激光焊接3系铝合金的工艺分析（含参数优化表）

2020-02-17 14:01

随着汽车行业的不断壮大，纯电动汽车和燃料电池汽车将共同主导中国新能源汽车市场的未来发展。电动车轻量化和燃料电池的大量使用，必然涉及到越来越多的铝合金焊接工艺。铝合金具有良好的物理、化学和机械性能，是工业生产中一种重要的轻金属材料。目前铝合金材料的连接还主要是以惰性气体钨极保护焊和熔化极惰性气体保护焊两种传统焊接工艺进行焊接的。这两种焊接工艺焊接速度慢、生产效率低，而且焊接热输入大，使得铝合金焊接变形较大，同时焊接接头处晶粒粗大，从而导致产品质量较差。而作为一种高能量密度热源的激光，具有较快的焊接速度和较小的热输入，因此焊接变形小，获得的产品质量也较为优异。

1．实验条件与方法

1.1 实验设备

实验采用高光束质量的飞博激光YDFL－2000－CW－MM高功率连续光纤激光器，工作模式为：CW／QCW，中心波长为1080nm，光束质量M²＜1.6；嘉强BW240－4KW光纤激光高功率以及具有同轴 CCD 显示和照明功能的焊接头（准直聚焦配比为100：200）；史陶比尔TX90六轴机器人。采用JZX91熔深显微镜观察焊缝表面。

1.2 实验材料

按合金化系列，铝及铝合金可分为 1 系（工业纯铝）、2 系（铝－铜）、3 系（铝－锰）、4 系（铝－硅）、5 系（铝－镁）、6 系（铝－镁－硅）、7 系（铝－锌－镁－铜）、8 系（其他）八类合金。不同的系列的铝合金由于成分和组织的差异，所表现出来的焊接性能相差也是比较大的。3系铝合金是防锈铝合金，具有优秀的防锈特性，成形性、熔接性、耐蚀性均良好，其中3003铝合金通常用于动力电池外壳，3A21 铝合金用于微波组件外壳。本次实验采用3003铝合金材料进行了激光焊接测试。焊接接头采用对接的方式，将工件切割成100mm＊100mm＊2mm板材进行对焊。

3003 铝合金标准化学成分表

1.3 实验方法

在焊接前使用丙酮溶液超声波清洗器 25 min，以清除试样表面的油污等杂质。采用连续激光和脉冲激光对试样分别进行焊接，焊接完成后在精密测量显微镜观察焊缝表面形貌。

1.4 实验参数

由于铝合金对激光具有高反射性，为防止回反光烧毁激光器，对焊头做了5度的倾斜。在连续激光进行焊接时，分别对离焦量、激光器输出功率和焊接速度 3 个工艺参量进行优化，以获得连续激光焊的最佳工艺参量；同时，在脉冲激光进行焊接时，脉冲波形为方波，对脉冲能量进行了优化，以获得脉冲激光焊的最佳工艺参量。优化后焊接工艺参数如表 1和表 2 所示。

激光焊接3系铝合金的工艺分析（含参数优化表）