1。2 激光电弧复合焊应用及研究现状

1。3 铝合金焊接性

铝为银白色的轻有色金属，比重 2。7，纯铝的导热系数大，约为钢的四倍，焊接 时需要的能量约为焊钢的 4-5 倍。6061 铝合金是含铝、镁、硅的铸造铝合金，可热处 理强化，加工成形性好。

图 1-1 铝合金二元相图

如图 1-1 所示，通过对铝合金二元相图的分析，n 点表示最大溶解度。以 n 点为 分界，n 点右侧存在共晶反应，共晶组织流动性好，适合铸造；n 点左侧至 m 点，先 析出一部分共晶物，剩余的液相随温度的降低逐渐析出固溶体，固溶体成分随 n-m 曲 线变化，直至全部转变为固相；m 点左侧的铝合金成分不随温度变化而变化，不可热 处理强化[13，14]。铝合金发生共晶反应时，在熔池凝固过程中易发生偏析，在晶界处 产生低熔点共晶物，增大热裂纹倾向[15]。

焊接材料中所含的各种杂质越少，形成氧化膜的能力愈显著[16]。铝合金在室温下 很容易产生氧化膜 Al2O3，而且氧化膜熔点高，阻碍母材和焊丝的熔化，所需焊接功 率提高。同时氧化膜残留在焊接区域会造成氧化夹杂、气孔、未熔合等缺陷，影响焊 接效果同时，氧化膜电阻大，电子不易逸出，难以形成阴极斑点，电弧稳定性下降。 惰性气体保护焊时，采用直流反接，可以进行阴极清理而消除氧化薄膜。

因为空气中的水分喜欢附着在氧化膜上，这样在焊接热量作用下，水蒸汽分解为 氢离子和氧离子。同时焊丝表面，保护气体水分，以及弧柱区的水分也会带来氢。铝 合金在固液状态下对氢离子的吸收能力相差近 30 倍，液态时吸氢量大，固态时很少， 当熔池快速凝固，铝合金密度小，氢气泡浮力小，过量的氢来不及逸出，就会残留在 焊缝中，形成气孔，降低接头强度和抗晶界腐蚀能力。过量的氢还会导致氢脆、冷裂 纹、组织变化等。因此，焊前清理和焊时保护是十分必要的。

2Al + 3H2O Al2O3+6H

2H H2

纯铝的熔点为 660℃，而铝合金的熔点随着合金种类及含量的变化而变化，大约 在 530~650℃之间[17]。铝合金的导热性能好，需要更高的能量才能将其熔化，这样不 仅降低能源利用率，而且这些热量传到母材区域晶粒长大，消除残余内应力而导致焊

接接头软化。热输入量越大，接头性能降低越明显。所以为解决这一问题，铝合金焊 接常常使用能量密度高的焊接方法。

夹杂也是焊缝中经常出现的。TIG 焊时，除了氧化铝夹杂，若电流过大导致钨极 熔化或者电弧较短导致钨极与熔池接触，就会造成夹钨。MIG 焊时，氧化铝夹渣以 外，还有因导电嘴熔化导致铜液进入熔池而产生的铜夹杂[18]。

一般纯铝和非热处理强化变形的铝合金焊接时不会产生裂纹，除非合金杂质控制 不当或工艺要求不合格。铝合金焊接的裂纹倾向主要与合金的配比方式有关，热膨胀 系数大的，焊接残余应力大，易产生热裂纹。焊接接头体积收缩率大，纯铝结晶时体 积收缩率达 7%，铝合金的收缩率平均达 5%，易产生疏松。在纯铝中添加不同的合 金元素会提高力学性能，但是某些低沸点的元素会降低接头的力学性能。这是因为当 铝还未达到熔点，但低熔点合金元素先熔化、蒸发，造成合金元素的损失，焊缝强度 得不到保证，同时金属不足会导致焊缝表面下凹。铝属于高反材料，焊接时颜色没有 明显变化，难以观察到焊缝熔池，故焊接难度大，对焊工技术要求高。文献综述

焊缝金属是典型的激冷结晶组织，在许多情况下，不仅结晶速度和冷却速度极快， 而且还可以看到自基体金属的外延生长、随着焊接热源的移动而产生的晶粒生长方向 的变化和显著的搅拌等焊接所特有的结晶现象。焊缝金属组织的过冷度，由熔合线区 向焊道中心逐渐增大，并随着焊接速度的提高而更加显著。因此，靠近熔合线区的结 晶组织是细网状组织，但随着向焊道中心的接近而逐渐变成网状树枝晶，并通过新晶 核的形成进一步向等轴晶变化。用显微镜能观察到树枝晶的轴间距随着结晶速度的加 快而减小。焊缝金属是激冷的结晶组织，因此会伴随着不平衡结晶而产生偏析。枝状 晶轴间距愈小，偏析率愈小。