铝合金激光焊接技术应用现状与发展趋势

铝合金激光焊接技术应用现状与发展趋势

王盈涛

浙江硕维轨道股份有限公司    浙江省杭州市 310018

摘要：长久以来，铝合金激光焊接技术都属于科研院所以及企业努力试验研究与应用的一项难题和热门工作领域，在市场针对结构轻量化基本需求的不断增长，国产高功率激光器以及激光头等多种产品的不断发展和成熟，激光焊接技术成本已经呈现出下降趋势。在这一发展背景下，限制铝合金激光焊接整体应用扩大的关键之处，就是从成本投入逐渐向焊接工艺进行转变，从而可以为铝合金激光焊接工艺的发展奠定相应基础。

关键词：铝合金，激光焊接；焊接技术；应用现状

铝合金自身具有高比强度、高比模量以及高疲劳强度等优势，还可以形成较为良好的抗腐蚀性。所以将其更为广泛的运用在相应焊接结构以及产品之中，已经成为行业中工作人员的共识。铝合金激光焊接技术的应用整体影响因素较多，在不同行业之内、不同施工场景之中，都要符合现场施工基本需求。基于此，本文主要针对铝合金激光焊接技术应用现状与发展趋势展开以下有关分析和阐述，以期具有相应借鉴价值。

一、铝合金激光焊接技术应用现状

（一）铝合金激光技术的难点

铝合金激光焊接会因为实际材料的性质而受到影响，进而出现较多施工难点。比如，因为液态铝的表面张力比较低，导致激光深溶焊小孔坍塌而出现气孔，铝合金实际所含的合金元素在实施激光环节的实际过程当中被损毁，导致焊缝的实际性能被弱化。焊缝低熔点共晶合金元素的成分在进行冷却和凝固的时候会出现很多裂纹。展开热化处理的时候，加强铝合金在焊接实施热循环基本作用过程当中，会出现热影响，使得材料软化[1]。液态铝的表面具有张力低、固态铝热导率比较高的特点，使得A1、Mg等相应元素比较容易出现氧化，导致焊缝表面成形比较差。另外，为了有效减少铝合金激光焊针对装配间隙实际要求，同时有效避免焊缝裂纹的出现，一般都是通过激光填丝焊以及激光电弧复合焊接技术来进行施工。这样能够使得原始铝合金材料表面的氧化膜和熔融铝新出现的氧化层，都会对填充焊丝的进一步效果带来影响。

（二）当前铝合金激光焊接所使用的设备

在20世纪70年代，就已经出现有关铝合金激光焊接技术的研究和报道，实际应用的激光光源已经经历CO2激光器以及Nd：YAG激光器，当前在应用市场之内能够占据主导位置的为光纤激光器、碟片激光器以及半导体激光器。激光器光源不仅能够在激光光束整体质量、设备运行以及维护的成本、功率输出稳定性等多个方面有所提升，还可以依照焊接工艺具体要求，逐渐设计出点环光板、能量可调光板等多种模式的输出光束激光器。激光束通过中心光斑以及环形光斑所构成，前者自身的能量密度很大，可以实现更大的熔深；而后者能量密度很低，可以具备较为稳定的熔池，进一步减少飞溅的基本作用。

二、铝合金激光焊接技术发展趋势

（一）新能源汽车铝合金电池壳激光焊

在新能源汽车这个行业，因为电池包的实际重量进一步增加，这对于结构较轻的设计工作提出很高要求，因此和成本比较高的碳纤维增强复合型材料与高强度的钢之间进行对比，铝与铝合金依然是各种电池壳设计结构首要选择的材料，在电芯壳以及极耳、模组以及连接体等方面，都可以获得更为广泛的使用。方壳电芯属于铝合金激光焊接进行应用最为广泛的一种产品，包含壳体的封口、防爆阀以及注液孔等。实际应用的设备材料主要包含纯铝以及3系铝合金等，进行焊接的性质比较好，特别是在应用摆动激光焊接的施工工艺之时，最终形成基本没有缺点，可以满足密封基础条件的焊接接头。

（二）新能源汽车车身铝合金激光焊

铝合金激光焊接技术在汽车的车身之上进行应用，其中焊接技术主要包含成熟的激光钎焊以及车门激光熔焊。铝合金激光钎焊实际需要被运用在铝合金车顶以及侧围焊接等位置，在合资品牌多种车型之中进行运用。激光钎焊针对激光头的基本功能需求比较高，不仅是对于焊丝具有指向性要求，自身还需具备在实际焊接的时候展开寻位、依照样件的起伏进行焦点调节以及找准焊丝位置，这样能够真正满足车顶和行李箱盖等方面的外观要求。铝合金车门激光熔焊的实际应用比较广泛，一般可以通过扫描振镜焊接头来展开，包含搭接穿透焊接以及搭接角焊缝焊接这两种，因为液态铝的表面整体张力很低，而且板料的实际厚度很薄。所以，在施工之中进行应用的过程之中，会出现焊穿以及突刺等相关问题。所以，加强批量生产施工整体焊接质量，属于铝合金激光焊接工作需要认真对待和解决的问题。

（三）轨道交通列车和铝合金车体激光焊

当前，我国轨道交通制造行业整体发展更为迅速，在高速列车的逐渐发展，其车体实际所应用的材料逐渐向轻质化、免维护的方向不断转变。目前实际应用材料包含碳素钢、不锈钢以及铝合金等等[2]。不锈钢叠层激光焊接技术在行业之中广泛应用在地铁的生产以及制造工作中，可以取代原本的电阻点焊方式。碳素钢激光焊已经获得更为深入的分析和了解，开发出碳素钢激光焊新技术。当前在等厚以及不等厚等激光焊接方面都可以真正实现工艺突破，能够真正完成侧墙结构件的调试和制备。车体铝合金施工材料，需要通过搅拌摩擦焊技术，施工材料主要为6系铝材料。在铝合金激光焊接这个方面，行业对于高速磁悬浮长大薄壁铝合金车身当中的底板、车顶以及侧墙这三个部分，在夹层端的板构成之中的中小部件实施激光电弧复合焊接技术实际研究以及样件的调配，可以真正实现激光电弧复合技术能够在时速600km/h高速磁悬浮列车当中开发出自身的价值。通过激光焊接能够显著提升车体制造整体精度，促进生产效率获得提升，减少未来加工和维护等方面的成本，具有更为广阔的发展和应用前景。

结束语：

综上所述，铝合金激光焊接技术实际应用以及发展方向上，主要取决于铝合金材料的应用、激光焊接技术和设备的进一步创新，一般要依照基本应用特性实施专门的施工工艺研究、展开性能评估以及装备搭建，尤其是轨道列车等尺寸很大的结构件，在焊接技术研究一直到生产应用，都需要花费大量时间和精力。铝合金激光焊接技术的整体应用性能更好，面对更加复杂的焊接冶金技术问题，能够找到更为良好的解决路径，在未来发展更加可期。

参考文献：

[1]陶武,杨上陆. 铝合金激光焊接技术应用现状与发展趋势[J]. 金属加工(热加工),2021,(02):1-4.

[2]张琪,叶鹏程,杨中玉,等. 汽车轻量化连接技术的应用现状与发展趋势[J]. 有色金属加工,2019,48(01):1-9.