激光脉冲波形对铝合金焊接效果的影响_郭永强

激光脉冲对材料加工效果的影响分析激光技术在材料加工领域具有广泛的应用前景，尤其是激光脉冲技术，其高能量密度和瞬时性的特点使其在材料加工中表现出卓越的效果。

本文将对激光脉冲对材料加工效果的影响进行详细分析，从熔化、气化、表面改性等方面展开讨论。

首先，激光脉冲对材料的瞬时加热作用使得材料发生熔化。

激光脉冲产生的高能量将瞬间聚焦在材料表面，导致材料温度急剧升高，当温度达到材料的熔点时，材料开始熔化。

激光脉冲对熔化过程的影响与脉冲能量、脉冲宽度和重复频率等因素密切相关。

较高能量密度的激光脉冲可以更快速地实现熔化，而较小脉冲宽度和较高重复频率可以实现更精细的控制。

其次，激光脉冲加工过程中还存在气化现象。

当激光脉冲作用到材料表面时，材料表面会因为高温蒸发产生气体，气体的产生对材料的加工效果具有重要影响。

一方面，气化现象可以提高材料与激光之间的耦合效率，增加能量转化效率，进一步提高加工效果。

另一方面，过多的气化现象可能导致材料表面产生气孔、裂纹等缺陷，降低加工质量。

因此，在实际应用中需要根据具体材料特性和要求合理调控激光脉冲参数，以有效控制气化现象。

此外，激光脉冲还能够实现对材料表面的改性。

激光脉冲在与材料交互作用过程中可以改变材料表面的形貌、结构和性能。

例如，通过优化激光脉冲参数，可以实现金属材料表面的表面合金化、共晶合金化等改性效果，提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。

另外，激光脉冲还可以实现材料表面的纳米结构化，通过表面纳米结构可以提高材料的光吸收、光散射等性能，广泛应用于太阳能电池、光电子器件等领域。

然而，激光脉冲对材料加工效果的影响也受到一些因素的限制。

例如，材料的热传导性、吸收特性和光学性质等均会影响激光脉冲在材料中的传播和吸收，进而影响加工效果。

此外，材料的熔点、热导率和扩散系数等也会对加工效果产生影响。

因此，在实际应用中，需要通过合理设计激光脉冲参数，并考虑材料特性，以实现最佳的加工效果。

激光焊接铝合金的难点及采取的工艺措施一、1.1 铝合金材料的特性铝合金是一种非常优良的金属材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点。

铝合金的这些优点也给激光焊接带来了一定的难度。

铝合金的高反射率使得激光束在焊接过程中容易产生散射，影响焊接质量。

铝合金的热导率相对较低，导致焊接过程中热量难以迅速传递到熔池，容易产生气孔等缺陷。

铝合金中含有较多的杂质元素，如铜、镁等，这些杂质会与激光发生反应，形成有害物质，影响焊接质量和稳定性。

二、2.1 激光焊接技术的发展为了克服铝合金激光焊接的难点，研究人员不断尝试改进激光焊接技术。

目前，主要采用的激光焊接方法有脉冲激光焊接、连续波激光焊接、调制激光焊接等。

其中，脉冲激光焊接是一种非常有效的方法，它可以实现高功率密度、短脉冲时间的焊接，有效提高焊缝质量。

研究人员还通过改进激光器结构、优化焊接参数等手段，进一步提高了激光焊接的效果。

三、3.1 工艺措施的选择针对铝合金激光焊接的难点，我们可以从以下几个方面采取相应的工艺措施：1. 提高激光功率：增加激光束的能量，有助于提高焊缝的形成速度和深度，从而减少气孔等缺陷的产生。

但是，过高的功率会导致焊缝过热，降低焊缝质量。

因此，需要在保证焊缝质量的前提下，合理选择激光功率。

2. 减小光斑直径：通过调整激光束的聚焦方式，减小光斑直径，有助于提高焊缝的精度和平滑度。

减小光斑直径还可以降低热量输入，减少气孔等缺陷的产生。

3. 优化焊接参数：根据铝合金的特性和具体焊接条件，合理选择焊接速度、焦距、电流等参数，有助于提高焊缝的质量和稳定性。

例如，适当降低焊接速度可以减少气孔的产生；增大电流可以提高焊缝的形成速度和深度。

4. 采用辅助气体保护：在激光焊接过程中，引入适当的辅助气体(如氩气、氮气等),可以有效地防止铝合金表面氧化和污染，提高焊缝的质量。

辅助气体还可以调节焊缝的形成过程，有助于改善焊缝的成形性能。

四、4.1 实际应用案例近年来，随着激光焊接技术的不断发展和成熟，铝合金激光焊接已经在航空、航天、汽车等领域得到了广泛应用。

激光焊接铝合金的难点及采取的工艺措施随着科技的发展，激光焊接技术在各个领域得到了广泛的应用，尤其是在金属材料的加工过程中。

激光焊接铝合金这一领域仍然存在许多技术难题。

本文将从以下几个方面探讨激光焊接铝合金的难点及采取的工艺措施。

一、铝合金材料的特性铝合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等优良性能，因此在航空、航天、汽车等领域得到了广泛应用。

铝合金的热导率较低，热量传导速度较慢，这给激光焊接带来了一定的困难。

铝合金中含有大量的铝和硅元素，这些元素容易与氧原子发生化学反应，形成氧化膜，影响焊缝的质量。

二、激光焊接工艺参数的选择1. 功率密度功率密度是激光焊接过程中最重要的参数之一。

过高的功率密度会导致焊缝过深，产生裂纹；而过低的功率密度则会导致焊缝熔合不完全，产生气孔。

因此，选择合适的功率密度对于保证焊缝质量至关重要。

一般来说，铝合金的激光焊接功率密度应控制在3-5kW/cm2之间。

2. 频率和波长激光器的频率和波长对激光焊接的效果也有重要影响。

一般来说，波长越短，能量越高，焊缝熔合效果越好。

不同的铝合金材料对波长的适应性不同，需要根据实际情况进行选择。

频率的选择也会影响到焊缝的形成过程，一般建议控制在10-20kHz之间。

3. 焊接速度焊接速度是指激光束在单位时间内通过的距离，它直接影响到焊缝的形成过程。

过快的焊接速度会导致焊缝过深，产生裂纹；而过慢的焊接速度则会导致焊缝熔合不完全，产生气孔。

因此，选择合适的焊接速度对于保证焊缝质量至关重要。

一般来说，铝合金的激光焊接速度应控制在1-3m/s之间。

三、工艺措施针对上述难点，我们可以采取以下几种工艺措施：1. 预处理为了去除铝合金表面的氧化膜，可以在焊接前进行酸洗或碱洗等预处理方法。

这样可以有效地提高焊缝的质量，减少气孔等缺陷的产生。

2. 优化激光参数根据铝合金的特性和实际需求，合理调整激光功率密度、频率和波长等参数，以获得最佳的焊接效果。

还可以采用多波长焊接、双光束焊接等方法，进一步提高焊缝的质量。

影响激光焊接质量的工艺参数激光焊接的过程中，有时候会出现焊接不好的情况，大家知道影响这些焊接工艺的参数都有哪些吗？关于影响焊接质量的焊接工艺参数主要有激光输出功率、焊接速度、激光波形、脉冲宽度、离焦量和保护气体。

输出功率、焊接速度对熔深的影响。

激光波形主要有脉冲激光器常用的脉冲波形和连续焊接时的缝焊波形。

脉冲波形对焊接质量的影响（针对脉冲激光器）◆对于焊接铜、铝、金、银高反射材料时，为了突破高反射率的屏障，可以利用带有前置尖峰的激光波形。

但这种波形在高重复率缝焊时不宜采用，容易产生飞溅，形成不规则的孔洞。

◆对于铁、镍等黑色金属，表面反射率低，宜采用矩形波或缓衰减波形。

连续焊接时的缝焊波形：焊波形就是激光功率随焊接时间变化的曲线。

在材料要求焊接密封时此波形尤为重要。

在焊接开始时激光功率缓慢上升，结束时缓慢下降，在连续激光器焊接时，结尾处出现的凹坑，宜采用此波形，减小凹坑程度，以达到焊接效果。

脉冲宽度（针对脉冲激光器）：光的脉冲宽度针对YAG固体激光器来说是焊接的重要参数之一，它决定材料是否熔化，为了保证激光焊接中材料表面不出现强烈气化，一般假定在脉冲终止时材料表面温度达到沸点。

脉宽越长，焊点直径越大，相同的工作距离时，熔深越深。

离焦量：光焊接时通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。

离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种：正离焦和负离焦。

焦平面位于工件上方为正离焦，反之负离焦。

焊接薄材料时宜采用正离焦，需要较大熔深时宜采用正离焦。

离焦方式：一定的激光功率和焊接速度下，当焦点处于最佳焊接位置范围内时，可以获得最大熔深和好的焊缝形状。

保护气体：护气体的种类、气体流量及吹气方式也是影响焊接质量的重要焊接工艺参数之一。

常用的保护气体有氮气N2、氩气Ar、氦气He以及氩气和氦气的混合气体。

通常情况下，焊接碳钢时宜采用Ar，不锈钢宜采用N2，钛合金宜采用He，铝合金宜采用Ar和He的混合气体。

铝合金板激光冲击变形实验及有限元模拟王广龙;周建忠【摘要】为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况,采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验,同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟.结果表明,激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质;激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素,且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大;激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布,而是沿径向减小.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2007(031)005【总页数】3页(P555-557)【关键词】激光技术;激光冲击变形;有限元模拟;粘塑性变形;金属板料【作者】王广龙;周建忠【作者单位】江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,镇江,212003;江苏大学,机械工程学院,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TG665引言随着高功率短脉冲激光器技术的日益成熟，高能激光和材料相互作用产生高幅冲击波的技术已被广泛用于惯性约束聚变[1,2]、金属表面改性[3,4]和模拟高速撞击[5,6]等方面的研究。

激光应用于金属板料的变形是基于激光两种不同的冲击效应：一种是热冲击，即靶材表面快速地吸收激光脉冲能量造成热膨胀和巨大的应力梯度实现板料变形，如激光热应力变形。

一种是力冲击，是利用迅速蒸发与膨胀的高温等离子体对靶材的反冲压力使金属板料产生变形，如激光冲击变形。

激光冲击变形具有加工柔性高、精确可控、成形后材料性能好等特点，另外，由于激光冲击波压力达到吉帕量级，尤其适用于钛合金等难成形金属，因此在国防、航空航天等领域具有良好的应用前景。

1 变形机理金属板料激光冲击变形是由于脉冲强激光辐照靶材时在靶体表面形成一个烧蚀等离子体层，由于等离子体的迎光性使其迅速离开靶面向激光器方向喷射，结果在靶面施加一个反冲压力，从而产生塑性变形。

激光热处理对铝合金材料抗拉强度的改善研究引言：随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的要求也日益增加。

铝合金作为一种重要的结构材料，具有良好的可塑性、导热性以及抗腐蚀性能，因此广泛应用于航空、汽车和电子等领域。

然而，铝合金在某些特定应用中，其抗拉强度往往不能满足需求。

因此，研究如何提高铝合金的抗拉强度具有重要意义。

激光热处理的原理：激光热处理是一种利用高能激光对材料表面进行加热处理的方法。

激光束的能量可以集中在一个非常小的区域，使得材料在极短的时间内被加热到非常高的温度。

随后，通过快速冷却，可以改变材料的晶粒尺寸和组织结构，从而影响其力学性能。

提高铝合金抗拉强度的机制：1. 晶粒细化：激光热处理可以使铝合金晶粒尺寸变小。

晶粒尺寸的减小可以增加材料的强度和塑性。

激光热处理通过快速冷却使铝合金液态区的晶粒固化速度加快，并且会在固态化过程中形成更细小的晶粒。

这种细小的晶粒结构有助于阻碍位错的移动，从而提高铝合金的抗拉强度。

2. 相变硬化：铝合金中的一些相变硬化相可以通过激光热处理来控制其形成和分布。

这些相在加热和冷却过程中发生固溶、析出或相变，从而影响材料的力学性能。

通过激光热处理，可以调控这些相变的形态和分布，从而改善铝合金的抗拉强度。

3. 应力诱导硬化：激光热处理还可以通过引入残余应力来提高铝合金的抗拉强度。

激光的快速加热和冷却过程会产生非均匀的热应力分布，从而导致材料表面产生残余应力。

这些残余应力会使铝合金的晶体结构发生畸变，形成位错和各向异性。

这种畸变结构可以提高材料的塑性，从而增加其抗拉强度。

实验研究：为了验证激光热处理对铝合金抗拉强度的改善效果，进行了一系列实验研究。

首先，选择了一种常用的铝合金作为研究对象，并进行了初始材料的性能测试和分析。

然后，通过激光热处理对铝合金进行处理，并对处理后的材料进行再次性能测试和分析。

实验结果显示，经过激光热处理后，铝合金的抗拉强度明显提高。

这主要是由于激光热处理引起的晶粒细化和相变硬化效应。

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.Mβ—电阻温度系数，℃-1т—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。

脉冲频率对铝合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响王悦【摘要】以7075铝合金为研究对象进行钨极氩孤焊接,通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度、抗拉强度等试验手段,研究脉冲频率对焊接接头组织和性能的影响.结果表明,当脉冲频率较小时,焊缝熔滴相对独立,随着脉冲频率增加,熔滴尺寸减小且数量增多.熔合区晶粒尺寸随脉冲频率增加而减小.铝合金TIG焊接接头母材显微硬度值最大,热影响区显微硬度值最小.脉冲频率越大,熔合区最大显微硬度值越高.随着脉冲频率的增加,铝合金焊接接头抗拉强度先增加后减小,脉冲频率40 Hz时达到母材95％.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)009【总页数】3页(P110-112)【关键词】7075铝合金;钨极氩弧焊;脉冲频率;抗拉强度【作者】王悦【作者单位】南京化工职业技术学院,江苏南京210048【正文语种】中文【中图分类】TG457.14随着人类社会的不断进步，环境污染、资源紧缺等问题逐渐严重。

轻量化由于可以大大降低能源消耗，受到了各国的重视[1]。

尤其在汽车工业中，采用新型的轻合金材料以替代钢铁材料，可以降低自重、减少排放，具有巨大的应用价值。

其中，铝合金由于储量丰富，易于加工和回收等特点，成为汽车工业中应用最广阔的材料之一[2]。

任何材料的应用离不开连接技术的发展，焊接作为连接技术的一种，可以满足一次成型的要求，在汽车工业中广泛使用。

但是铝合金化学性质比较活泼，表面易氧化生成氧化膜、热导率高，线膨胀系数大等特点，使焊接时容易形成裂纹、气孔等缺陷，严重影响铝合金的应用[3-4]。

搅拌摩擦焊等固相焊接方法可以实现铝合金的焊接，但设备庞大，投资较大，且焊接接头强度不到母材的50%，不适用于铝合金的焊接[5-6]。

钨极氩弧焊（TIG）是通过在电极与工件之间形成电弧，时待焊处熔化，从而获得牢固接头的焊接方法，非常适用于汽车薄板的焊接[7]。

本研究采用脉冲TIG焊接方法，对7075铝合金进行焊接，研究脉冲频率对铝合金焊接质量和性能的影响。