汉诺威激光研究中心联合开发激光焊接新工艺为异种金属焊接提供新方案

2019-05-30 11:01

目前，钢铝复合材料的轻量化结构已经成为汽车工业的一个重要课题。为了减少航运业的燃料消耗和二氧化碳排放，这种混合化合物也逐渐被应用于造船业。

造船用高板厚铝表面钢的激光焊接

图片来自：汉诺威激光研究中心

在游艇建造中，船体的上层结构通常由钢和铝合金构成。这种材料组合有效降低了整体重量，降低了船的重心，从而使船保持稳定。由于钢和铝合金性质差异大，熔点区别大，常规熔焊形成的低熔点结晶物脆性非常强，承载能力低。而通过一种接头可使这两种不同的金属紧密连接在一起，具有很高的机械负载能力。这种接头通常采用传统的爆炸镀工艺，工艺过程复杂且价格昂贵。

用于造船的钢铝激光焊接接头

图片来自：汉诺威激光研究中心

据外媒报道，在一项名为LaSAAS（“造船用钢铝激光焊接”）的联合研究项目中，德国汉诺威激光研究中心和九家合作伙伴共同开发了一种用于厚混合接头的激光焊接工艺。这种新工艺可以控制焊接深度，能快速灵活地制造接头，为异种金属连接的设计方案提供了新的选项。

汉诺威激光研究中心联合开发激光焊接新工艺为异种金属焊接提供新方案

汉诺威激光研究中心开发的铝－钢激光焊接工艺，在高板厚条件下实现了高质量、低不规则性的焊接

图片来自：汉诺威激光研究中心

焊接深度控制的目的在于保证焊缝质量的一致性（即使出现板厚跳变）。为此，项目团队研究出光谱过程分析和短相干干涉测量两种方法，这两种方法都能可靠地用于过程控制。在焊接过程中，则利用激光功率来主动控制焊接深度。这种化合物的激光焊接控制过程对于减少钢与铝合金之间的金属间相非常重要。只有借助焊接深度控制，才能焊接出焊缝质量相对较高的混合接头，尤其是对不同厚度的金属板。

在静载拉伸剪切试验中，采用新焊接工艺制造的接头件能达到与防爆接头相似的强度值（焊接铝合金的屈服强度超过了52％）。因此，未来的研究目标不仅要实现接头的高承载能力，还要实现接头的高变形能力。