江苏阿尔泰铝材科技有限公司

　　1. 工业铝型材表面的高反射性和高导热性

　　这一特点可以用工业铝型材的微观结构来解释.由于工业铝型材中存在密度很大的自由电子,自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波,造成强烈的反射波和较弱的透射波,因而工业铝型材表面对激光具有较高的反射率和很小的吸收率.同时,自由电子的布朗运动受激而变得更为剧烈,所以工业铝型材也具有很高的导热性.

　　针对工业铝型材对激光的高反射性,国内外已作了大量研究,试验结果表明,进行适当的表面预处理如喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均可以降低光束反射,有效地加大工业铝型材对光束能量的吸收.另外,从焊接结构设计方面考虑,在工业铝型材表面人工制孔或采用光收集器形式接头,开V形坡口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔) 方法,都可以增加工业铝型材对激光的吸收,获得非常大的熔深.另外,还可以利用合理设计焊接缝隙来增加工业铝型材表面对激光能量的吸收.

　　2. 小孔效应及等离子体对工业铝型材激光焊接的影响

　　在工断桥隔热铝合金窗框业铝型材激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊接可以获得更多的能量,而铝元素以及工业铝型材中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大,虽然这有助于小孔的形成,但等离子体的冷却作用（等离子体对能量的屏蔽和吸收,减少了激光对母材的能量输入）使得等离子体本身"过热",却阻碍了小孔维持连续存在,容易产生气孔等焊接缺陷,从而影响焊接成形和接头的力学性能,所以小孔的诱导和稳定成为保证激光焊接质量的一个要点.

　　由于工业铝型材的高反射性和高导热性,要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度.由于断桥型材图片能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制,因此可以通过控制工艺参数,选择确定激光功率保证合适的热输入量,来获得稳定的焊接过程.另外,能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响.例如,激光焊接工业铝型材时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔.这是因为N2和Al之间可发生放热反应,生成的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率.

　　3. 气孔问题

　　工业铝型材种类不同,产生的气孔类型也不同.一般认为,工业铝型材在焊接过程中产生以下几类气孔.

　　1) 氢气孔.工业铝型材在有氢的环境中熔化后,其内部的含氢量可达到0.69ml/100g以上.但凝固以后,其平衡状态下的溶氢能力较多只有0.036ml/100g,两者相差近20倍.因此,在由液态向固态转变的过程中,液态铝中多余的氢气必定要析出.如果析出的氢不能顺利上浮逸出,就会聚集成气泡残留在固态工业铝型材成为气孔.

　　2) 保护气体产生的气孔.在高能激光焊接工业铝型材的过程中,由于熔池底部小孔前沿金属的强烈蒸发,使保护气体被卷入熔池形成气泡,当气泡来不及逸出而残留在固态工业铝型材中即成为气孔.

　　3) 小孔塌陷产生的气孔.在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸气压力时,小孔将不能维持稳定而塌陷,金属来不及填充就形成了孔洞.对减少或避免工业铝型材激光焊接中的气孔缺陷也有很多实际措施,如调整激光功率波形,减少小孔不稳定塌陷,改变光束焦点高度和倾斜照射,在焊接过程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等.近几年来,又出现了采用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的工艺,有不错的效果.

　　4. 裂纹问题

　　工业铝型材属于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固下更容易产生热裂纹,焊缝金属结晶时在柱状晶边界形成AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶是导致裂纹产生的原因.为减少热裂纹,可以采用填丝或预置合金粉未等方法进行激光焊接.通过调整激光波形,控制热输入也可以减少结晶裂纹.