摘要：通過對汽車使用的鋁合金（Al6063-Al6063）采用了新型的不同激光焊接方案——激光對接焊接，激光穿透焊接，激光填絲焊接——進(jìn)行了探究與分析，同時(shí)對焊接接頭的焊縫質(zhì)量進(jìn)行了數(shù)值分析與疲勞壽命數(shù)值模擬分析，從而得出了一種較佳的適用于汽車領(lǐng)域的鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：輕量化；激光填絲焊接；激光對接焊接；疲勞壽命；激光穿透焊接

優(yōu)良的成形工藝性和良好的抗腐蝕性是鋁合金具備的優(yōu)良特性，同時(shí)還具有高比強(qiáng)度、高疲勞強(qiáng)度以及良好的斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)展率，在航空航天、電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域、機(jī)械智能制造中已被大量推廣應(yīng)用[1-3]。鋁合金的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了鋁合金焊接技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域[4-7]。傳統(tǒng)的鋁合金焊接一般采用TIG焊工藝亦或MIG焊工藝，雖然這兩種焊接方式能量密度較大，焊接鋁合金時(shí)能獲得良好的接頭，但仍然存在熔透能力差、焊接變形量比較大、生產(chǎn)效率低等缺陷[8]，因此激光技術(shù)被引用于工業(yè)領(lǐng)域，激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區(qū)小和焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，使其在鋁合金焊接領(lǐng)域受到格外的重視[9-11]。

適用于汽車領(lǐng)域的鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接技術(shù)方案，經(jīng)過疲勞壽命試驗(yàn)驗(yàn)證，在一定程度上說明該方案具有比較高的穩(wěn)定性、可行性和可靠性，其結(jié)果對鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接在汽車輕量化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛推廣以及應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

激光焊接模型構(gòu)建

1. 激光對接焊接

激光對接焊接工藝模型構(gòu)建如圖1所示，通過搭接樣品，調(diào)試焊接，然后對焊接接頭進(jìn)行金相分析和焊接樣件金相力學(xué)性能測試分析（拉力檢測）。

搭接樣品為兩塊厚度為2mm的Al6063-Al6063材質(zhì)，規(guī)格形狀如同狗骨頭棒的鋁板組成，中間位置為激光對接焊接位置，如圖2所示。

圖3為激光對接焊接力學(xué)性能測試模型，其搭接件兩頭夾持距離邊緣約30mm。

圖4為激光對接焊樣件金相分析模型，從該激光對接焊樣件焊接接頭斷口金相分析可以發(fā)現(xiàn)存在焊接微裂紋現(xiàn)象。

2. 激光穿透焊接

如圖5所示為激光對接焊接工藝模型構(gòu)建，通過搭接樣品，通過調(diào)試焊接，然后對焊接接頭進(jìn)行金相分析和焊接樣件金相力學(xué)性能測試分析（拉力檢測）。

搭接樣品為兩塊厚度為2mm的Al6063-Al6063材質(zhì)，規(guī)格形狀如狗骨頭棒的鋁板組成，中間位置為激光穿透焊接位置，如圖6所示。

圖7為激光穿透焊接力學(xué)性能測試模型，搭接件兩頭夾持距離邊緣約為30mm。

圖8為激光穿透焊樣件金相分析模型，從該激光穿透焊樣件焊接接頭斷口金相分析可以發(fā)現(xiàn)存在焊接微裂紋現(xiàn)象。

3. 激光填絲焊接

圖9為激光填絲焊接工藝模型構(gòu)建，通過搭接樣品（Al6063-Al6063），通過調(diào)試焊接，然后對焊接接頭進(jìn)行金相分析和焊接樣件金相力學(xué)性能測試分析（拉力檢測）。

搭接樣品為兩塊厚度為2mm的Al6063-Al6063材質(zhì)，規(guī)格形狀如狗骨頭棒的鋁板組成，中間位置為激光填絲焊接位置，焊縫接頭類型分別為對接接頭（Butt-Joint）和V形接頭（V-Joint），如圖10所示。

圖11為激光填絲焊樣件力學(xué)性能測試模型，包括焊縫接頭類型為對接接頭和V形接頭。

對接接頭試驗(yàn)采用夾持兩頭的方式，兩頭夾持距離邊緣同樣約為30mm。從該激光對接焊樣件焊接接頭斷口金相分析可知焊縫質(zhì)量完好，無焊接微裂紋現(xiàn)象存在。

V形接頭試驗(yàn)同樣采用夾持兩頭的方式進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，兩頭夾持距離邊緣同樣約為30mm。通過焊接接頭斷口金相分析可以發(fā)現(xiàn)焊縫質(zhì)量完好，無微裂紋現(xiàn)象存在。

結(jié)果分析與討論

表1和圖12是三種不同激光焊接類型：激光對接焊接、激光穿透焊接、激光填絲焊接（Butt-Joint和V-Joint）數(shù)值分析模型，通過分析結(jié)果表明：激光填絲焊接相比自熔焊接焊縫強(qiáng)度上有一定程度較大提升。焊縫強(qiáng)度：V-Joint激光填絲焊接＞Butt-Joint激光填絲焊接＞激光對接焊接＞激光穿透焊接。

V-Joint激光填絲焊接試樣疲勞壽命試驗(yàn)驗(yàn)證

1.數(shù)學(xué)模型建立

Master S-N曲線壽命估計(jì)本質(zhì)就是反映了應(yīng)力幅值與疲勞壽命之間的關(guān)系，也就是說零部件的壽命受應(yīng)力影響，可以直接通過如圖13所示的Master S-N曲線獲得疲勞壽命評估。

2.疲勞壽命試驗(yàn)驗(yàn)證

圖14為激光焊接接頭疲勞壽命測試模型。表2為焊接樣件疲勞壽命計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果，通過對表2數(shù)據(jù)分析可以得出疲勞壽命與Master S-N曲線對比，如圖17所示。通過對如圖15所示的疲勞壽命與Master S-N曲線分析可知，疲勞壽命數(shù)據(jù)點(diǎn)均在Master S-N曲線內(nèi)即試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)均處于－3σ～－2σ，結(jié)果表明激光填絲焊接接頭焊接縫質(zhì)量可靠，焊接接頭疲勞壽命滿足要求。

結(jié)語

本文通過對鋁合金（Al6063-Al6063）進(jìn)行不同激光焊接試驗(yàn)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，并對焊縫接頭斷口細(xì)節(jié)進(jìn)行金相分析，從而充分體現(xiàn)了真實(shí)鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接接頭質(zhì)量信息，同時(shí)對激光填絲焊接接口（V-Joint）做了疲勞壽命試驗(yàn)驗(yàn)證，分析與研究結(jié)論如下。

1）激光填絲焊接相比激光對接焊接、激光穿透焊接而言，焊接接頭焊縫質(zhì)量在一定程度上面有顯著的提升和改善。

2）在力學(xué)性能方面，不同激光焊接強(qiáng)度也有一定程度的差異，通過力學(xué)性能測試模型分析得知：激光填絲焊接強(qiáng)度（V-Joint）＞激光填絲焊（Butt-Joint）強(qiáng)度＞激光對接焊接強(qiáng)度＞激光穿透焊接強(qiáng)度。

3）通過疲勞壽命試驗(yàn)驗(yàn)證，疲勞壽命性能數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定， 從Master S-N曲線壽命科學(xué)的評估得：焊接接頭類型為V-Joint的激光填絲焊接，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。

4）通過鋁合金不同激光焊接研究與分析，得出的結(jié)果具有較高的穩(wěn)定性、可行性和可靠性，為鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接應(yīng)用方面提供了技術(shù)數(shù)據(jù)支撐，在對鋁合金（Al6063-Al6063）激光焊接在汽車輕量化設(shè)計(jì)方面廣泛推廣和發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。

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