用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时,激光与电弧的相互影响, 可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足, 产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率, 这主要基于两种效应: 一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度; 另一方面是两种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。

(1) 焊缝成形美观。采用激光和电弧复合热源,综合了电弧的加热范围较宽和激光的高能密度优点, 焊后可得到宽而深的焊缝, 避免了激光单独焊时出现表面凹陷形成的咬肉缺陷。有试验表明, YA G 激光2脉冲M IG 复合焊接铝合金时,熔深比激光焊增加4 倍, 比脉冲M IG 焊接也要增加1 倍以上[16]。

(2) 适应性强、稳定性好。激光焊接铝合金时由于光束直径很小, 要求坡口装配间隙精度高, 所以在大规模批量生产条件下适应性差。而复合焊时, 由于电弧的作用, 熔池宽度增加使得装配要求降低, 焊缝跟踪容易。此外, 激光产生的等离子体对稳定电弧有促进作用, 从而使复合焊接过程更稳定。

(3) 降低成本。激光单独焊接铝合金时, 由于母材对激光的反射率高, 对激光功率要求高。而与电弧复合焊接时, 一方面由于电弧能量的摄入, 另一方面由于电弧的作用可以使激光照射在电弧的熔池中,铝合金对激光的反射大大减少, 大幅度提高了激光的吸收率, 可以大大降低激光器的输出功率。

这种复合工艺的优势很多, 潜力很大, 在未来的汽车生产中必将具有广泛的应用前景。

1.3.3 铝合金的双光束激光焊

双束激光焊有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比, 能提高钥孔的稳定性, 可以明显地降低气孔敏感性。其原因在于双束激光焊接时第一束激光产生熔池, 并对附近区域进行预热, 累积的热量使第二束激光照射该处时, 可以熔化更多的母材, 从而形成较宽的焊缝。此外, 由于第二束激光能可以把第一束激光形成的钥孔后壁气化, 避免了钥孔的塌陷, 所以形成气孔的几率就要小一些[17]

1.3.4 铝合金的摩擦搅拌焊(FSW )

FSW 的原理是, 焊接探头一边旋转一边沿接合线向前移动, 铝合金在摩擦热作用下软化, 并随着焊接探头的旋转产生塑性流动而被接合。接合部的温度在铝合金的熔点(660℃) 以下, 所以有很多特点。

铝合金FSW 的优点

(1) 焊接接头质量好。FSW 属固相焊, 焊接接头不易产生熔焊时凝固过程中出现的裂纹、气孔等缺陷; 焊接温度低于铝合金熔点, 所以能得到组织与母材相近的接头且工件变形小; 焊后没有色泽变化。

(2) 成本低。不需填充材料和保护气体; 对装配精度要求不高, 焊前准备工序简单; 厚板焊接不需开坡口; 接合机构简单, 易于管理; 节能。

(3) 操作简单方便易于实现机械化、自动化, 焊接过程稳定。

(4) 不产生飞溅或难闻的烟气, 也不发生紫外线或红外线等有害光线。

1.4 螺柱焊[2]

螺柱焊也属于弧焊, 但不同于一般的尖端放电, 它的优点是螺柱不提供放电尖端, 这样就减少了对放电尖端的尺寸和形状的要求, 从而简化了螺柱焊生产工装的要求。另外它几乎是一个无声的焊接过程, 工人的劳动环境很好。螺柱焊的焊接过程是: 触发焊接过程前, 带锥形平台的螺柱被弹到工件表面,起动信号使螺柱在工件表面确定距离处产生一先导电弧, 先导电弧一方面引燃电弧, 另一方面清理焊接表面。先导电弧关断后, 主弧放电, 工件表面和螺柱前端熔化, 螺柱焊枪磁铁关断后, 螺柱受弹力作用被压入到焊接熔池中。

螺柱焊使用的螺栓或螺柱材料可为普通钢、不锈钢、镀锌钢、铜等, 螺栓或螺柱的直径可为2～8 mm。凸缘超过8 mm 螺柱或螺栓有时需使用惰性气体。最小允许板厚可到0. 4～1. 5mm, 最大镀锌层厚度可达25 mm。