铝合金的激光焊接都有哪些优势

因为激光焊接铝合金有以下优势：

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。

激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。

后者激光动车密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。

深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。

通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生，研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系，和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义和实用价值。

采用双光斑激光焊，能够明显改善气孔率，主要是因为采用双光束进行焊接时，两束光形成一个相对较大的匙孔，提高了匙孔的稳定性，有利于气体的逸出；相比于串行双光束，采用并行双光束焊接时，熔池内部温度梯度更小，降低了液态金属凝固速度，延长气泡的逸出时间，有利于减小气孔倾向；并行双光束激光焊也能提高送丝的稳定性，对稳定焊接质量有利。

采用激光填丝焊，相比铝合金激光自熔焊，能够得到更好的成型。激光填丝焊能够兼容激光焊的高能量密度和填丝焊的高桥接能力，对于有一定间隙的焊缝，能够保证良好的成型效果。而且通过不同的填充材料的选择，可以对母材进行不同的化学冶金，起到一定合金元素补充且强化的功效。

采用激光复合焊，通过激光与电弧的复合，能够有效消除激光焊形成的等离子体的影响。通过光丝间距、吹气、焊枪角度等参数的调节，能够获得美观的焊缝，而且对于厚板无需开坡口或只需开小坡口就可以形成良好的焊缝。

采用功能强大的激光头，能够稳定焊接质量。随着激光加工的深入开发，功能越来越强大的激光头得到快速的应用。目前激光头，能够在一定范围内上下左右浮动而不改变光斑大小，也不影响光丝配合，非常利于大批量的生产应用，能改善材料因加工而产生的少量尺寸偏差而引起的焊接缺陷。

采用合适的焊接工艺参数，能够保证焊接质量。铝合金激光填丝焊接的激光功率和焊接速度的优化参数范围关系：激光功率和焊接速度的优化匹配参数曲线呈直线式上升，斜率基本保持不变。每一个给定的激光功率值，在优化参数曲线上都有一个优化的焊接速度与之对应，且焊接速度可在一定范围内变化仍能获得成形质量好的焊缝，此区域属于焊接稳定区。在某一功率值时，当焊接速度过大，热输入变小，铝合金板材不能焊透，此时焊接速度过大则向上超过稳定区范围，属于未熔透区；当焊接速度过小，热输入过大，熔池下塌严重，此时属于熔池坍塌区。要获得稳定的焊缝成型，需要匹配合适的焊接工艺参数。

1、切割材料厚度超标。一般金属激光切割机能切割的板材厚度在12个厚度以下，越薄的板材，切割起来越轻松，品质也越好。如果板材太厚，激光切割机切割起来比较吃力，在保证切断的情况下，加工精度就会出现误差，所以要确定板材的厚度因素。

2、在激光切割机运行调试的时候，要保证激光输出功率达到标准，一般激光的输出功率越高，在同等厚度的板材上面，切割的品质越好。

3、激光切割机的焦点如果没对准，直接影响切割精度，所以在运行前要校准核对。

激光切割铝板还要看激光发生器的功率，6000W的最厚能切到16mm，4500W切到12mm也行的，但只是加工费用高，因为，这是高反射材料，激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。

光切割铝板的切面像切其他材质一样光滑吗？

铝板切口一样也是光滑的，铝板只是高反光材料，需要大的激光发生器，切割气体同其他材料一样，都是用氮气切割，不会造成表面不光滑的。

铝板采用激光切割特点：

1、切割缝细：激光切割铝板的割缝一般在0.1mm-0.2mm

2、切割面光滑：激光切割铝板的切割面无毛刺无挂渣。

3、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

4、节省材料：激光加工采用电脑编程，激光设备可以把不同形状的铝板加工件进行材料的套裁，提高铝板的材料利用率，节省大量的材料成本。

5、能切多厚铝板主要看激光发生器的功率，一般6000W的最厚能切到16mm，4500W能切到12mm。

激光切铝板注意事项：铝板属于高反材料，对激光器的损伤较大，尽量少用。建议加工铝板6毫米以下都可以采用数控冲床加工，6毫米以上采用水切割加工。

1、规铝合金氩弧焊采用WSME315B或者500机器铝氩弧焊机焊接种事规应用需要用交流氩弧焊机配合铝氩弧焊丝焊接

2、用双脉冲半自气体保护焊机焊接比威欧丁MIG500铝氩弧焊机应用用半自焊接送丝焊接

3、用低温气焊焊接比低温WEWELDING 53低温铝焊丝配合锈钢刷免用焊粉焊接式需要韩粉

通常激光焊接铝合金时，会存在以下几个难点：

1.铝合金焊接容易产生气孔；

2.铝合金焊接易产生热裂纹；

3.焊缝线膨胀系数大，易导致焊接变形；

4.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；

5.合金表面易产生难熔的氧化膜(A12O3其熔点为2060℃)，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；

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

随着激光技术的不断发展与成熟，激光设备已经被广泛的应用在各行各业中，如激光打标机、激光焊接机、激光打孔机及激光切割机等等，特别是数控激光切割机械设备在最近几年内飞速发展，被广泛应用在钣金、五金制品、钢结构、精密机械、汽车配件、眼镜、首饰、铭牌、广告、工艺品、电子、玩具、包装等行业。数控激光切割机相比其他切割设备的显著优势主要体现在以下几个方面：

1、切割速度快，切割质量好，精度高：

2、切缝窄，切割面光滑，不损伤工件；

3、不受工件形状的影响，不受被切材料的硬度影响；

4、除对金属材质进行加工外，还可以对非金属进行切割加工；

5、节约模具投资，节省材料，更有效的节省成本；

6、操作简单，安全，性能稳定，提高新产品开发速度，具有广泛的适应性和灵活性。

数控金属激光切割设备机架是该激光设备最主要的部件，不仅绝大多数零部件都安装于机架上，而且还要承受工作台重力以及加、减速过程中的全部惯性冲击载荷。

数控金属激光切割机机架的设计与研发工作主要包括：

1、确定数控激光切割设备在各种工况及环境下快速、高精度、稳定运行的条件。

2、根据功能性要求确定机架的结构、参数，结合激光切割机的结构特点，建立起相应的动力学模型。

3、研究机架的结构、参数对机架的静、动态刚度及热稳定性的影响，并为机架设计提供理论根据。

4、确定机架与其他部件间的相互耦合关系。

因此，在数控金属切割机机架的设计中如何合理布置金属，减轻自重，提高机身刚度，降低温度变化对精度的影响，是设计过程中需要重点考虑的问题。

在数控金属激光切割机实际电路中，模拟信号与数字信号之间有一个强电干扰的问题。光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为煤介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。

光电耦合器具有三个特点：

1、信号传递采取电-光-电的形式，发光部分和受光部分不接触，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰；

2、抑制噪声干扰能力强；

3、具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般为数以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于10ns。

故在数控激光切割机系统电路设计时，应该注意输入信号电路与单片机连接时的隔离。在这里，采用光电耦合是最常用的方法。

在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割机很困难，甚至不能切割。

尽管激光切割机技术具体明显的巨大优势，但是作为高新科技设备，要使用激光切割机达到理想的切割加工效果，也必须掌握其加工技术参数与操作流程。特别在金属激光切割机切割加工过程中，要选择合适的切割速度，否则可能会造成几种不良的切割结果，主要表现在如下：

1、当激光切割速度太快时，会造成如下不良结果：

①法切割，火花乱喷；

②造成切割面呈现斜条纹路，且下半部产生熔渍；

③造成整个断面较粗，但无熔渍产生；

2、相反，当激光切割速度太慢，又会造成：

①造成过熔状况，切割面较粗糙。

②切缝变宽，在尖角部位整个溶化。

③影响切割效率。

所以，为了使激光切割机设备更好的发挥其切割功能，可以从激光设备切割火花来判断进给速度是否合适：

1、如果火花由上往下扩散，则表明切割速度恰当；

2、如果火花向后倾斜时，则表明进给速度太快；

3、如果火花呈现不扩散且少，凝聚在一起，则表明速度太慢。

大多数有机与无机材料都可以用激光切割机。激光切割技术相比其他传统的切割方式具有无法比拟的明显优势。激光切割机不但具有切缝窄，工件变形小的主要特性而且激光切割具有速度快、效率高、成本低、操作安全、性能稳定等特点。

近年来，随着大功率激光器的飞速改进和发展，其在工业中的应用从最初只用于小的或者微细结构的加工发展到广泛用来进行大结构件的加工，越来越受到人们的关注和认可并普遍应用于机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等工业界领域。其中薄板的激光焊接主要应用于航空航天工业和汽车制造业。

长久以来，飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺，主要原因是飞机结构采用的铝合金材料是热处理高强化铝合金，一经熔焊后，热处理强化效果就会丧失，而且晶间裂纹难以避免。因此，普通氩弧焊等熔焊方法在飞机制造中的应用成为禁区。另一方面，在80年代初，铝及其合金的激光加工十分困难，被认为是不可能的。主要是由于铝合金存在对10.6mm波长激光的高反射和自身的高导热性。在当时，激光加工主要使用波长为10.6mm的CO2激光器，而铝对CO2激光的反射率高达97%，通常作为反射镜使用。但是，激光加工的优越性又极大地吸引着从事激光材料加工的科研工作者。他们为此付出了大量的时间和精力来研究铝合金激光加工的可能性。

目前，高强铝合金激光焊接成果已经成功应用于欧洲空中客车公司飞机制造中，其铝合金内隔板均采用激光加工，实现了激光焊接取代传统铆接工艺。激光焊接技术的采用，大大地简化了飞机机身的制造工艺，使机身重量减轻18%，成本下降21.4%~24.3%，被认为是飞机制造业的一次技术大革命。

1)采取适当的表面预处理工艺.比如说砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀等预处理措施.增加材料对激光的吸收率.

2)减小光斑尺寸,增加激光功率密度.

3)改变焊接结构,使激光束在间隙中形成多次反射.便于铝合金焊接

焊接难点二、易产生气孔和热裂纹

1) 经过多次焊接试验和研究发现,在焊接过程中调整激光功率波形,可以减少气孔不稳定塌陷,改变激光束照射的角度以及在焊接中施加磁场作用,都可以减少焊接时产生的气孔.

2)在使用YAG激光器时,可以通过调整脉冲波形,控制热输入,以减少结晶裂纹.

焊接难点三、焊接过程中,焊接接头力学性能下降