铝合金激光焊接技术的应用与发展

随着激光技术和铝合金开发技术的发展，进一步开展铝合金激光焊接应用技术的基础研究，开发铝合金激光焊接新技术，更有效地拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力，从而了解铝合金激光焊接技术的应用现状和发展趋势尤为重要。高强度铝合金具有较高的比强度，比刚度，良好的耐腐蚀性，可加工性和机械性能，已成为航空航天，船舶和其他运输领域轻量化制造中必不可少的金属材料。其中，飞机应用是最受欢迎的。 。焊接技术在提高结构材料的利用率，减轻结构的重量以及实现复杂和异质材料的低成本制造方面具有独特的优势。铝合金激光焊接技术是一个热门话题。与其他焊接方法相比，激光焊接光束的能量密度为109 W / cm2。同时，具有集中加热，热损伤小，焊缝宽宽比大，焊接变形小的优点。焊接过程易于集成，自动化和灵活。 ，可以实现高速高精度焊接，并且焊接过程不需要真空环境，不产生X射线，特别适合于复杂结构的高精度焊接。这项技术在工业中的比重已成为衡量一个国家工业加工水平的重要指标。例如，空中客车A380和奥迪A8使用铝合金结构的激光焊接是其先进性的标志。因此，激光焊接是铝合金焊接技术的重要发展方向。随着材料技术的发展，各种高强度高韧性铝合金不断被引进，特别是第三代铝锂合金和新型高强度铝合金的出现，提出了越来越高的要求。用于铝合金激光焊接技术。合金的多样性也带来了许多新的激光焊接问题，因此必须深入研究这些问题，以更有效地扩展铝合金激光焊接结构的应用潜力。高功率激光激光焊接是一种将高强度激光辐射到金属表面，并通过冷却和结晶使金属熔化以通过激光和金属之间的热耦合形成焊缝的技术。根据激光焊接的热作用机理，可分为热传导焊接和深焊接两种。前者主要用于精密零件的包装焊接或微纳焊接，后者在焊接过程中通常会产生类似于电子束焊接的小孔。效果更好，形成了更深更宽的焊缝。激光深熔焊需要高激光功率。目前，在激光深熔焊中使用四种高功率激光器。特性如表1所示。激光CO2气体激光器的工作介质为CO2气体，输出的是10.6μm的m波长激光，根据激光的激发结构分为横流和轴流两种。虽然错流CO 2激光器的输出功率已达到150kW，但光束质量较差，不适合焊接。轴流式CO2激光器光束质量好，可用于焊接激光反射率高的铝合金。商业激光功率也达到25kW。 A318飞机铝合金的下壁是CO2双光束激光焊接。 AG YAG固体激光器的工作介质是红宝石，钕玻璃和掺钕钇铝石榴石。输出波长为1.06μm。 YAG激光比CO2激光更容易被金属吸收，并且受等离子体的影响较小。它具有纤维传输，灵活的焊接操作和良好的焊接位置可达性。它是目前焊接铝合金结构的主要激光器。光泵浦Nd：YAG固态激光器会在大功率运行时由于泵浦灯的输入能量而导致大部分热量损失hich导致激光腔温度升高和激光热透镜效应，从而使YAG激光功率和光电能量转换效率降低。近年来，使用半导体泵浦和激光泵浦代替光泵浦固态激光器不仅改善了光束质量，而且显着提高了能量转换率和泵浦灯的使用寿命。例如，Yb：YAGDisc激光能量转换效率达到20％，并且光束质量可与光纤激光器媲美。