節(jié)能降耗和減輕環(huán)境污染是世界各國交通運輸業(yè)面臨的緊迫問題。為解決這一問題，各種輕質(zhì)合金(如鋁、鎂合金) 越來越多地應用于交通運輸工具上。其中鋁合金具有十分優(yōu)良的物理、機械力學性能，且重量輕，在汽車制造業(yè)得到了廣泛應用，其中濾清器就是較典型的應用之一。由于鋁合金的化學活潑性很強，表面極易形成氧化膜，且具有難熔性質(zhì)，加之鋁合金導熱性強，焊接時容易造成不熔合現(xiàn)象；同時，氧化膜可以吸收較多的水分，從而導致焊縫氣孔的形成；此外，鋁合金的線膨脹系數(shù)大，導熱導電性強，焊接時容易產(chǎn)生咬邊、翹曲變形等缺陷，并且焊后接頭力學性能下降。采用常規(guī)的氬弧焊( TIG) 和惰性氣體熔化級電弧(MIG)方法焊接鋁合金時，容易產(chǎn)生氣孔、焊接裂紋以及焊接變形大等問題，制約了其在工業(yè)中的應用推廣。與常規(guī)的焊接方法相比，激光焊接是一種功能多、適應性強、可靠性高的精密焊接方法，且易于實現(xiàn)自動化。由于激光高的功率密度，焊接時熱輸入量低，在保證熔深的基礎上，焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小，激光焊接不需要真空裝置，因此激光焊接具有質(zhì)量高、精度高、速度高的特點。同時隨著大功率、高性能激光加工設備的不斷開發(fā), 使得鋁合金激光焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)得到了廣泛應用。
 

本文以車用鋁合金濾清器為研究對象，分析了車用鋁合金濾清器焊接的工藝要點及相關(guān)影響因素。濾清器焊縫為環(huán)焊縫，接頭為鎖底對接，要求焊縫表觀均勻美觀，熔寬達2mm以上，熔深達1.5mm以上，樣件如圖1所示。

圖1 樣件

設備：Trumpf 3001激光器和焊接頭（光學配置：聚焦鏡焦長為300mm、準直鏡200mm、光纖芯徑300μm），如圖2所示；

 

圖2 Trumpf激光器和焊接頭
 

材料：6系鋁合金；

方法：激光焊接頭在固定位置不動，工件繞固定軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)環(huán)焊縫焊接，焊接過程采用高純Ar氣旁軸保護。

 

1、保護氣吹向?qū)е碌膯栴}：當保護氣吹向與工件旋轉(zhuǎn)方向同向時，即保護氣后吹，因而焊接過程中保護氣不能及時將待焊焊縫處空氣排開，易導致焊接過程中空氣的混入，從而使得焊縫極易氧化，焊后焊縫表面發(fā)黑且成形很差（如圖3所示）。

 

圖3 保護氣吹向與工件旋轉(zhuǎn)方向同向形成的焊縫形貌
 

2、使用小內(nèi)徑氣管導致保護范圍過窄，且單位面積氣體吹力過大：如當采用內(nèi)徑為4mm單銅管保護氣保護，且樣件是豎直擺放時（如圖4所示），由于液態(tài)鋁合金流動性較大，在保護氣吹力和自身重力等因素的作用下，熔池中的鋁合金易往重力方向下流，導致焊后焊縫下塌（如圖5所示）。另外，小內(nèi)徑銅管的氣體吹向面積小，氣體吹力較大，也易導致焊縫成形不穩(wěn)定。

 

3、保護氣不純導致焊縫局部氧化，表面發(fā)黃：由于鋁合金化學性質(zhì)較活潑，在高溫下極易氧化，因而焊接鋁合金濾清器時保護氣要采用高純氬氣（純度99.99%），采用純氬（純度99.9%）保護時，由于高溫焊接時氣體雜質(zhì)的侵入，也會導致焊縫局部氧化，甚至焊接不良，如圖6所示。