航空鋁合金激光焊接的研究進(jìn)展

唐思熠，張學(xué)軍，郭紹慶，李 能，孫兵兵，陳冰清，杜博睿

(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院，北京 100095)

0 前言

自從1906年在Al-Mg-Cu系合金中發(fā)現(xiàn)時(shí)效硬化現(xiàn)象后，鋁合金作為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一登上歷史舞臺(tái)［1］，而我國(guó)自行研制的第三代戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)用材中鋁合金占60% ～70%［2-3］，其中飛機(jī)蒙皮和壁板結(jié)構(gòu)中涉及大量的鋁合金焊接。由于鋁合金的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，表面極易形成氧化膜，且具有難熔性質(zhì)，加之鋁合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，傳統(tǒng)焊接方法容易造成不熔合現(xiàn)象;同時(shí)，鋁合金表面的氧化膜可以吸收較多的水分，從而導(dǎo)致焊縫中氣孔的形成;此外，鋁合金的線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱導(dǎo)電性強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生咬邊、翹曲變形等缺陷，并且焊后接頭力學(xué)性能下降［4］。

激光焊接利用高能量密度的激光束作為熱源，焊接過(guò)程中能量集中、熱輸入小、熱影響區(qū)小、焊接速度快，特別適合鋁合金材料的焊接。因此，鋁合金的激光焊接技術(shù)在航空領(lǐng)域得到了十分重要的應(yīng)用?？罩锌蛙嚬?、BIAS、Fraunhofer等研究所經(jīng)過(guò)十年的合作研究，2003年在德國(guó)和法國(guó)空中客車部件生產(chǎn)廠實(shí)現(xiàn)了A318客機(jī)鋁合金下壁板結(jié)構(gòu)雙光束CO2激光填絲焊以及YAG激光填絲焊，焊接速度為4～10 m/min，這種以焊代鉚結(jié)構(gòu)使飛機(jī)質(zhì)量減輕了近20%，制造成本降低了近20%，這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在A318、A380和A340系列飛機(jī)上。A350飛機(jī)壁板的焊接數(shù)量達(dá)到18塊，焊縫總長(zhǎng)達(dá)到1000 m。為了進(jìn)一步擴(kuò)大鋁合金激光焊接在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研究工作。

1 鋁合金激光焊的研究熱點(diǎn)

1.1 鋁合金對(duì)激光吸收率的研究

鋁合金對(duì)激光極高的反射率是鋁合金激光焊接中的第一個(gè)難點(diǎn)，可以通過(guò)改變鋁合金的表面狀態(tài)，采用合理的焊接工藝參數(shù)以及更適合的激光器等方式增加鋁合金對(duì)激光的吸收率。

Yousuke Kawahito等人研究了鋁合金激光焊接中使用大功率光纖激光器時(shí)鋁合金表面對(duì)激光功率的吸收情況［5］，作者針對(duì)不同功率、不同焊接速度的情況進(jìn)行了測(cè)量。發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接速度固定時(shí)，激光功率增大，鋁合金表面對(duì)激光的吸收率隨之增大，當(dāng)激光功率從2 kW增加到10 kW時(shí)，吸收率增加了28%;而當(dāng)激光功率固定時(shí)，焊接速度增大，鋁合金表面對(duì)激光的吸收率隨之減小，當(dāng)焊接速度從17 mm/s增大到250 mm/s時(shí)，鋁合金表面對(duì)激光的吸收率下降了21%。這是因?yàn)楫?dāng)焊接速度較高時(shí)，入射光束部分照在了小孔前端的熔池，導(dǎo)致鋁合金表面對(duì)激光的吸收率下降。

Kaplan對(duì)比了激光深熔焊中小孔內(nèi)壁形貌對(duì)波長(zhǎng)分別為1 μm和10 μm的激光Frensel吸收的影響［6］。對(duì)波長(zhǎng)為10 μm的激光而言，粗糙的小孔內(nèi)壁會(huì)大大降低材料對(duì)激光的Frensel吸收，光滑的內(nèi)壁則會(huì)加強(qiáng)材料對(duì)激光的Frensel吸收;而對(duì)波長(zhǎng)為1 μm的激光而言，焊接速度較低時(shí)，光滑內(nèi)壁會(huì)降低其吸收率，如果焊接速度較高，情況則與10 μm的激光相類似。

1.2 對(duì)鋁合金激光焊接中焊接缺陷和接頭性能的研究

鋁合金的激光焊接與其他焊接方法一樣，存在氣孔和裂紋的問(wèn)題。一般認(rèn)為激光焊接的冷卻過(guò)程中氫的溶解度急劇下降形成氫氣孔，低熔點(diǎn)高蒸汽壓合金元素蒸發(fā)導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生，激光束引起熔池金屬波動(dòng)匙孔不穩(wěn)定，熔池金屬紊流導(dǎo)致氣孔生成。而激光焊接的加熱和冷卻速度極快，焊縫結(jié)晶組織的方向性強(qiáng)，使其比常規(guī)方法具有更大的裂紋敏感性。但是Seiji Sasabe研究了A6082鋁合金的YAG激光焊后認(rèn)為A6082激光焊的裂紋敏感性低于相同材料的MIG焊方法［7］。

Katayama在研究 CO2激光焊接 A6061和A7N01鋁合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，這兩種合金極易出現(xiàn)熱裂紋，尤其在焊接速度較高時(shí)［8］。作者認(rèn)為這種熱裂紋形成的主要原因是凝固過(guò)程中造成的微觀偏析，形成結(jié)晶溫度較低的液化膜，從而導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。

M.Sheikhi等人研究了YAG激光焊接熱裂紋敏感性很高的2024鋁合金，工藝參數(shù)對(duì)裂紋敏感性的影響［9］。作者研究了兩種焊接方式:一是單點(diǎn)激光焊，二是多點(diǎn)重疊激光焊。在單點(diǎn)激光焊模式下，形成的柱狀晶區(qū)增大了熔合區(qū)的裂紋敏感性;而在多點(diǎn)重疊激光焊模式下，裂紋產(chǎn)生的特點(diǎn)是從先凝固的點(diǎn)產(chǎn)生，位置是焊縫與母材的交界線，而在焊縫金屬區(qū)一般不會(huì)產(chǎn)生新的裂紋。

哈爾濱焊接研究所的王威等人對(duì)1420鋁合金的激光焊接中氣孔的形成機(jī)理進(jìn)行了研究［10］。研究發(fā)現(xiàn)，1420鋁鋰合金在激光焊接中有嚴(yán)重的氣孔傾向。作者認(rèn)為表層物質(zhì)是焊接過(guò)程中氫的主要來(lái)源，一定要采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行徹底的清除，而Mg、Li等合金元素不僅增加了熔池吸氫傾向，還增加了匙孔末端的不穩(wěn)定性，采用合適的熔透模式，改善熔池的流動(dòng)，將不穩(wěn)定性降到最低。北京工大的金培有的研究也得出了相似的結(jié)論，在焊前去除一定厚度的表面層可以減少氣孔的產(chǎn)生，最終得到的接頭拉伸強(qiáng)度達(dá)到360 MPa，為母材的95%［11］。

在鋁合金的激光焊接過(guò)程中，需要通過(guò)焊前徹底清理、優(yōu)化激光工藝參數(shù)等綜合手段來(lái)控制和減少焊縫中的缺陷。

1.3 激光焊應(yīng)力與變形的研究

鋁合金的激光焊接雖然熱輸入較低，但與常規(guī)的熔焊方法一樣，在整個(gè)焊接過(guò)程中仍存在焊接應(yīng)力和變形的問(wèn)題，這也是鋁合金激光焊接研究的內(nèi)容之一。

Muhammad等人針對(duì)應(yīng)用在最新一代的民航機(jī)機(jī)身中的6056-T4鋁合金薄板的激光焊接中存在的應(yīng)力與變形進(jìn)行了研究［12］。通過(guò)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)了殘余變形和殘余應(yīng)力在焊接試板中的分布，其結(jié)果與試驗(yàn)情況基本相符。結(jié)果表明，焊接試板的橫向殘余應(yīng)力為材料屈服強(qiáng)度的20%，而縱向殘余應(yīng)力值達(dá)到了材料的屈服強(qiáng)度，是造成結(jié)構(gòu)變形的主要應(yīng)力部分。因此，應(yīng)該從控制焊縫的縱向殘余應(yīng)力入手來(lái)減小焊接變形。

Koutarou Inose對(duì)比了激光焊與弧焊T型接頭的應(yīng)力變形情況，激光焊的殘余應(yīng)力和變形與弧焊趨勢(shì)相同，但是變形程度更?。?3］。同樣，整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)變形中主要變形是角變形，水平面的變形程度遠(yuǎn)小于角變形。雖然激光焊接與弧焊的過(guò)程不同，但是用于弧焊中預(yù)測(cè)變形的數(shù)值模擬方法同樣適用于激光焊接中。

1.4 T型接頭的激光焊的研究

在飛機(jī)機(jī)身的制造中，蒙皮和壁板等部件都涉及到鋁合金T型結(jié)構(gòu)，研究鋁合金T型接頭的激光焊接有著重要的實(shí)際意義。

在進(jìn)行T型接頭的激光焊接時(shí)，由于其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)會(huì)帶來(lái)一些突出的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為變形、氣孔、裂紋的產(chǎn)生和焊縫成形困難。在無(wú)拘束或者接頭優(yōu)化的情況下，T型接頭焊接時(shí)容易出現(xiàn)以下情況:(1)底板兩側(cè)出現(xiàn)上翹的變形;(2)由于不能實(shí)現(xiàn)兩條角焊縫的同步焊接，筋板容易出現(xiàn)彎曲變形且向焊縫一側(cè)傾斜;(3)焊接時(shí)激光光束要與筋板成一定傾角，這樣在焊接過(guò)程中，熔池熔液受重力作用，更容易形成小孔的塌陷閉合，并且很不利于小孔內(nèi)氣體的上浮排除，因此，小孔傾向相對(duì)較大;(4)受T型接頭熔池位置和形狀的影響，熔池熔液流動(dòng)性較大，在重力作用下，焊縫容易形成向里的凹陷，出現(xiàn)咬邊等缺陷，給焊縫成形帶來(lái)困難;(5)由于T型接頭在焊接區(qū)域的熱傳導(dǎo)方式是三維的，與平板近似二維的熱傳導(dǎo)方式相比，冷卻速度更快，且由于筋板和底板的熱傳導(dǎo)方向的差異，裂紋傾向性較大。另外由于采用單側(cè)依次雙面焊，T型接頭的兩條角焊縫不能同時(shí)施焊，在焊接第一條角焊縫時(shí)，受第一條角焊縫熱源影響，第二條角焊縫在兩板端面接觸位置會(huì)出現(xiàn)氧化夾雜，導(dǎo)致第二條角焊縫出現(xiàn)焊接過(guò)程的不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)氣孔并引起裂紋［14］。

為了解決T型接頭的激光焊接問(wèn)題，英國(guó)的TWI、德國(guó)布萊梅射線技術(shù)所、美國(guó)的EWI等研究機(jī)構(gòu)充分利用激光焊接柔性制造的特點(diǎn)，用兩臺(tái)激光器提供雙光束，讓兩束激光束同時(shí)作用在T型接頭兩側(cè)角焊縫進(jìn)行同步焊接，不僅解決了焊接過(guò)程另一條角焊縫的保護(hù)問(wèn)題，還緩解了筋板變形，實(shí)現(xiàn)了T型接頭雙光束的焊接，并成功用于飛機(jī)帶筋壁板的焊接。但是這種焊接方法也存在缺點(diǎn)，主要是設(shè)備復(fù)雜，成本較高。

如Koutarou Inose指出T型焊接的激光焊中，雖然激光焊與弧焊的過(guò)程完全不同，但兩者有相同的變形趨勢(shì)，并且可以用相似的數(shù)值模擬方法來(lái)對(duì)殘余應(yīng)力和變形進(jìn)行預(yù)測(cè)［13］。

藺海榮等指出，采用合理的拘束及反變形工藝可以有效地減小焊接變形，但是T形接頭的角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向是變化的［15］。在短焊縫情況下，可以近似認(rèn)為角變形為常數(shù)。拘束焊時(shí)，焊縫與近縫區(qū)材料處于塑性狀態(tài)，而距焊縫較遠(yuǎn)處的材料仍處于彈性狀態(tài)，作者提出了一種消除焊接T形接頭角變形的面外拘束力計(jì)算模型，計(jì)算了臨界拘束長(zhǎng)度、極限拘束力與反變形的量值，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算方法的有效性。

左鐵釧結(jié)合理論計(jì)算和試驗(yàn)研究了底板厚度和在底板上設(shè)置凸臺(tái)對(duì)T型接頭在焊接過(guò)程變形的影響，研究結(jié)果表明，只要對(duì)T型接頭的接頭形式稍做改變就可以大大減小焊接結(jié)構(gòu)的變形［16］。

武漢理工大學(xué)的楊濤研究了3 mm厚鋁鋰合金T型接頭的填絲激光焊接，并基于正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)了試驗(yàn)，研究了激光功率、焊接速度、焊接角度和偏移量四個(gè)主要的工藝參數(shù)對(duì)T型接頭角焊縫界面結(jié)合、表面成形和底板熔深的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，焊接角度和偏移量是影響T型接頭焊縫成形的主要因素［14］。

1.5 激光焊接的觀測(cè)方法的研究

當(dāng)高能的激光束作用在金屬上時(shí)，通常會(huì)形成匙孔，并產(chǎn)生等離子體。小孔的形成對(duì)于激光焊接過(guò)程具有重要的意義。對(duì)激光焊接中小孔現(xiàn)象的深入理解，是減少和避免激光焊接缺陷以及激光焊接技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。激光焊接過(guò)程中焊接速度快、冷卻速度快，再加上高溫、高亮度、不斷變化的光致等離子體的干擾，使得對(duì)激光焊接小孔的直接觀察很困難，因此國(guó)內(nèi)外的學(xué)者提出了不同的方法來(lái)觀測(cè)。

Seiji Katayama等在YAG激光焊接A5052和A5182鋁合金的過(guò)程中，對(duì)反射的激光以及熔池中的光輻射進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并驗(yàn)證這兩種監(jiān)測(cè)信息能否對(duì)應(yīng)反映焊接過(guò)程［17］。同時(shí)，在焊接過(guò)程使用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，以便更好地說(shuō)明監(jiān)測(cè)信號(hào)。結(jié)果表明，試驗(yàn)所監(jiān)測(cè)的信號(hào)與激光焊接過(guò)程的現(xiàn)象存在相關(guān)性，并對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的焊接現(xiàn)象做出了初步解釋，但是還不能闡述所監(jiān)測(cè)信號(hào)與氣孔形成的準(zhǔn)確關(guān)系。

Yi Zhang等人研究了一種夾層式的方法來(lái)對(duì)激光深熔焊中的小孔行為進(jìn)行觀察［18］。將鋁薄膜夾在兩片CG17玻璃之間，通過(guò)改變其間鋁薄膜的厚度，可以得到不同濃度的金屬蒸氣、電離原子等。通過(guò)這種方法，可以觀察到垂直于工件表面方向的小孔形貌，這對(duì)激光焊接小孔的Fresnel吸收和逆韌致輻射吸收的研究提供了更為有效的手段。

華中科技大學(xué)的孟宣宣等人采用主動(dòng)光源和光學(xué)窄帶濾光片等輔助器件，利用高速攝像技術(shù)對(duì)光纖激光焊接過(guò)程中的熔池和小孔進(jìn)行了拍攝，獲得了較為清晰的熔池和小孔圖像，以及不同激光功率下光纖激光焊接熔池和小孔的實(shí)際尺寸，為光纖激光焊接熔池和小孔的模擬提供了可靠的參考依據(jù)［19］。對(duì)高速攝像圖片和焊縫熔深波動(dòng)以及焊縫形貌進(jìn)行分析，其結(jié)果表明:小孔前沿附近是光纖激光焊接過(guò)程中飛濺產(chǎn)生的主要區(qū)域;利用高速攝像可以監(jiān)測(cè)焊縫的熔深變化;熔池溫度最低的區(qū)域?yàn)槿鄢睾蟛康闹休S線兩側(cè)，而非熔池邊界處。

1.6 激光－電弧復(fù)合焊的研究

激光復(fù)合焊接是將物理性質(zhì)和能量傳輸機(jī)制截然不同的兩種熱源復(fù)合在一起，同時(shí)作用于同一加工位置，既充分發(fā)揮了兩種熱源各自的優(yōu)勢(shì)，又彌補(bǔ)了各自的不足，從而形成了一種全新高效熱源的焊接方法。20世紀(jì)70年代末，英國(guó)帝國(guó)大學(xué)M.Steen首次提出利用電弧輔助激光進(jìn)行焊接，并將其用于焊接和切割，發(fā)現(xiàn)用激光和TIG焊接可以大大提高薄板的焊接速度［20］。

宋剛等人測(cè)試出激光-TIG復(fù)合焊時(shí)熔深可達(dá)單TIG焊熔深的兩倍、單激光焊熔深的四倍［21］。蘆鳳桂等人指出該種復(fù)合方式在增大焊縫熔深的同時(shí)，增強(qiáng)了高速焊接時(shí)電弧的穩(wěn)定性，可以保證良好的焊縫成形［22］。柳緒靜等人發(fā)現(xiàn)電弧和激光快速的復(fù)合攪拌可以改善金屬間化合物的均勻彌散分布，使異種金屬鎂和鋁的焊接成為可能［23］。

激光-MIG/MAG復(fù)合焊接技術(shù)利用填絲的優(yōu)點(diǎn)，與激光-TIG復(fù)合焊相比，其焊接板厚更大、工程適應(yīng)性更高。MIG/MAG電弧的加入有助于提高間隙搭橋能力，降低單激光焊接時(shí)坡口制備和裝夾精度要求;復(fù)合焊接中電弧的能量輸入可以方便地控制冷卻狀態(tài);熔敷金屬的加入能夠改善單激光焊接時(shí)的焊縫微觀組織，提高焊縫的綜合力學(xué)性能［24-28］。激光前置時(shí)可以使起弧更容易，并且在合適的規(guī)范下可以改變?nèi)鄣芜^(guò)渡方式，焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，大大減少了單MIG/MAG焊接時(shí)的飛濺量，同時(shí)減少了焊后處理的工作量［29］。激光 -MIG/MAG復(fù)合由于存在送絲，所以大多數(shù)采用旁軸復(fù)合，同軸復(fù)合也能實(shí)現(xiàn)［30］，只是其復(fù)合焊槍的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，同時(shí)當(dāng)焊絲與激光同軸時(shí)會(huì)導(dǎo)致激光能量過(guò)多地消耗在焊絲上，從而使熔深下降。華中科技大學(xué)的胡佩佩等人研究了光纖激光-MIG復(fù)合焊接中厚板鋁合金組織特征，結(jié)果表明:光纖激光-MIG復(fù)合焊接可一次焊透8 mm厚鑄造鋁合金ZL114，焊縫中無(wú)大的工藝氣孔，也無(wú)熱裂紋，但出現(xiàn)較多的冶金氣孔，焊縫主要由α(Al)和Al-Si共晶組成，上部、中部和下部組織變化不明顯，無(wú)分層現(xiàn)象。焊縫較熱影響區(qū)和母材組織細(xì)密，與熱影響區(qū)的共晶組織類似，但與母材共晶組織明顯不同，體現(xiàn)為共晶形態(tài)和Si含量的不同。但母材的共晶組織在一定的熱循環(huán)條件下，可以轉(zhuǎn)變?yōu)榕c焊縫類似的共晶組織，枝晶數(shù)量隨之減少，枝晶在母材和焊縫中都占絕大部分［31］。Ruifeng Li等人針對(duì)4 mm厚的Ti-Al-Zr-Fe合金板開(kāi)展了激光焊和激光-MIG復(fù)合焊的對(duì)比研究。研究結(jié)果表明:在8 kW的功率下，以1.8 m/min的焊速進(jìn)行焊接可以得到無(wú)缺陷的焊縫，在接頭的拉伸試驗(yàn)中，斷裂位置均在母材上。相較于激光焊接，激光-MIG復(fù)合焊所得到的焊接接頭有更好的延展性。這是因?yàn)閺?fù)合了MIG焊之后焊縫的成形性更好，并且使用了TA-10焊絲。因此，相較于激光焊，激光-MIG復(fù)合焊更適用于Ti-Al-Zr-Fe合金的焊接［32］。

Y.B.Zhao等對(duì)6 mm厚的5A06鋁合金進(jìn)行了激光-電弧雙側(cè)焊(LADSW)和電弧-電弧雙側(cè)焊(DSAW)工藝的對(duì)比研究，結(jié)果表明:LADSW的焊縫截面形狀兼有激光焊焊縫和氬弧焊焊縫的特點(diǎn)，由于激光對(duì)電弧的作用，LADSW的能量效率大于DSAW，并且隨著激光功率的增加，LADSW能量效率與DSAW能量效率的比值也增大。LADSW焊縫中的晶粒較為細(xì)小，其接頭系數(shù)為91.7%，高于DSAW 焊縫的 82.3%，延伸率較高［33］。

1.7 鋁合金的光纖激光焊的研究

光纖激光器作為第三代激光技術(shù)的代表，具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如功率高、輸出激光波長(zhǎng)多、光束質(zhì)量好等。對(duì)光纖激光焊接的研究，正成為激光焊接研究的熱點(diǎn)。

IPG光纖激光在鋁合金焊接中的應(yīng)用方面，在2000～2003年間，IPG推出了應(yīng)用于材料加工的大功率光纖激光，當(dāng)時(shí)推出了4 kW的激光器，而在2008年，IPG為德國(guó)和日本分別提供了一臺(tái)30 kW和20 kW的光纖激光器，并給出了幾種鋁合金光纖激光焊焊縫截面［34］。

Seiji Katayama等人研究了光纖激光焊接鋁合金中工藝參數(shù)對(duì)焊接缺陷的影響［35］，結(jié)果表明:如果焊接速度過(guò)慢，熔池不能得到充分的保護(hù)，會(huì)在表面形成氧化膜，造成焊縫表面的不規(guī)則;如果增大氣體噴嘴的直徑，有利于避免焊縫塌陷。研究還發(fā)現(xiàn)，焊接A5083鋁合金時(shí)會(huì)形成較多的氣孔。這是因?yàn)槠銶g元素含量較多，熔池表面張力小，從而導(dǎo)致了小孔的不穩(wěn)定。激光的入射角度對(duì)氣孔的形成也有影響，當(dāng)入射角度達(dá)到50°時(shí)，氣孔基本消失。對(duì)比了氬氣和氮?dú)鈱?duì)氣孔的影響，發(fā)現(xiàn)用氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)可以大大減少氣孔的數(shù)量，這是因?yàn)楦邷叵碌獨(dú)馀c鋁結(jié)合而不會(huì)進(jìn)入小孔。

俄羅斯航空材料研究院的I.N.Shiganov等人對(duì)俄羅斯研制的幾種鋁合金的光纖激光焊接工藝進(jìn)行了研究，并與CO2激光焊進(jìn)行了對(duì)比［36］。這幾種鋁合金包括 01570、1370、1913、V-1424、1461、AMg6，在航空制造中都有著很好的應(yīng)用前景。作者將光纖激光焊和CO2激光焊進(jìn)行了對(duì)比，光纖激光焊接鋁合金的效率比CO2激光焊接高出25% ～30%。研究中發(fā)現(xiàn)，鋁合金的光纖激光焊可以得到均勻分布的細(xì)晶組織，晶粒尺寸在5～15 μm，熱影響區(qū)很窄，最小為 300 ～ 400 μm;通過(guò)填充Sv-AMg3焊絲，光纖激光焊接AMg6鋁合金的接頭強(qiáng)度系數(shù)可以到達(dá)84%;填絲光纖激光焊除了可以提高接頭的強(qiáng)度系數(shù)外，還降低了對(duì)裝配間隙的要求，尤其對(duì)AMg6而言，通過(guò)填絲，裝配間隙可以增大到1 mm而不引起接頭強(qiáng)度的下降。

2 結(jié)論

鋁合金的焊接存在一定的難點(diǎn)，高功率密度激光焊接工藝以其特點(diǎn)已經(jīng)成為鋁合金焊接的重要手段，并在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金激光焊的工藝展開(kāi)了多方面的研究，推動(dòng)了鋁合金激光焊的發(fā)展。但國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金激光焊接的研究，尤其是光纖激光焊接鋁合金的研究還不夠深入，限制了鋁合金在航空等重要領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著鋁合金激光焊技術(shù)的不斷進(jìn)步，在更多領(lǐng)域會(huì)得到實(shí)際的應(yīng)用。

［1］顏鳴皋，吳學(xué)仁，朱知壽.航空材料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.航空制造技術(shù)，2003(12):19-25.

［2］楊守杰，戴圣龍.航空鋁合金的發(fā)展回顧與展望［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2005，19(2):76-80.

［3］高洪林，吳國(guó)元.Al-Li合金的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2007，21(6):87-91.

［4］宋東風(fēng)，胡繩蓀，馬 力.鋁合金激光焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.電焊機(jī)，2004，34(9):1-3.

［5］Seiji Katayama，Hiroyuki Nagayama，Masami Mizutani，et al.Fibre laser welding of aluminium alloy［J］.Welding International，2009，23(10):744-752.

［6］Alexander F.H.Kaplan.Fresnel absorption of 1μm and 1μm laser beams at the keyhole wall during laser beam welding:Comparison between smooth and wavy surfaces［J］.Applied Surface Science，258(2012):3354-3363.

［7］Seiji Sasabe，Tsuyoshi Matsumoto.Mechanical properties of A6082 welded joints with Nd-YAG laser［J］.Welding International，2012，26(5):351-359.

［8］Katayama S，Kojima K，Matsunawa A.Laser weldability of aluminium alloys(2)-occurrence and cause of weld defects［J］.J Light Metal Weld Constr，1998，36(1):3-21.

［9］M.Sheikhi，F(xiàn).Malek Ghaini，M.J.Torkamany，et al.Characterisation of solidification cracking in pulsed Nd:YAG laser welding of 2024 aluminium alloy［J］.Science and Technology of Welding and Joining，2009，14(2):161-165.

［10］王 威，徐廣印，段愛(ài)琴，等.1420鋁鋰合金激光焊接氣孔形成機(jī)理［J］.焊接學(xué)報(bào)，2005，26(11):59-62.

［11］金培有.1420鋁鋰合金的激光焊接［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2011.

［12］Muhammad Zain-ul-Abdeina，Daniel Neliasa，Jean-Franc，et al.Prediction of laser beam welding-induced distortions and residual stresses by numerical simulation for aeronautic application［J］.Journal of materials processing technology，2009(209):2907-2917.

［13］Koutarou Inose，Jae Yik Lee，Yasumasa Nakanishi，et al.Characteristics of welding distortion/residual stress generated by fillet welding with laser beam and verification of generality of its highly accurate prediction［J］.Welding International，2009，23(8):581-588.

［14］楊 濤.高強(qiáng)鋁合金T型接頭激光焊接技術(shù)研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2011.

［15］藺海榮，魏 星，馮維明.拘束焊T形接頭的拘束長(zhǎng)度與面外拘束力［J］.焊接學(xué)報(bào)，2002，23(4):69-71.

［16］左鐵釧.高強(qiáng)鋁合金的激光加工［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

［17］Seiji Katayama，Satoshi Kawaguchi，Masami Mizutani，et al.Welding phenomena and in-process monitoring in high-power YAG laser welding of aluminium alloy［J］.Welding International，2009，23(10):753-762.

［18］Yi Zhang，Genyu Chen，Haiying Wei，et al.A novel sandwich method for observation of the keyhole in deep penetration laser welding［J］.Optics and Lasers in Engineering，2008(46):133-139.

［19］孟宣宣，王春明，胡席遠(yuǎn).光纖激光焊接熔池和小孔的高速攝像與分析［J］.電焊機(jī)，2010，40(11):78-81.

［20］W.M.Steen.Arc augmented laser processing of materials［J］.Appli.Phys，1980，51(11):5636-5639.

［21］宋 剛，劉黎明，王繼鋒，等.激光-TIG復(fù)合焊接鎂合金 AZ31B 焊接工藝［J］.焊接學(xué)報(bào)，2004，25(3):31-34.

［22］蘆風(fēng)桂，唐新華，姚 舜，等.汽車用鋁合金激光+TIG復(fù)合焊接工藝研究［J］.汽車技術(shù)，2006(1):39-41.

［23］柳緒靜，劉黎明，王 恒，等.鎂鋁異種金屬激光-TIG復(fù)合熱源焊焊接性分析［J］.焊接學(xué)報(bào)，2005，26(8):31-34.

［24］高志國(guó)，黃 堅(jiān)，蔡 艷，等.輕金屬的激光復(fù)合焊技術(shù)［J］.焊接，2006(9):35-39.

［25］呂尚高，史春元，董春林，等.激光-電弧復(fù)合熱源焊接研究及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.航空制造技術(shù)，2005(5):86-88.

［26］雷 振，秦國(guó)梁，林尚揚(yáng).激光與MIG/MAG復(fù)合熱源焊接工藝發(fā)展概況［J］.焊接，2005(9):36l～364.

［27］許良紅，田忐凌，彭 云，等.高強(qiáng)鋁合金的激光 -MIG復(fù)合焊接的實(shí)驗(yàn)研究［J］.稀有金屬，2005，29(5):773-779.

［28］千 威，下旭友，秦國(guó)梁，等.鋁合金激光-小功率脈沖MIG電弧復(fù)合熱源焊接特性分析［J］.焊接學(xué)報(bào)，2007，28(8):37-40.

［29］雷正龍，陳彥賓，李俐群，等.CO2激光-MIG復(fù)合焊接射滴過(guò)渡的熔滴特性［J］.應(yīng)用激光，2004，24(6):361-364.

［30］張旭東，陳武柱，戲元卿，等.CO2激光-MIG同軸復(fù)合焊方法及鋁合金焊接的研究［J］.應(yīng)用激光，2005，25(1):l-3.

［31］胡佩佩，王春明，胡席遠(yuǎn).光纖激光-MIG復(fù)合焊接中厚板鋁合金組織特征［J］.電焊機(jī)，2010，40(11):42-46.

［32］Ruifeng Li，Zhuguo Li，Yanyan Zhu，et al.A comparative study of laser beam welding and laser-MIG hybrid welding of Ti-Al-Zr-Fe titanium alloy［J］.Materials Science and Engineering，2011(528):1138-1142.

［33］Y.B.Zhao，Z.L.Lei，Y.B.Chen，et al.A comparative study of laser-arc double-sided welding and doublesided arc welding of 6 mm 5A06 aluminium alloy［J］.Materials and Design，2011(32):2165-2171.

［34］Masakazu Tsuji.IPG fibre lasers and aluminium welding applications［J］.Welding International，2009，23(10):717-722.

［35］Seiji Katayama，Hiroyuki Nagayama，Masami Mizutani，et al.Fibre laser welding of aluminium alloy［J］.Welding International，2009，23(10):744-752.

［36］I.N.Shiganov，A.A.Kholopov，E.I.Ioda.Special features of laser welding of aluminium alloys［J］.Welding International，2012，26(3):231-235.