Si等低熔点共晶导致的。脉冲激光的不连续加热易产生结晶裂纹。连续激光裂纹倾向小一点。结晶裂纹两个条件：液态薄膜，应力。尽量减小冷却速度，应力小一些，裂纹倾向应该会小一些。

气孔：两种，Mg蒸汽、难熔氧化膜卷入造成气孔；氢气孔；铝合金表面清洁，气氛保护的好些。焊接采用较小的线能量。

激光焊接铝合金的几个难点

通常激光焊接铝合金时，会存在以下几个难点：

1.铝合金焊接容易产生气孔；

2.铝合金焊接易产生热裂纹；

3.焊缝线膨胀系数大，易导致焊接变形；

4.铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；

5.合金表面易产生难熔的氧化膜(A12O3其熔点为2060℃)，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；

6.铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍

铝合金焊接缺陷

一、强的氧化能力铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约为0．1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1．4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是：

1、焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物；

2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；

3、在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。

二、铝的热导率和比热大，导热快尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。

三、线膨胀系数大铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6．5%－6．6%，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。

四、容易形成气孔

焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已为实践所证明。氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。

铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对氢的来源要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用焊接材料（包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体）的含水量，使用前要进行干燥处理。清理后的母材及焊丝最好在2－3小时内焊接完毕，最多不超过24小时。TIG焊时，选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时，选用大的焊接电流慢的焊接速度，以提高熔池的存在时间。Al－Li合金焊接时，加强正、背面保护，配合坡口刮削，清除概况氧化膜，可有效地防止气孔。

五、焊接接头容易软化

焊接可热处理强化的铝合金时，由于焊接热的影响，焊接接头中热影响区会出现软化，即强度降低，使基体金属近缝区部位的一些力学性能变坏。对于冷作硬化的合金也是如此，使接头性能弱化，并且焊接线能量越大，性能降低的程序也愈严重。针对此类问题，采取的措施主要是制定符合特定材料焊接的工艺，如限制焊接条件，采取适当的焊接顺序，控制预热温度和层间温度，焊后热处理等。对于焊后软化不能恢复的铝合金，最好采用退火或在固溶状态下焊接，焊后再进行热处理，若不允许进行焊后热处理，则应采用能量集中的焊接方法和小线能量焊接，以减小接头强度降低。

六、合金元素蒸发和烧损

某些铝合金含有低沸点的合金元素，这些元素在高温下容易蒸发烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，降低了焊接接头的性能。为了弥补这些烧损，在调整工艺的同时，常常采用含有这些沸点元素含量比母材高的焊丝或其他焊接材料。

七、铝在高温时的强度和塑性低

铝在370℃时强度仅为10Mpa，焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿，为了解决这个问题，焊接铝及铝合金时常常要采用垫板。

八、焊接接头的耐腐蚀性能低于母材

热处理强化铝合金（如硬铝）接头的耐腐蚀性的降低很明显，接头组织越不均匀，耐蚀性越易降低。焊缝金属的纯度或致密性也影响接头耐蚀性能。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蚀性就会明显下降，不仅产生局部表面腐蚀而且经常出现晶间腐蚀，此外对于铝合金，焊接应力的存在也是影响耐蚀性的一个重要因素。

为了提高焊接接头的耐蚀性，主要采取以下几个措施：

1、改善接头组织成分的不均匀性。主要是通过焊接材料使焊缝合金化，细化晶粒并防止缺陷；同时调整焊接工艺以减小热影响区，并防止过热，焊后热处理。

2、消除焊接应力，如局部表面拉应力可以采用局部锤击办法来消除。

3、采取保护措施，如采取阳极氧化处理或涂层等。

九、无色泽变化，给焊接操作带来困难

铝及铝合金焊接时由固态转变为液态时，没有明显的颜色变化，因此在焊接过程中给操作者带来不少困难。因此，要求焊工掌握好焊接时的加热温度，尽量采用平焊，在引（熄）弧板上引（熄）弧等。

铝合金缺陷的修复方法是什么？

由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多属于难熔性质(如Al2O3的熔点约为2050℃，MgO的熔点约为2500℃)加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。由于氧化膜比重同铝的比重极其接近，所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。同时铝及其合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。这是铝及其合金焊接时颇感困难的问题。目前熔化焊中最常用的氩弧焊是靠“阴极雾化”作用，将氧化膜破碎，在氩气的保护下，使氧化膜不能重新产生。但是在焊接热处理强化处理后的铝合金时，近缝区存在强度大大削弱的现象，也不可避免的会产生翘曲变形。金属表面修补机主要用于修复铸造缺陷，它有逆变式高频+脉冲电源、可使焊丝高速旋转的焊枪和控制部分组成。其修复缺陷的机理为：利用高频+脉冲电压将气体击穿形成等离子气，从而产生温度可达6000℃以上的电火花，电火花将可熔性旋转电极(即焊丝)瞬间(10-5—10-6秒)和与其接触的母材同时熔化，依靠瞬间高温和旋转焊丝与母材的机械摩檫及旋转电场力的综合作用，使氧化膜破碎，在氩气的保护下，使氧化膜不能重新产生，从而完成焊丝与母材的冶金结合。由于电火花作用时间短，与焊丝直接接触的母材局部熔化，铝的导热性很好，瞬间将输入的热量扩散并散失到空气中，基体几乎不产生温升，从而基体不会变形，精密铸铝件机械加工后进行缺陷的修复，而不会影响尺寸精度。修补后表面经过修锉打磨或机械加工，外观可以和基体保持一致。

铝合金激光焊接有哪些方面的难点及解

焊接难点一、对材料的激光吸收率低

1)采取适当的表面预处理工艺.比如说砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀等预处理措施.增加材料对激光的吸收率.

2)减小光斑尺寸,增加激光功率密度.

3)改变焊接结构,使激光束在间隙中形成多次反射.便于铝合金焊接

焊接难点二、易产生气孔和热裂纹

1) 经过多次焊接试验和研究发现,在焊接过程中调整激光功率波形,可以减少气孔不稳定塌陷,改变激光束照射的角度以及在焊接中施加磁场作用,都可以减少焊接时产生的气孔.

2)在使用YAG激光器时,可以通过调整脉冲波形,控制热输入,以减少结晶裂纹.

焊接难点三、焊接过程中,焊接接头力学性能下降

如何改善铝合金激光焊接的质量

铝合金激光焊接开始时，存在高反射现象，严重影响材料对激光能量的吸收，而波长越短，材料对光的吸收就越好，因此，光纤激光比CO2激光对铝合金的吸收要好。光纤激光的光束模式也会比CO2激光好，能量密度更加集中。一旦材料开始吸收光能，对液态金属对光的反射率就明显下降。

采用双光斑激光焊，能够明显改善气孔率，主要是因为采用双光束进行焊接时，两束光形成一个相对较大的匙孔，提高了匙孔的稳定性，有利于气体的逸出；相比于串行双光束，采用并行双光束焊接时，熔池内部温度梯度更小，降低了液态金属凝固速度，延长气泡的逸出时间，有利于减小气孔倾向；并行双光束激光焊也能提高送丝的稳定性，对稳定焊接质量有利。

采用激光填丝焊，相比铝合金激光自熔焊，能够得到更好的成型。激光填丝焊能够兼容激光焊的高能量密度和填丝焊的高桥接能力，对于有一定间隙的焊缝，能够保证良好的成型效果。而且通过不同的填充材料的选择，可以对母材进行不同的化学冶金，起到一定合金元素补充且强化的功效。

采用激光复合焊，通过激光与电弧的复合，能够有效消除激光焊形成的等离子体的影响。通过光丝间距、吹气、焊枪角度等参数的调节，能够获得美观的焊缝，而且对于厚板无需开坡口或只需开小坡口就可以形成良好的焊缝。

采用功能强大的激光头，能够稳定焊接质量。随着激光加工的深入开发，功能越来越强大的激光头得到快速的应用。目前激光头，能够在一定范围内上下左右浮动而不改变光斑大小，也不影响光丝配合，非常利于大批量的生产应用，能改善材料因加工而产生的少量尺寸偏差而引起的焊接缺陷。

采用合适的焊接工艺参数，能够保证焊接质量。铝合金激光填丝焊接的激光功率和焊接速度的优化参数范围关系：激光功率和焊接速度的优化匹配参数曲线呈直线式上升，斜率基本保持不变。每一个给定的激光功率值，在优化参数曲线上都有一个优化的焊接速度与之对应，且焊接速度可在一定范围内变化仍能获得成形质量好的焊缝，此区域属于焊接稳定区。在某一功率值时，当焊接速度过大，热输入变小，铝合金板材不能焊透，此时焊接速度过大则向上超过稳定区范围，属于未熔透区；当焊接速度过小，热输入过大，熔池下塌严重，此时属于熔池坍塌区。要获得稳定的焊缝成型，需要匹配合适的焊接工艺参数。

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