表示激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區小和焊接變形小等優點，使其在鋁合金焊接領域受到格外的重視。

一、鋁合金焊接技術

鋁合金比強度高，疲勞強度高，斷裂韌性好，裂紋膨脹率低，成型工藝好，耐腐蝕性好，廣泛應用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶、化工等行業。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，焊接技術的發展拓展了鋁合金的應用領域。

然而，鋁合金本身的特點使其相關焊接技術面臨著一些亟待解決的問題：表面不熔氧化膜、接頭軟化、易產生氣孔、易熱變形、導熱性過大等。傳統的鋁合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊接工藝，雖然這兩種焊接方法能量密度大，焊接鋁合金時接頭良好，但仍存在熔化能力差、焊接變形大、生產效率低等缺點。因此，人們開始尋求新的焊接方法，激光技術在20世紀中后期逐漸應用于工業。生產A340飛機機身采用激光焊接技術取代原有鉚接工藝，使機身重量降低約18%，制造成本降低近25%。德國奧迪A2和A8全鋁結構汽車也受益于鋁合金激光焊接技術的開發和應用。這些成功的例子極大地促進了激光焊接鋁合金的研究，激光技術已成為未來鋁合金焊接技術的主要發展方向。激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區小、焊接變形小等優點，在鋁合金焊接領域尤為重要。

二、鋁合金激光焊接問題及對策

1. 鋁合金表面反射性高，導熱性高

這一特性可以用鋁合金的微觀結構來解釋。由于鋁合金中有高密度的自由電子，自由電子被激光（強電磁波）強制振動，導致強反射波和弱透射波，鋁合金表面對激光反射率高，吸收率小。同時，自由電子的布朗運動變得更加劇烈，因此鋁合金也具有很高的導熱性。

鑒于鋁合金對激光的高反射，國內外進行了大量研究，試驗結果表明，噴砂、砂紙研磨、表面化學腐蝕、表面鍍、石墨涂層、空氣爐氧化等適當的表面預處理可以減少光束反射，有效增加鋁合金對光束能量的吸收。此外，從焊接結構設計的角度來看，在鋁合金表面人工孔或采用光收集器形式接頭，打開V形坡口或拼接（拼接間隙相當于人工孔） 法可增加鋁合金對激光的吸收，獲得較大的熔化深度。此外，還可以使用合理的焊接間隙設計來增加鋁合金表面對激光能量的吸收。

2. 小孔效應及等離子體對鋁合金激光焊接的影響

在鋁合金激光焊接過程中，孔的出現可以大大提高材料對激光的吸收率，焊接可以獲得更多的能量，鋁元素和鋁合金Mg、Zn、Li沸點低，易蒸發，蒸汽壓力大。雖然這有助于形成小孔，但等離子體的冷卻作用（等離子體屏蔽和吸收能量，減少激光對母材的能量輸入）使等離子體本身"過熱"；，但阻礙了孔的連續存在，容易產生孔等焊接缺陷，從而影響焊接成型和接頭的力學性能，因此孔的誘導和穩定性已成為保證激光焊接質量的關鍵。

由于鋁合金的高反射性和高導熱性，激光需要更高的能量密度才能誘導孔的形成。由于能量密度閾值基本上由其合金成分控制，激光功率可以通過控制工藝參數來確定，以確保適當的熱輸入，從而獲得穩定的焊接過程。此外，能量密度閾值在一定程度上也受到保護氣體類型的影響。例如，使用激光焊接鋁合金N2氣體容易誘導小孔，使用He氣不能誘導小孔。這是因為N2和Al放熱反應和產生之間可以發生Al-N-O 三元化合物提高了激光吸收率。

3. 氣孔問題

鋁合金種類不同，產生的氣孔類型也不同。一般認為，鋁合金在焊接過程中產生以下幾類氣孔。

1) 氫氣孔。鋁合金在氫環境中熔化后，其內部氫含量可達0.69ml/100g以上。但凝固后，平衡狀態下的溶氫能力較多只有0.036ml/100g，兩者相差近20倍。因此，在從液體向固體轉變的過程中，必須沉淀液體鋁中多余的氫。如果沉淀的氫不能順利浮出，固體鋁合金就會聚集成氣泡，殘留成氣孔。

2） 保護氣體產生的氣孔。在高能激光焊接鋁合金的過程中，由于熔池底部小孔*金屬的強蒸發，保護氣體卷入熔池形成氣泡。當氣泡在固體鋁合金中停留時，氣泡就會變成氣孔。

3） 孔坍塌產生的孔。在激光焊接過程中，當表面張力大于蒸汽壓力時，孔不會保持穩定和坍塌，金屬沒有時間填充形成孔。還有許多實際措施來減少或避免鋁合金激光焊接中的孔隙缺陷，如調整激光功率波形，減少孔隙不穩定坍塌，改變光束焦點高度和傾斜照射，在焊接過程中施加電磁經場和真空焊接。近年來，采用填充或預置合金粉末、復合熱源和雙焦技術減少孔隙生產的過程，效果良好。

4. 裂紋問題

鋁合金是一種典型的共晶合金，在激光焊接的快速凝固下更容易產生熱裂紋。AL-Si或Mg-Si低熔點共晶是裂紋的原因。為了減少熱裂紋，激光焊接可以通過填充或預置合金粉末進行。通過調整激光波形，控制熱輸入也可以減少結晶裂紋。

三、鋁合金激光焊接的發展前景

鋁合金激光焊接較引人注目的特點是其高效率，充分發揮這種高效率是將其應用于大厚度深熔焊接。因此，研究和使用大功率激光器進行大厚度深熔焊接將是未來發展的必然趨勢。大厚度深熔焊突出了孔隙現象和對焊縫孔隙的影響，因此孔隙形成的機制和控制變得越來越多，將成為行業共同關注和研究的熱點問題。

提高激光焊接標是提高激光焊接過程的穩定性和焊縫成型，提高焊接質量。因此，將進一步完善和發展激光-電弧復合工藝、鋼絲填充激光焊接、預置粉未激光焊接、雙焦技術、光束整形等新技術。