鋁合金具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和高強(qiáng)度，是工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶和化工行業(yè)。

隨著近年來科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求不斷增加，對鋁合金焊接的研究也不斷深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)大了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金焊接技術(shù)正成為研究的熱點之一。熟悉鋁合金的材料屬性是提高鋁合金焊接工藝的前提。

1.鋁合金材料本身的物理化學(xué)特性

鋁合金材料具有高反射性和高導(dǎo)熱性，從微電子結(jié)構(gòu)來看，鋁合金具有許多自由電子，密度不大，當(dāng)激光作用于此類電子時，會產(chǎn)生強(qiáng)振動和二次電磁波，導(dǎo)致強(qiáng)反射波和弱透射波，因此，鋁合金表面對激光反射率強(qiáng)，影響激光吸收率，同時，由于電子布朗運(yùn)動會顯著提高鋁合金材料的熱傳導(dǎo)。

我國對鋁合金材料的激光焊接進(jìn)行了大量研究，結(jié)果也證明了鋁合金材料的焊接需要在表面進(jìn)行預(yù)處理，如噴砂處理、砂紙?zhí)幚?、表面化學(xué)腐蝕、表面鍍、碳黑添加、氧化等。，可以減少光束反射，有效提高鋁合金工件對激光束的吸收率。此外，從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來看，V形波口或拼接（拼接間隙相當(dāng)于人工孔） 法可以增加鋁合金對激光的吸收，獲得較大的熔化深度，也可以使用合理的焊接間隙設(shè)計來增加鋁合金表面對激光能量的吸收。

2. 等離子體對鋁合金激光焊接的影響

在鋁合金激光焊接過程中，孔的出現(xiàn)可以大大提高材料對激光的吸收率，焊接可以獲得更多的能量，鋁元素和鋁合金Mg、Zn、Li沸點低，易蒸發(fā)，蒸汽壓力大，雖然有利于孔的形成，但等離子體的冷卻（等離子體屏蔽和吸收能量，減少激光對母材的能量輸入）使等離子體本身過熱，但阻礙孔的連續(xù)存在，容易產(chǎn)生孔等焊接缺陷，從而影響焊接型和接頭的力學(xué)性能，因此孔的誘導(dǎo)和穩(wěn)定性成為保證激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

由于鋁合金的高反射性和高導(dǎo)熱性，激光需要更高的能量密度來誘導(dǎo)孔的形成。能量密度閾值基本上由其合金成分控制，因此激光功率可以通過控制過程參數(shù)來確定，以確保適當(dāng)?shù)臒彷斎雭慝@得穩(wěn)定的焊接過程。此外，能量密度閾值在一定程度上也受到保護(hù)氣體類型的影響。例如，使用激光焊接鋁合金N2氣體容易誘導(dǎo)小孔，使用He氣不能誘導(dǎo)小孔。這是因為N2和Al發(fā)生放熱反應(yīng)，產(chǎn)生 Al-N-O 三元化合物提高了激光吸收率。

3. 鋁合金焊接產(chǎn)生的氣孔問題

鋁合金種類繁多，產(chǎn)生的氣孔各不相同，但通常與以下氣孔不同。

1） 保護(hù)氣體產(chǎn)生的氣孔。在高能激光焊接鋁合金的過程中，由于熔池底部小孔*金屬的強(qiáng)蒸發(fā)，保護(hù)氣體卷入熔池形成氣泡。當(dāng)氣泡在固體鋁合金中停留時，就會成為氣孔。

2) 小孔塌陷產(chǎn)生的氣孔。在激光焊接過程中，當(dāng)表面張力大于蒸氣壓力時，小孔將不能維持穩(wěn)定而塌陷，金屬來不及填充就形成了孔洞。對減少或避免鋁合金激光焊接中的氣孔缺陷也有很多實際措施，如調(diào)整激光功率波形，減少小孔不穩(wěn)定塌陷，改變光束焦點高度和傾斜照射，在焊接過程時施加電磁經(jīng)場作用以及在真空中進(jìn)行焊接等。近幾年來，又出現(xiàn)了采用填絲或預(yù)置合金粉未、復(fù)合熱源和雙焦點技術(shù)來減少氣孔產(chǎn)生的工藝，有不錯的效果。

3) 氫氣孔。鋁合金在氫環(huán)境中熔化后，其內(nèi)部氫含量可達(dá)0.69ml/100g以上。但凝固后，其平衡 的溶氫能力較多只有0.036ml/100g，兩者相差近20倍。因此，在從液體向固體轉(zhuǎn)變的過程中，必須沉淀液體鋁中多余的氫。如果沉淀的氫不能順利浮出，固體鋁合金就會聚集成氣泡，殘留成氣孔。

4. 鋁合金裂紋

問題：鋁合金屬于典型的共晶合金，在激光焊接快速凝固下更容易產(chǎn)生熱裂紋，在柱狀晶 邊界形成焊縫金屬晶體AL-Si或Mg-Si等低熔點共晶是裂紋的原因。

解決方法：激光焊接可采用填充或預(yù)置合金粉末等方法。通過調(diào)整激光波形，控制熱輸入也可以減少結(jié)晶裂紋。

簡而言之，鋁合金激光焊接需要首先了解材料本身的化學(xué)和物理特性，并結(jié)合相關(guān)的技術(shù)要點，以盡可能避免焊接過程中對工件材料的負(fù)面影響。鋁合金焊接技術(shù)作為鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，激光焊接、激光電弧復(fù)合焊接、雙光束激光焊接技術(shù)是近年來發(fā)展的鋁合金焊接技術(shù)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋁合金焊接技術(shù)困難將取得突破，鋁合金的應(yīng)用將越來越廣泛。