鋁合金門窗邊框焊接

眾所周知，鋁合金的焊接與一般的碳鋼，不銹鋼等的焊接不同，有很多問題需要解決。

    下面從鋁合金材料在焊接中的特點以及焊接難點，解決方法這幾方面講述如何進行鋁合金的焊接。

鋁合金材料在焊接過程中的特點以及焊接難點：

1、熱導(dǎo)率很大，大約為鋼的 2 到 4 倍，同時耐熱性很差，一般鋁合金均不耐高溫，膨脹系數(shù)大，容易產(chǎn)生焊接變形，焊接裂紋傾向也很明顯，而且越薄的鋁合金板材越難焊接，容易焊穿。

2、鋁合金焊接中易產(chǎn)生氣孔，由于在熔池中的氫不能在焊縫成型之前排出就導(dǎo)致了焊縫中存在氣孔。

3、鋁合金表面直接暴露在空氣中特別容易在表面產(chǎn)生一層難熔的氧化模（成分為三氧化二鋁），這層氧化模的熔點高達 2050 度，因此在進行鎢氬弧焊時會產(chǎn)生氧化模 打不透無法焊接等情況。

4、鋁合金的焊接接頭軟化情況嚴重，焊縫強度系數(shù)均低于母材。

5、鋁合金材料在溶化狀態(tài)下表面張力小，很容易凹陷。

光纖激光器的快速發(fā)展為解決這一難題帶來了契機，光纖激光器誕生于20世紀60年代，受當時技術(shù)條件限制，發(fā)展比較緩慢。自1988年Snitzer等人提出雙包層光纖以來，基于這種包層泵浦技術(shù)的光纖激光器和放大器獲得了快速發(fā)展，光纖激光器的輸出功率水平快速提升，并廣泛應(yīng)用于高精度激光加工、光通信及國防等領(lǐng)域。

  相對于傳統(tǒng)焊接設(shè)備，光纖激光器光束質(zhì)量好、體積小、精度高、光電轉(zhuǎn)換效率高。在焊接消費類電子產(chǎn)品的鋁合金結(jié)構(gòu)件時，能夠很好地避免傳統(tǒng)激光器焊接時存在的一些問題。在此將光纖激光器和在消費類電子產(chǎn)品鋁合金結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用廣泛的脈沖激光器進行對比研究，以確定光纖激光器是否能夠成功應(yīng)用于此類產(chǎn)品上。

強度和穩(wěn)定性

      焊接裂紋會明顯降低焊接接頭的強度，對產(chǎn)品的實用性和可靠性有巨大影響，是具危害的焊接。鋁合金脈沖激光點焊時，裂紋是影響焊接強度的一個重要因素，由于裂紋的不可避免性以及不規(guī)律性，造成鋁合金點焊的強度遠遠低于材料本身的強度，并且各個焊接產(chǎn)品之間的強度差異也很大，穩(wěn)定性較差。而光纖激光器連續(xù)焊接方式焊接鋁合金能夠避免焊接裂紋的產(chǎn)生，有效提高焊縫的強度和穩(wěn)定性。

      光纖激光器和脈沖激光器焊接同一鋁合金產(chǎn)品的焊接拉力進行對比。經(jīng)計算，光纖激光器的平均拉力是脈沖激光器的3.9倍，而拉力數(shù)據(jù)的標準偏差只有脈沖激光器的1/3。結(jié)合圖3的金相分析可知，光纖激光器的焊縫結(jié)合部位的寬度比脈沖點焊小得多，但是拉力能達到脈沖激光器的近4倍，這是因為：（1）光纖激光器焊縫在長度方向上仍有延伸，實際的有效結(jié)合面積并不比脈沖焊點小；（2）脈沖焊點的氣孔和裂紋等焊接造成其焊接強度遠低于母材強度，而光纖激光器焊縫的強度接近母材。因此，光纖激光器在焊接該類型產(chǎn)品時，相比脈沖激光器能夠有效提穩(wěn)定性。

焊接效率

      由于光纖激光器縫焊的拉力大大高于脈沖激光點焊，這為提高焊接效率提供了空間，通過減小焊縫條數(shù)和焊縫長度，能夠在較高的焊接效率條件下，實現(xiàn)與脈沖激光點焊相同甚至更高的焊接拉力。

      在實際操作過程中，通過合理優(yōu)化焊接參數(shù)、焊縫條數(shù)、長度以及焊接位置等，光纖激光器分段連續(xù)縫焊工藝完全可以替代原有的脈沖激光點焊工藝。根據(jù)實際生產(chǎn)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該工藝獲得了原有脈沖激光點焊工藝3倍以上的生產(chǎn)效率，同時，將焊接拉力提高到原有脈沖激光點焊工藝的1.5倍以上。

焊接變形

      鋁合金線膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接變形。激光焊接鋁合金的變形量相對較小，但是在焊接IT構(gòu)件類程度較高的產(chǎn)品時，即使微小的變形仍然會產(chǎn)生影響，需要進行預(yù)防控制。一般采用傳統(tǒng)連續(xù)激光器進行縫焊的熱輸入量都要大于脈沖激光點焊，因此變形量也會比脈沖激光點焊大。而光纖激光器由于具有優(yōu)異的光束質(zhì)量，光斑更小，能量更集中，能夠以更快的速度和更小的熱輸入量進行焊接，因此產(chǎn)品變形相對傳統(tǒng)連續(xù)激光器更小。

 由于光纖激光器具有上述特點，同時光纖激光器焊接鋁合金IT構(gòu)件產(chǎn)品時的強度遠高于脈沖激光器，通過合理優(yōu)化光纖激光器的焊接參數(shù)、焊縫條數(shù)、焊縫長度以及分布位置，在滿足工件的強度要求的同時，減少了焊接過程中注入工件的整體熱量，以達到進一步減小工件焊接熱變形的目的。經(jīng)測量，光纖激光器縫焊工件的整體焊接變形量超出脈沖激光點焊3.5%，相對脈沖激光點焊工藝差異不明顯，能夠滿足實際需求。

產(chǎn)品外觀：

      IT構(gòu)件類產(chǎn)品對外觀都有較高的要求，而鋁合金材料受元素偏析、表面粗糙度、氧化層等影響，造成工件表面激光吸收率不一致，這種現(xiàn)象對激光脈沖點焊影響。采用脈沖激光點焊時容易出現(xiàn)未焊合、飛濺、煙塵等問題，影響產(chǎn)品外觀和性能，需要進行二次清理。

      光纖激光器連續(xù)縫焊鋁合金時，焊接過程更加平穩(wěn)，不易產(chǎn)生飛濺和煙塵，無需進行二次清理，在外觀和工序上均優(yōu)于脈沖激光器。

光纖激光焊接優(yōu)勢：

     （1）采用光纖激光器連續(xù)縫焊鋁合金IT構(gòu)件產(chǎn)品可以避免脈沖激光點焊時常出現(xiàn)的焊接裂紋、氣孔等，大大提高了焊接強度及其穩(wěn)定性。

     （2）通過優(yōu)化光纖激光器的焊接參數(shù)、焊縫條數(shù)、焊縫長度以及分布位置，可以減小焊接變形，提高生產(chǎn)效率。

     （3）光纖激光器焊接鋁合金IT構(gòu)件時，焊縫平滑美觀，不易產(chǎn)生飛濺、煙塵等，不需要進行二次清理，減少了生產(chǎn)工序。

     （4）光纖激光器的分段縫焊工藝在焊接強度、整體外觀、生產(chǎn)效率等方面均優(yōu)于脈沖激光器的點焊工藝，并且在變形量與脈沖激光器相當，完全可以取代普通脈沖激光器在鋁合金IT構(gòu)件產(chǎn)品上的應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用價值。

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