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图(
双束激光焊
研究表明， 采用双束激光焊接铝合金的优点及 第一束激光用于形成熔池并对附近的区 机理是： "# 域进行预热； 当第二束激光照射该处时， 由于前面 能量的积累， 就可以熔化更多的母材， 从而形成较 宽的熔池， 使激烈发生的金属蒸气可以有较宽的通 道析出， 从而减少飞溅。 $# 由于第二束激光增加了熔
哈尔滨工业大学对激光复合 0*+ 同轴 &’’/ 年， 结果表明， 与旁轴热源相 热源$1%进行了研究,见图 !-。 比， 该热源更大程度地降低了激光的被削弱程度； 同 时， 还克服了旁轴热源加热作用非对称性、 作用点 分离以及设备体积大、 要求高等缺点$/%。 兰州 !""( 年， 理 工 大 学 通 过 23+ 激 光 与 脉 冲 0*+ 复 合 实 验 发 现， 焊缝熔深与激光焊相比增加 1 倍， 与脉冲 0*+ 焊接相比增加 4 倍以上， 焊速显著提高。 国内外对 )*+ 、 等离子强化激光焊接热源 0*+、 的研究表明， 采用电弧强化激光焊接铝合金有以下 特点$5%： "# 由于电弧对激光等离子体的稀释作用以及
的分子相互碰撞， 可以产生微弱的气体电离， 产生 7.< 为电弧提供导电通道。 =激光激发等离子弧>， 目前， 该技术的研究还处于起步阶段， 无法解 决铝合金焊接中存在的气孔、 裂纹等缺陷问题， 它在 铝合金焊接领域的应用还有待于进一步研究。 4554 年， /?@*%A 等人对 激 光 辅 助 摩 擦 搅 拌 焊 接方法进行了初步研究。 在该方法中， 激光能的主 要作用是对旋转工具前方的工件进行局部预热， 从 而使工件产生塑化现象。 由于激光的高温作用使 位于旋转工具前方的工件软化， 所以可以减小夹具对 工件的夹持力和焊接变形； 此外， 由于激光热能的 预热作用， 在实现高速焊接的同时降低了对旋转工 具的磨耗。 实验证明， 采用该技术进行 铝 镁合金焊 接， 可以获得无缺陷=’BCBDEFCGBB>的微细结构。 该方法设备复杂、 昂贵， 对焊接条件要求较高， 要在工业应用中推广， 还有待于进一步的研究与改进。
文献标识码： /
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铝合金的顺序电弧激光焊接
!""# 年， $%&’( )*+%&,* 等人利用 -./ 焊接热
源代替双束激光焊中的第一束激光， 从而实现了采 用顺序电弧激光焊接铝合金012。 焊接过程中电弧和激 光的相对位置如图 3 所示。 -./ 电弧在前用于形成 熔池， 激光束在后直接对熔池进行作用。
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结论
激光焊、 电弧强化激光焊、 双束激光焊、 顺序电
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铝合金的双束激光焊
采用单独激光焊接铝合金时， 由于钥孔塌陷会 产生小孔、 飞溅， 这是激光焊接铝合金时最常见的 焊接缺陷。 针对这一问题， 人们研制开发了双束激 焊接时可以采用高能量脉冲激 光焊$#%,如图 ( 所示- ， 光6低能量连续激光， 也可以将一束激光分成功率不 同的前后两束。
图&
旁轴电弧强化激光焊
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铝合金的激光焊
收稿日期： %##,)#W)#’ 作者简介： 宋东风 !*0W* — & ， 男， 河北河间人， 在读硕士， 主要
从事焊接控制及其自动化的研究工作。
近几年， 固体激光焊机的功率不断增加， 商业 功率为 %’ YV 的 /2% 用 3P)XA+ 焊机已经达到 , YV。 激光器可以 *R!RC6 的速度焊 %WRR 板， *# YV 的可以 相同速度焊 *’ RR 板。 随着大功率、 高性能激光焊机 的不断出现， 铝合金的激光焊接技术也得到了很大 的发展， 成为最有前景的铝合金焊接方法Z*[。 激光焊接铝合金的优点是： 热输 +7 能量密度高， 入量小， 焊接变形小， 能得到窄的熔化区和热影响 区以及熔深大的焊缝。 焊缝组织微细， /7 冷却速度快， 故焊接接头性能良好。 功能多、 适应性强、 87 焊接速度快、 可靠性高， 且不需要真空装置。 然而， 由于铝合金的特殊性质， 该焊接方法也 存在着很多问题。 主要表现在： +7 铝合金对激光有极 高的表面初始反射率 ! 对 /2% 激 光 超 过 0#\ ， 对波 长 *.#- ! R 的 XA+ 激光接近 W#\& ， 造成激光在母 材未熔化时吸收很差， 效率很低。 /7 激光焊接焊缝冷 却快， 熔池存在时间很短， 气体不易析出， 易产生气 孔； 脉冲激光突发功率大， 强大 87 由于熔池深而窄， 的蒸气通过很窄的液体产生很大的飞溅； 07 焊缝太窄 使跟踪、 对中很困难， 对接头准备、 焊接位置及焊接 厚度等要求较严格； 容易产生低 "7 焊缝金属结晶时， 熔点共晶， 从而形成结晶裂纹； *7 激光焊接可以烧损 铝合金中的 @7、 破坏合金强 ]6 等低熔点合金元素，
9CJ: RDC6 R:E=5P>： GD>:F O:GPC67 ， DFM D?7R:6E:P GD>:F O:GPC67 ， P5?LG: GD>:F O:GPC67 ， GD>:F O:GPC67 C6 M5RLC6DEC56 OCE= DFM D6P GD>:F D>>C>E O:GPC67.(=: M=DFDME:FC>ECM> D6P R:M=D6CMDG NFC6MCNG: 59 :J:FK R:E=5P DF: PC>M?>>:P. S:K O5FP>： DG?RC6?R DGG5K ； O:GPC67 ； GD>:F； R:M=D6CMDG NFC6MCNG:
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焊 接 精 萃 — — 激 光 焊 接 技 术
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激光焊接技术
第 (1 卷
化作用， 严重降低焊缝强度。
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铝合金的电弧强化激光焊
焊 接 精 萃 — — 激 光 焊 接 技 术
为解决铝合金激光焊接存在的上述问题， !" 世纪 #" 年代末， 伦敦帝国大学对电弧加强激光焊接 进行了研究， 并且首次提出了电弧强化激光焊的概 念$!%。 此后， 国内外很多的大学和科研机构对该方法 进行了大量的研究和改进。 目前， 德国、 日本和英国 等发达国家对该方法的研究已经较为成熟， 并已广 泛应用于汽车制造等行业。 天津大 国内对该方法的研究起步较晚。 &’’( 年， $(% 学对激光复合 )*+ 旁轴热源 的机理进行了研究,如 图 & 所示 - 。 研究表明， 激光和电弧并不是简单的叠 加， 而是相互作用。 一方面， 在焊接过程中， 电弧稀释 了激光等离子体， 从而大大降低了其对激光的吸收、 散射、 反射等削弱作用； 同时， 通过电弧对工件的预 热， 大大降低了工件对激光的反射作用； 另一方面， 激光有很强的电弧控制作用， 增加了电弧的稳定性， 有利于高速焊接。 此外， 该研究还表明， 高速焊接条 件下， 焊缝熔深比单独激光焊的熔深有很大的提高， 约增加了 !./ 倍。
第
", 卷 第 0 期 %##, 年 0 月
UG:MEFCM V:GPC67 @DM=C6:
T5G.", 35.0 1:NE.%##,
焊接精萃——激光焊接技术
铝合金激光焊接技术的发展现状
宋东风， 胡绳荪， 马 力
天津 "###$%& !天津大学 材料科学与工程学院，
介绍了近年发展起来的基于激光热源的铝合金焊接技术。 它主要包括 ’ 种方法： 激光焊、 电弧 摘要： 强化激光焊、 双束激光焊、 顺序电弧激光焊、 激光辅助焊接， 讨论了每种方法的特点和作用机理。 铝合金； 焊接； 激光； 机理 关键词： 中图分类号： ()*)*； (+,’-.$
图!
同轴电弧激光强化激光焊
电弧对工件的预热作用， 提高了激光的有效利用率； 再与电弧热输入叠加， 有利于增加熔深， 实现高速焊 熔池宽度增加， 提高了坡口间隙 接。 $# 由于电弧作用， 的允许公差， 使得焊缝跟踪更加容易。 %# 激光产生的 等离子体对电弧的吸引和压缩可稳定焊接电弧， 从 而使焊接过程更稳定。 &# 电弧的增强提高了工件对 激光的有效吸收， 加之电弧热输入的摄取， 可以大幅 度降低激光器的功率输出， 从而节约成本。
序言
铝合金具有质量轻、 比强度高、 无磁性、 耐锈蚀、 热稳定性好、 易成形、 再生性好和结构简单等优点， 在各种焊接结构和产品中具有很好的应用前景。 由于铝合金的化学活泼性很强， 表面极易形成 氧化膜， 且具有难熔性质， 加之铝合金导热性强， 焊 接时容易造成不熔合现象； 同时， 氧化膜可以吸收 较多的水分， 从而导致焊缝气孔的形成； 此外， 铝合 金的线膨胀系数大， 导热导电性强， 焊接时容易产 生咬边、 翘曲变形等缺陷， 并且焊后接头力学性 能 下降。 因此， 提高铝合金的焊接技术， 研究、 开发新 的铝合金焊接方法， 成为决定铝合金在诸多领域应 用的关键技术之一。 激光焊接具有 与传统的 (H+ 焊、 @H+ 焊相比， 焊接质量高、 精度高、 速度快的特点， 被誉为 %* 世 纪最有希望的焊接方法， 也是当前发展最快、 研究 最多的方法之一。 近年来， 焊接工作者们研究探讨了 多种应用激光热源进行铝合金焊接的新方法。