镁合金激光焊的研究现状及发展趋势_全亚杰

镁合金激光焊的研究现状及发展趋势_全亚杰

激光与光电子学进展

（）４９，０５０００１２０１２Ｌａｓｅｒ＆ＯｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｒｅｓｓ　　ｐｇ中国激光》杂志社Ｃ２０１２《○

镁合金激光焊的研究现状及发展趋势

全亚杰

（）湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８２

摘要　镁合金具有质轻、环保等特性，被誉为２在汽车、摩托车、航天航空等领域有着广泛的１世纪绿色工程材料，

应用前景，但焊接问题已经成为制约其应用的关键。和其他熔焊方法相比，激光焊具有焊缝熔深大、接头性能优良

…ＹＡＧ激光器都已用于镁合等特点，是镁合金焊接的理想方法之一。目前，两类典型的工业激光器，即ＣＯｄ２和Ｎ

焊接材料、接头性能（主要为力学性能与腐蚀性能）以及冶金焊接的研究。系统分析了镁合金激光焊的工艺方法、

，金缺陷（主要有气孔和裂纹）综述了近年来国内外镁合金激光焊接的研究现状，并对镁合金激光焊研究及应用的

发展趋势进行了展望。

关键词　激光技术；焊接；镁合金

：／中图分类号　ＴＧ４５６．７　　　文献标识码　Ａ　　　ｄｏｉ１０．３７８８ＬＯＰ４９．０５０００１

ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔＴｒｅｎｄｓｏｆＬａｓｅｒＷｅｌｄｉｎｏｆ　　　　　　　ｐｇ　

Ｍａｎｅｓｉｕｍ　Ａｌｌｏｙｇ

ＱｕａｎＹａｉｅ　ｊ

（ＳｃｈｏｏｌｏＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＨｕｎａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈａｎｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）　　　ｆ　ｇｇ，ｙ，ｇ

，Ａｂｓｔｒａｃｔｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｗｄｅｎｓｉｔａｎｄｏｏｄｒｅｃｃｌｅｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｓａｒｅｒａｉｓｅｄｏｆｔｈｅｒｅｅｎ　Ｂ　　　　　　　　　　　　　　ｙｇｙｇｙｐｇ　

，，ｍ，ｍａｔｅｒｉａｌｗｈｉｃｈｈａｖｅａｗｉｄｅｌａｌｉｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｏｔｏｒｃｃｌｅａｅｒｏｓａｃｅａｎｄｅｎｉｎｅｅｒｉｎｒｏｓｅｃｔ　　　　　　　　　　ｙｐｐｙｐｇｇｐｐ　　

ｏｔｈｅｒｒｏｂｌｅｍｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｂｕｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｈａｓｂｅｃｏｍｅａｋｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｎｔｈｅｉｒａｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｗｉｌｌｂｅａｎ　　　　　　　　　　　　　ｐｇｙｐｐｇ　　　

ｏｉｎｉｎｔｅｃｈｎｉｕｅｆｏｒｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｓｗｉｔｈｔｈｅｉｒｉｎｃｒｅａｓｉｎａｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｆｕｓｉｏｎｉｍｏｒｔａｎｔ　　　　　　　　　　ｊｇｑｇｙｇｐｐｐｐ　　

，ｗｅｌｄｉｎｔｅｃｈｎｉｕｅｓｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｄｅａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈ　　　　　　　　　　　　　ｇｑｇｇｙ　　　

，，，ｄｅｅｏｆｗｅｌｄｓａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｏｆｄａｔｅｔｗｏｔｅｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｌａｓｅｒｓｉ．ｅ．ＣＯｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｉｎｔｓ．Ｔｏａｓ　　　　　　　　　　　　　２ｐｙｐｐｐｊ　

…，，ａｎｄＮｄＹＡＧｌａｓｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｔｈｅｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｏｆｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｓ．Ｉｎｔｈｉｓｈｅａｅｒｔｒｏｃｅｓｓ　　　　　　　　　　　　　ｇｙｇｙｐｐｐ　

，ｗ，ｊｅｌｄｉｎｍａｔｅｒｉａｌｓｏｉｎｔｒｏｅｒｔｉｅｓ（ｍａｉｎｌｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）ａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ　　　　　　ｇｐｐｙｐｐ　　

）ｍｅｔａｌｌｕｒｉｃａｌｄｅｆｅｃｔｓ（ｍａｉｎｌｉｎｃｌｕｄｉｎｏｒｏｓｉｔａｎｄｃｒａｃｋｉｎｏｆｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｏｆｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｓａｒｅａｎａｌｚｅｄ．Ｔｈｅ　　　　　　　　ｇｙｇｐｙｇｇｇｙｙ　　　　

ｓｔａｔｕｓｏｆｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｏｆｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｙｐ　

ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｏｆｍａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．　　　　　　　　ｐｐｇｇｙ　　

；；ｍＫｅｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｗｅｌｄｉｎａｎｅｓｉｕｍａｌｌｏ　　　ｇｙｇｇｙｙ　

ＯＣＩＳｃｏｄｅｓ４０．３３９０；１６０．３９００；３５０．３８５０　　１

１　引　　言

镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性和导热性优良、导电性强、电磁屏蔽性好等特点，被

建材、航空航天、化工、电子等领域。镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料，其零部广泛应用于冶金、

件的使用可有效地实现汽车、轨道车辆等交通工具的轻量化目标。目前，上海汽车集团公司、一汽集团、东风

１］。但镁合金型材的汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均已开始镁合金汽车零部件的铸造生产［

应用则相对滞后，其中很重要的一个制约因素就是焊接技术。镁合金的化学成分和物理性质决定了其焊接

尤其是与冶金过程密切相关的熔化焊。与传统熔焊方法相比，激光焊具有热输入低，焊缝残余应性能较差，

力和变形小，熔化区和热影响区窄，冷却速度快，焊缝组织细小，接头性能优良等优点。因此，作为镁合金焊

２］，接研究最早使用的方法之一［近年来激光焊在镁合金焊接的深入研究方面发挥着重要作用。本文主要对

镁合金激光焊接的研究现状进行综述，以便相关研究人员更好地了解其今后的发展趋势。

；收到修改稿日期：；网络出版日期：２０１１１１１８２０１１１２３０２０１２０４０１　　收稿日期：－－－－－－

）基金项目：中央高校基本科研业务费（资助课题。５３１１０７０４０１８９

，：＿作者简介：全亚杰（女，硕士，讲师，主要从事激光材料处理方面的研究。Ｅ－ｍ１９７４－）ａｉｌｕａｎ２００６＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎｑｙｊ

０５０００１１－

４９，０５０００１激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｔｉｃｓｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔｐｊ

２　工艺方法

２．１　激光焊

激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源进行的焊接方法。由于激光器种类的不同，输出激光束的波长存在差异，而根据

（）３６５１α＝０．λ３］。式中α为可知，激光的波长会影响材料表面的吸收率，因此不同种类激光束热源的焊接效果肯定也不同［

材料对激光的吸收率，λ为激光的波长。ρ为材料的电阻率，

适用于材料加工用的两种主要类型的激光器，即波长为１０．６μｍ的ＣＯ．０６μｍ的２激光器和波长为１

…ＹＡＧ激光器都已经被用于镁合金的焊接研究。其中Ｃ具有高功率ＮｄＯ２激光一般以连续波的形式工作，

输出、高效率、出色的可靠性和安全性，在镁合金焊接研究的早期应用较为广泛。如文献［中镁合金的激４６］

光焊采用的均为Ｃ结果表明镁合金易于实现激光焊接，且焊缝窄、熔深大。Ｏ２激光，

另一方面，随着输出功率的提高、光束质量的改善以

…Ｙ目前Ｎ及光纤传输的可能，ｄＡＧ激光器已经进入了以

ＣＯｄ…ＹＡＧ激光波２激光为主的激光焊接领域。由于Ｎ

长短，镁合金表面的吸收率得到了提高，所以可以降低深

…Ｙ熔焊的临界功率密度（一台８００Ｗ的ＮｄＡＧ激光器的

［］３），有效功率相当于３ｋ焊缝熔Ｗ的ＣＯ２激光器的功率

…Ｙ池更稳定，焊接效果更好。ＮｄＡＧ激光器能以脉冲和

前者可以在较低的平均功率条件下实连续两种方式工作，

…Ｙ现小热输入的高速焊接，是ＮｄＡＧ激光器的主要工作

］７，８、日本大学的方式。如大连理工大学的王继锋等［

０…Ｙ都采用脉冲ＮＴａｕｃｈｉ等９１ｄＡＧ激光焊对镁合金成ｇ

［１，］１２功地实现了连接，且焊缝变形小，成型美观。Ｐａｎ等１［，］

则专门针对激光束的脉冲波形对焊接质量的影响进行了

研究，得出图１所示的３种脉冲波形中第３类焊接效果良

…Ｙ好。ＮｄＡＧ激光器也能以连续方式工作用于激光焊

］１３，１４，接［但此时对功率的要求要高于脉冲工作方式。

此外，随着半导体激光技术的发展，这种仅限用于微

［５］波、通信等行业的激光器开始在材料焊接领域崭露头角。Ｚ对Ａｈｕ等１Ｚ３１镁合金采用ＣＯ２激光和半导体…ＹＡＧ激光的三种不同波形图１脉冲Ｎｄ…ＹＡＧＦｉ．１ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｓｅｓｈａｅｓｏｆＮｄ　　　　ｇｐｐｂｅａｍｌａｓｅｒ　

），发现由于两种激光束输出质量的不同（图２前者在合适的工艺参数匹配条件下激光焊接进行了对比研究，

［６］可以实现深熔焊，而后者只能实现传导焊。Ｗ也采用高功率的半导体激光实现了镁合金Ａａｈｂａ等１Ｚ９１Ｄ

和非金属材料的连接。近年来，最新研制出来的光纤激光器也被人们引入到了镁合金的焊接研究，如文献［］］对Ａ文献［则对Ａ１７Ｚ３１Ｂ镁合金的光纤激光与ＣＯ１８Ｚ３１镁合金的光纤２激光焊接特性进行了对比研究，

））图２ＣＯａ２ｋＷ　ＣＯｂ１．５ｋＷ半导体激光２和半导体激光的光束形貌。（２激光；（

））ｒｏｆｉｌｅｓＦｉ．２ＢｅａｍｏｆＣＯｎｄｄｉｏｄｅｌａｓｅｒｓ．（ａ２ｋＷ　ＣＯａｓｅｒｂｅａｍ；（ｂ１．５ｋＷｄｉｏｄｅｌａｓｅｒｂｅａｍ　　　　　　　　　ｐｇ２ａ２ｌ

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