一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
铝合金激光焊接中的常见问题解决方法铝是较为活泼的金属，电离能低、导热性很高，表面极易形成难熔的Al2O3膜，在焊缝中容易形成未熔合、气孔、夹杂、热裂纹等缺陷，降低焊接接头的力学性能。下面深圳市海维光电科技有限公司的小编就给大家介绍一下铝合金激光焊接中的常见问题解决方法。 为了实现激光对铝合金的焊接，可以从以下几个方面加以解决一些问题。 气体保护装置 铝合金中低熔点元素损失影响最大的因素是气体从喷嘴喷出时的压力，通过减小喷嘴直径，增加气体压力和流速均可降低Mg、Zn
等在焊接过程中的烧损，同时也可以增加熔深。吹气方式有直吹和侧吹两种，还可以在焊件上下同时吹气，焊接中根据实际情况选择吹气方式。 表面处理 铝合金对激光具有高反作用，对铝合金进行适当的表面预处理，如阳极氧化、电解抛光、喷沙处理、喷砂等方式，可以显著提高表面对光束能量的吸收。研究表明，铝合金去除氧化膜后的结晶裂纹倾向比原始态铝合金大。为了既不破坏铝合金表面状态，又能简化激光焊接工程工艺过程，可以采用焊前预处理的办法升高工件表面温度，以提高材料对激光的吸收率。 激光器参数 焊接激光器分为脉冲激光器和连续激光器，脉冲激光器波长1064nm时光束特别集中，脉冲单点能量比连续激光器的大。但是脉冲激光器的能量一般不超过，所以一般适用薄壁焊件。 脉冲模式焊接 激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等，通常一个脉冲波时间以毫秒为单位，在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。铝合金表面对光的反射率太高，
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60%-98%的激光能量因反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。 因此一般焊接铝合金时最优选择尖形波（见图 1 ）和双峰波，波形上升阶段是为提供较大的能量使铝合金熔化，一旦工件中“小孔”形成，开始进行深熔焊时，金属熔化后液态金属对激光的吸收率迅速增大，此时应迅速减小激光能量，以小功率进行焊接，以免造成飞溅。此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。采用此波形，使焊缝熔化凝固重复进行，以降低熔池的凝固速度。此波形在焊接种类不同样品时可做适当调整。 选择合适的离焦量也可减少气孔的产生，离焦量的变化对焊缝的表面成形和熔深均有很大的影响，采用负离焦可以增加熔深，而脉冲焊接时，正离焦会使焊缝表面更加平滑美观。 由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当大于60°时，其有效焊接熔深降为零。
激光焊接技术应用及其发展趋势 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG 激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光
铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。 关键词:铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊 1 铝合金焊接的特点 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 铝合金焊接有几大难点: ①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; ②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺; ③铝合金焊接容易产生气孔; ④铝合金焊接易产生热裂纹; ⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; 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。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 2 铝合金的先进焊接工艺 针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。 铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。 搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910268470.9 (22)申请日 2019.04.03 (71)申请人 西安飞机工业（集团）有限责任公司 地址 710089 陕西省西安市西飞大道一号 (72)发明人 张颖云 陈素明 梁继忠 (74)专利代理机构 中国航空专利中心 11008 代理人 杜永保 (51)Int.Cl. B23K 26/02(2014.01) B23K 26/12(2014.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护装置 和保护方法 (57)摘要 本发明提供了一种钛合金激光焊接的焊缝 正面保护装置和保护方法，在焊缝正面的压紧夹 具上添加保护装置，保护装置开有与焊缝走向一 致的通气槽，保护装置处于焊缝的两侧并随焊缝 形状而变化。焊接过程中保护装置全程向焊缝正 面输送保护气体，保证熔池金属在不受在氧化的 条件下凝固和相变，最终到达室温状态。本发明 是利用激光焊接远距离和非接触的特点，省去焊 枪尾部的保护拖罩。权利要求书1页 说明书2页 附图2页CN 109865935 A 2019.06.11 C N 109865935 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109865935 A 1.一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护装置，包括一个压紧夹具，其特征在于所述压紧夹具上开有与焊缝走向一致的通气槽，通气槽两侧的高度不同，靠近焊缝的内侧边高度低于起支持作用的外侧边，通气槽内外侧边高度差为 2.0±0.2mm，在通气槽内壁，沿长度方向放置两层400目的铜网，铜网呈近圆形布局，铜网下边缘与基体下边缘平齐。 2.一种钛合金激光焊接的焊缝正面保护方法，其特征在于在焊接过程中，在正面保护装置的通气槽内输入惰性气体，惰性气体从通气槽与焊件切合面的间隙中出溢出，覆盖焊缝正面。 2
镁合金焊接技术的研究及发展 余福庆 （机械学院材料成型及控制工程 201007110） 摘要：镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景, 焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。介绍了镁合金的物理特性及应用特点。通过对国内焊接的研究现状及成果进行分析，简述了镁合金的应用情况及其焊接特点，介绍了镁合金的钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法及其研究。总结了各类焊接方法的特点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。 关键词：镁合金焊接研究现状 Research and development of magnesium alloy welding technology Yu Fuqing Mechanical College Material Forming and Control Engineering 201007110 Abstrac：Magnesium alloy has a broad application prospects in the field of aerospace, automotive, electronics, welding technology has become a key technology for restricting its application. The physical properties of magnesium alloy and application characteristics. Through the analysis of the research status and achievements of domestic welding, briefly the application of its welding characteristics of magnesium alloy, magnesium alloy gas tungsten arc welding, electron beam welding and resistance spot welding, friction stir welding, laser welding etc. several commonly used welding method and its research status. Summarizes the characteristics of the
一、铝合金激光焊接的发展 铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公 司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点： (1) 能量密度高，热输入量小，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。 (2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。 (3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。 (4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动 化生产。 二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性 这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小
27 激光焊接TC4钛合金组织性能研究 董智军 1, 2 吕 涛1 雷正龙1 陈彦宾1 李俐群1 周 恺3 马 瑞3 （1.哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001； 2.上海航天精密机械研究所，上海 201600；3. 北京动力机械研究所，北京 100074） 摘要：研究激光焊接对TC4钛合金焊缝成形和力学性能的影响，并利用OM 、XRD 和TEM 等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析。结果表明，激光焊接TC4钛合金成形较好，但在焊缝熔合线附近容易产生圆形气孔。焊缝由单一的α′马氏体构成，并呈网篮状分布。热影响区组织为α′马氏体和初始α相。焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材，而焊缝的硬度最高且硬度分布平缓。TC4钛合金焊接接头的室温平均抗拉强度为1126MPa ，与母材的抗拉强度相当，延伸率为11.12%，比母材略低，焊接接头均断在母材区域。 关键词：钛合金；激光焊接；微观组织；显微硬度；抗拉强度 Microstructure and Mechanical Properties of Laser Welded TC4 Alloys Dong Zhijun 1, 2 Lv Tao 1 Lei Zhenglong 1 Chen Yanbin 1 Li Liqun 1 Zhou Kai 3 Ma Rui 3 (1.State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin 150001; 2. Shanghai Spaceflight Precision Mechanism Institute, Shanghai 201600; 3. Beijing Power Machinery Research Institute, Beijing 100074) Abstract ：The effect of laser welding on the weld appearance and mechanical properties of TC4 (Ti-6Al-4V) alloys were discussed, and the microstructure characterization of the joints was investigated by means of OM, XRD and TEM. The experimental results showed that a good weld appearance could be obtained; however, some round blowholes emerged easliy near the weld fusion line. The weld seam is only composed of α’ martensite which takes on basket weave structure. And the microstructure of heat affected zone is constituted of α’ martensite and the initial α phase. The microhardness of the weld seam and heat affected zone is higher than that of the base metal. And the weld seam exhibits the highest values in the welded joint. The tensile strength of the laser welded joints is 1126 MPa at room temperature, which is equal to that of the base metal. The elongation of the joint, however, is slightly lower than the base metal with a ductility of 11.12%. The welded joints of TC4 alloys are all broken on the area of the base metal. Key words ：Ti alloy ；laser welding ；microstructure ；microhardness ；tensile strength 1 引言 钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性能好，以及良好的耐热性和焊接性等优点，在航天、航空、核工 业、舰船等国防和民用领域得到广泛应用[1 ～3] 。其中， Ti-6Al-4V(TC4)钛合金作为一种典型α+β两相钛合金，在飞机机身及其各种承力构件、发动机叶片、导弹舵翼等大型结构中广泛使用，据目前统计，TC4钛 作者简介：董智军（1988-），硕士, 焊接专业；研究方向：钛合金激光焊接组织和 性能方面的研究。 收稿日期：2012-12-11
镁合金焊接技术研究 2010年02月25日 0 前言 近10年来，由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。 镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。 本文介绍大连理工大学近年来开展的镁合金同种及其与异质材料的焊接研究工作，并展望了镁合金焊接技术在镁合金新型结构件产品上的应用。 1 激光焊接技术 1.1同种镁合金的激光焊接 激光焊接作为一种先进的连接技术，具有速度快、线能量低、焊后变形小、接头强度高等优点，得到了人们极大的关注。采用脉冲YAG激光对AZ31B变形镁合金进行对接焊，结果表明，镁合金激光焊焊缝变形小，成型美观，无裂纹等表面缺陷、背面熔透均匀，如图1所示。焊接接头热影响区不明显，无晶粒长大现象；焊缝区由细小的等轴晶组成，如图2所示。在本试验条件下，接头的抗拉强度可达母材的95%以上，实现了镁合金的良好连接。研究表明，激光焊接对焊接工艺参数要求严格，同时镁合金激光焊接过程中易出现裂纹、气孔、热影响区脆化和激光能量吸收率低等系列问题。 图1 激光焊焊缝表面形貌图2 镁合金激光焊接接头组织 1.2镁合金与铝合金的激光焊接 镁铝异种金属可以通过真空扩散焊、爆炸焊、搅拌摩擦焊等方法实现一定程度的连接，但其结合强度并不理想。造成这种结果的主要原因是两种材料焊接时在熔池内部形成了高硬度高脆性的金属间化合物。 SiC颗粒在铸造领域常常与镁、铝合金结合形成复合材料，可以细化材料的微观组织并且全面地提高机械性能；其在表面熔覆的工艺中也经常得到应用。针对SiC的性质及其在镁、铝复合材料中应
摘要 镁合金具有密度低，强度高，导热性能好，抗震性能好，电磁屏蔽性能优势以及应用在汽车，航空航天，电子信息产业，有广阔的发展前景。然而，在室温下，用紧密堆积的六方晶系结构的镁，滑系统，塑性变形。这些属性导致生产困难和昂贵的方法制备的镁合金部件的结构复杂。因此，使用镁合金结构简单焊接方法连接成一个复杂的结构，在镁合金结构件制造，不仅节省成本，而且还减少过程的复杂性的有效措施之一。在本文中，AZ31和AZ61变形镁合金的研究，通过调整不同的焊接工艺，金相组织分析和力学性能测试，系统的研究，不同的镁合金激光焊接和TIG焊接热输入量和焊接速度焊接参数接头的 组织和力学性能的影响，阐明组织演变，并获得焊接接头的力学性能之间的关系;强化机理模型预测了镁合金的高功率激光焊接接头的屈 服强度增强机制。的实验事实的基础上的理论分析，得出以下结论： 1、间增加的能量不仅会导致增加的TIG焊接接头的AZ31镁合金热影响区，热影响区和熔合区的晶粒粗化，连续减少β-相的热影响区和熔合区的颗粒或不连续β相增加。然而，如果该行的能量太低，将导致在焊缝中的未焊透和孔隙度，从而降低了在焊接接头的拉伸强度。 2、较小功率的前提下，AZ31镁合金激光焊接熔深增加线能量增加。焊缝的表面上的等离子体有利于激光焊缝的深度增加。随着焊接线能量在AZ31镁合金激光焊接熔合区，呈现胞状晶→胞状树枝晶→树枝晶→等轴晶的转变。此外，适度的提高线能量可以降低镁合金的激光焊接头的应变速率，降低焊接凝固裂纹的形成的概率。
关键词：镁合金;激光焊;钨极氩弧焊;微观组织;力学性能 ABSTRACT Magnesium alloys have low density, high specific strength, good thermal conductivity, excellent seismic performance, and good electromagnetic shielding performance and other advantages, has broad application prospects in the automotive, aerospace and electronic information industry. However, magnesium has the close-packed six party crystal structure at room temperature, slip, plastic deformation capacity low. These properties result in the complex structure of magnesium alloy production and preparation of difficult and high cost. Therefore, the use of welding method for magnesium alloy is simple structure will be connected with a complicated structure becomes magnesium alloy structural parts manufacturing industry not only cost savings,
铝及铝合金激光焊接技术 铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding)是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。 激光焊接铝合金有以下优点：①能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；②冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好； ③与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；④不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。 现在应用的激光器主要是CO2和YAG激光器，CO2激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小，铝合金表面对YAG 激光束的吸收率相对CO2激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。 在焊接大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。图3为激光焊接时的小孔形状。图4为激光深熔焊示意图。
铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。 3、铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。 4、焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。 二、铝合金激光焊接的问题和对策 1、铝合金对激光的吸收率问题 材料对激光的吸收率由下式决定 ε=0.365{ρ[1+β(т-20)]/λ}1/2 式中ρ—铝合金20度的直流电阻率，Ω.M β—电阻温度系数，℃-1 т—温度，℃ λ—激光束的波长 对于铝合金来说，吸收率是温度的函数，在铝合金表面熔化、汽化前。由于铝合金对激光的高反射，吸收率将随温度的升高而缓慢增加，一旦铝合金表面熔化、汽化，对激光的吸收率就会迅速增加。为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法： ü采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面（铣、车加工后）、电解抛光、喷砂（300目砂子）及阳极氧化（氧化层厚度u m级）4种表面状态下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等表面预处理措施对激光束的吸收是有效的。 ü激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光束的吸收率也增加。 ü焊接结构设计将工件坡口设计成斜30℃角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。 表1 铝表面状态对CO2激光束吸收率的影响
毕业设计（论文）、 题目镁和镁合金的焊接工艺 专业焊接技术及自动化 班级学号11G51218 姓名刘东洵 指导教师赵丽玲 2014 年06 月06 日
目录 1 绪论 (4) 2 课题的背景 (5) 3 材料介绍 (6) 4 激光焊接技术 (7) 1）同种镁合金的激光焊接 (7) 2）镁合金与铝合金的激光焊接 (7) 5 等离子弧焊技术 (8) 1）同种镁合金的变极性等离子弧焊 (8) 2）镁合金的变极性等离子弧缝焊 (9) 6 低能耗激光诱导增强电弧复合焊接技术 (9) 1）同种镁合金板材的焊接 (9) 2）同种镁合金薄板的焊接 (10) 3）异种镁合金板材的焊接 (10) 4）镁合金与钢异种金属的焊接 (11) 7活性焊接技术 (12) 1) 镁合金活性焊接 (12) 2）镁合金活性焊丝填丝焊接 (12) 8 熔化胶接焊焊接技术 (13) 1) 镁合金等离子弧胶接焊 (14)
2) 镁合金与铝合金的激光胶接焊 (14) 9 镁合金与铝合金的扩散焊接技术 (15) 10 镁合金焊接接头电弧喷涂防护技术 (16) 11 镁合金焊接技术的应用及展望 (17) 12 结论 (18) 13 参考文献 (19) 14 致谢 (20)
1. 绪论 近10年来，由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。 镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。
激光焊接在铝及铝合金制品中的应用 班级： 学号： 姓名：
一、引言 与传统的焊接方法相比，激光焊接具有热输入小、能量集中、大熔深、窄焊道、热影响区小、非接触焊接等诸多优点。因此，对于一些传统方法不易焊接的材料，激光焊接都可以胜任。铝是一种硬度特别低的金属，易导热，易变形，化学性质比较活泼，表面会形成一层极薄的氧化膜，使得铝的焊接比较困难。当采用一些传统方法对其进行焊接时(如TIG焊)，焊缝处经常会出现膨胀、变形等缺陷，而采用激光焊接时，这些缺陷会被大大降低。但是铝的激光焊接也存在许多问题，因为铝的反射率特别高，焊接时，大部分能量都会被反射掉，这就使得焊接铝制品材料时需要更大的功率，而铝的电离性及导热性等也都非常的高，在激光焊接时容易导致焊缝气孔率高、变形量大、光致等离子体的抑制以及焊缝裂纹等，以上这些缺陷，可以通过优化激光焊接时的工艺参数来尽量减少。金属对激光的吸收与多种因素有关，比如:激光波长、材料性质、温度、表面状况、偏振特性等。激光的波长越长，金属对激光的吸收率就越低。其中，铝的对激光波长的吸收范围最小，所以反射率最高，只有当激光的波长小于0.05 m时，铝的吸收率才较大，所以对于铝进行激光焊接是非常难的，焊接时需要尽可能大的激光功率才能保证能量的供应。除了铝以外，其他反射性较强的金属还有金、银、铜等。 二、激光加工技术 自从梅曼在1960年研发了第一台红宝石激光器到现在，科学家们通过几十年的努力，使得激光技术在各个领域已经获得了十分普遍的应用。由于激光具有良好的单色性、方向性、高能量密度等诸多优点，因此在人类生产生活中的各个领域都被广泛的应用。在军事上，各种大功率的激光武器不断问世，有些激光武器甚至可以在地面上直接将太空中的卫星击毁，这足以说明激光的威力;在工业上，美国的波音公司在进行飞机的机身对接时，主要用激光焊接取代传统的对接技术;宝马、奔驰等汽车公司在车身结合方面也广泛使用激光焊接、激光切割等加工技术。在材料加工方面，不仅可以对金属材料进行加工、甚至可以对陶瓷材料以及复合材料进行加工。目前，激光加工技术的类型较多，主要包括激光焊接、激光切割、激光表面给改性(包括:激光熔覆、激光合金化、激光淬火等)等。相比于其他的激光加工技术，激光焊接在加工业中的应用更加广泛。 三、激光焊接技术原理 激光焊接是将高能量密度的激光束作为热源直接照射到被焊材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料的局部温度短时间内决速达到熔点，熔化成液体然后快速凝固来实现对材料的焊接。激光焊接可以不需要填充材料而直接将两个被焊件连接起来，被焊接的两个部分可以是相同的金属，或是不同的金属，甚至是非金属等。 四、激光焊接技术分类 激光焊接有两种输出方式，分别为脉冲激光焊和连续激光焊。激光脉冲焊接时，激光的功率密度、脉冲宽度和峰值功率等是影响焊缝质量的主要参数。在观察焊缝成形特点时，根据焊缝的熔深大小，又可以把激光焊接分为熔深较小的热传导焊接和熔深较大的深熔焊接两类。两者的传热过程、焊缝形成机制、工艺特点和应用范围有很大区别。 热传导焊接时，激光能量首先作用于材料的表层，随着表层能量的不断升高，温度也逐渐升高，待达到熔点后表层材料开始熔化，并将能量继续向下传导形成焊接熔池，同时，由于激光还要按一定的速度进行相对运动，这样便形成焊缝。由上述焊缝形成机理可知，靠热传导方式获得的熔深肯定是比较浅的，焊缝的深宽比小，一般焊缝宽度为熔深的2倍以上。
─、铝合金焊接有几大难点：①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；②铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3 其熔点为2060 ℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；③铝合金焊接容易产生气孔；④铝合金焊接易产生热裂纹；⑤线膨胀系数大，易产生焊接变形；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。 （1）铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率很低，“小孔”的诱导比较困难。 （2）铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展，使得焊接稳定性差。 （3）铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。 （4）焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。 因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 二、激光焊接铝合金有以下优点：①能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；②冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；③与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；④不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X 射线；⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。 在激光点焊过程中，光斑直径与激光入射在试件上所形成的初始匙孔大小存在一定的对应关系，而能量密度则决定了熔池的扩展速度。当离焦量绝对值较小时，激光光斑直径小，激光功率密度大，焊点熔池扩展的速度较快，但初始匙孔的直径小；相反情况下，离焦量较大，初始匙孔的直径大，但是熔池扩展速度变慢，得到的焊点尺寸不一定很大，故在离焦量的变化过程当中光斑直径和焊点表面功率密度的综合作用决定了焊点尺寸的大小。 三、为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法： （1）采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面(铣、车加工后) 、电解抛光、喷砂(300目砂子)及阳极氧化(氧化层厚度μm 级) 4种表面状况下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等铝表面预处理措施对激光束的吸收是有效的。 （2）激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光的吸收率也增大。 （3）焊接结构设计将工件坡口设计成斜30°角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。
铝合金激光焊接技术 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
一、铝合金激光焊接的发展 铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为具有其独特的优点： (1) 能量密度高，热输入量小，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。 (2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。 (3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。