图4-1-19 激光填丝焊接原理示意图2.工艺特点激光填丝焊是在一般的激光焊过程中，连续填送焊丝进入熔池，实现加入填充金属的焊接工艺。......
2023-06-26
铝合金激光填丝焊技术优化方案
【摘要】：上海交通大学激光制造实验室选用了ER4043焊丝对厚度为1.8mm的6061-T6铝合金进行了激光填丝焊。图4-1-28 CO2激光焊接法兰盘-管子焊接完成的部件外观及其焊缝横截面宏观照片图4-1-29 激光填丝焊典型焊接接头的表面及截面形貌通过工艺试验，确定了焊接参数范围，并给出了特定激光功率下焊接速度与送丝速度的匹配关系。
激光独有的优点使其在焊接领域得到了广泛的应用，但也有其局限性，其中铝合金的激光焊比较困难，主要难点有：一是铝合金表面反射问题，研究表明，铝表面在室温时对CO2激光的初始反射率在95%以上，远远高于钢等黑色金属；二是铝合金和钢相比，电离能低，又含有大量的Mg、Zn、Li等低沸点元素，因此铝激光焊时，合金元素的蒸发和等离子体的产生都比钢更为剧烈，对焊缝成形影响很大；三是铝合金激光焊在焊透的情况下焊接过程稳定性差，表面成形不好，焊缝易出现下塌和孔洞等缺陷；四是对于铝合金而言，在焊接形成的熔池中，Al-Si共晶合金的存在，使得在熔池凝固的过程中容易产生热裂纹。
上海交通大学激光制造实验室选用了ER4043焊丝对厚度为1.8mm的6061-T6铝合金进行了激光填丝焊。在采用填充焊丝的情况下，激光焊接铝合金的稳定性大大提高，填充ER4043焊丝时的热裂纹敏感性非常低，且在焊接速度为6m/min的情况下仍能得到较好的焊接接头。在合适的焊接参数及填丝量条件下，激光填丝焊得到的焊缝余高适中，母材向焊缝过渡平稳，无明显的咬边缺陷，典型焊接接头的表面及截面形貌如图4-1-29所示。
图4-1-28 CO2激光焊接法兰盘-管子焊接完成的部件外观及其焊缝横截面宏观照片
图4-1-29 激光填丝焊典型焊接接头的表面及截面形貌
通过工艺试验，确定了焊接参数范围，并给出了特定激光功率下焊接速度与送丝速度的匹配关系。当激光功率为6kW时，焊接速度与送丝速度的匹配关系如图4-1-30所示，可知，随着焊接速度增加，与之匹配的送丝速度范围逐渐变窄。
焊缝组织主要是柱状晶、等轴晶，图4-1-31所示为填充ER4043焊丝的激光填丝焊的焊接接头显微组织，其中图4-1-31a为焊缝中心、图4-1-31b为接头熔合线处，可见在熔合线附近，为典型的柱状晶，垂直于熔合线生长，焊缝中心组织为树枝状形态的Al-Si共晶组织，且焊缝组织比母材组织晶粒细小得多，致密度高，还存在着大量的等轴晶，大小也比较均匀。焊缝的显微硬度为60～80HV，采用ER4043焊丝的焊接接头抗拉强度可达240～262MPa，抗弯性能良好。
图4-1-30 用ER4043焊丝的激光填丝焊焊接速度与送丝速度的匹配关系
图4-1-31 激光填丝焊的焊接接头显微组织（焊丝：ER4043）
a）焊缝中心 b）熔合线区
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