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铝合金激光焊接技术的难点与对策

释放时间:2021-04-08

      铝合金激光焊接技术的难点与对策

      导读: 激光技术已成为未来铝合金焊接技术的主要发展方向。激光焊接具有很高的功率密度、低焊接热输入、焊接热影响区小、焊接变形小的优点,如此,它在铝合金焊接领域受到了特别的关注。

    1、铝合金焊接技术

    铝合金比强度高、疲劳强度高,断裂韧性好,裂纹扩展速率低,全部,它还具有良好的成型工艺和良好的耐蚀性,航空、航天、汽车、机械制造、它已广泛应用于航运业和化学工业。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,全部,焊接技术的发展扩大了铝合金的应用领域。

    但是,铝合金的特点使其相关焊接技术面临1些亟待解决的问题:表面难熔氧化膜、关节软化、易生气孔、易发生热变形,导热系数过大等。传统的铝合金焊接1般采用TIG焊接也许MIG焊接工艺,虽然这两种焊接方式的能量密度都很高,铝合金焊接时可获得良好的接头,但渗透能力仍然很差、焊接变形大、生产效率低等缺点,如此人们玩始寻找新的焊接方式,2020世纪中后期,激光技术逐渐玩始应用于工业。由欧洲空客135hmm特区第一总站 生产A340机身,采用激光焊接技术取代原有的铆接技术,减轻机身重量18 %大约,制造成本几乎减少了25 %。德国奥迪135hmm特区第一总站 A2和A8全铝轿车也得益于铝合金激光焊接技术的发展和应用.。这些成功的例子极大地促进了激光焊接铝合金的研究,激光技术已成为未来铝合金焊接技术的主要发展方向。激光焊接具有很高的功率密度、低焊接热输入、焊接热影响区小、焊接变形小的优点,如此,它在铝合金焊接领域受到了特别的关注。

    二、铝合金激光焊接存在的问题及对策

    铝合金表面的高反射率和高导热系数

    这1特性可以用铝合金的显微组织来解释。因为铝合金中存在致密的自由电子,激光自由电子(强电磁波)产生二次电磁波的强迫振动,引起强反射波和弱透射波,如此,铝合金表面对激光的反射率高,吸收系数小。全部,自由电子的布朗运动被激发并变得更加强烈,如此,铝合金也具有较高的导热系数。

    铝合金对激光的高反射率,国内外玩展了大量的研究工作,测试结果表明:,适当的表面预处理,如喷砂、砂纸研磨、表面化学侵蚀、表面电镀、石墨涂层、在空气炉中氧化可以减少光束反射,有效提高铝合金对束流能量的吸收。其他,焊接结构设计的思考,铝合金表面也许接缝上以聚光器形式出现的人工孔,玩V形槽也许焊接(拼接间隙相当于人工造孔) 方式,能提高铝合金对激光的吸收,大范围渗透。其他,合理的焊接间隙设计也可以提高铝合金表面激光能量的吸收。

    影响铝合金激光焊接的重要因素

    铝合金激光焊接过程中的几个问题,小孔的出现大大提高了激光的吸收速率,焊接可以获得更多的能量,铝和铝合金Mg、Zn、Li低沸点、易蒸发高蒸汽压力,虽然这有助于毛孔的形成,但是等离子体的冷却(等离子体对能量的屏蔽与吸收,降低了激光对贱金属的能量输入)使等离子体本身“过热”,但它阻止了毛孔的连续,容易生气孔等焊接缺陷,从而影响焊接成形和接头的力学性能,如此,小孔的感应性和稳定性成为保证激光焊接质量的关键。

    由于铝合金的高反射率和高导热性,为了诱导微孔的形成,激光必须具有较高的能量密度。因为能量密度的阈值本质上是由合金的成分控制的,如此,可以通过控制工艺参数来控制工艺参数,选择和确定激光功率,以确保适当的热输入,获得稳定的焊接工艺。其他,能量密度阈值也在1定程度上受保护气体类型的影响。相似,铝合金激光焊接N2气体中易产生孔隙,并利用它He气体不能诱发气孔。这是因为N2和Al放热反应,天生的 Al-N-O 提高了三元化合物的激光吸收率。

    气孔问题

    不同类型的铝合金,产生的气孔类型也不同。1般认为,铝合金焊接过程中会产生以下几种气孔。
 
    1) 氢气孔。铝合金在氢环境中的熔化,其内氢含量可达0.69ml/100g上。但固化后,,平衡态的最大氢溶解度仅为0.036ml/100g,两者之间有着密切的区别201次。如此,在从液体向固体转变的过程中,,铝液中的过量氢必须沉淀。如果沉淀的氢不能顺利漂浮和逸出,,它会积聚成气泡,并留在固体铝合金中成为1个孔。

    2) 保护气体产生的孔隙。铝合金高能激光焊接过程中的几个问题,由于金属在熔池底部孔前的强烈蒸发,使保护气体进入熔池形成气泡,当气泡没有及时逸出并停留在固态铝合金中时,它就变成了1个孔隙。

    3) 由1个小孔的塌陷而产生的孔。在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸汽压时,这个洞将无法维持稳定和坍塌,金属在填充之前形成孔洞。在铝合金激光焊接中,也有许多减少也许避免气孔缺陷的实际措施,如调整激光功率波形,减少小井眼不稳定塌陷,改变光束的聚焦高度和倾斜辐射,在焊接过程中应用电磁子午线作用,真空焊接等。近年来,,也有使用丝填充也许预置合金粉末、采用复合热源和双聚焦技术降低孔隙率的过程,效果很好。

    裂纹问题

    铝合金属于典型的共晶合金,激光焊接的快速凝固更容易产生热裂纹,结晶过程中柱状晶界焊缝金属的形成AL-Si也许Mg-Si等低熔点共晶是产生裂纹的原因。为了减少热裂纹,,激光焊接可通过填充丝也许预置合金粉末进行。通过调整激光波形,控制热输入也可以减少晶化裂纹。

    三、铝合金激光焊接的发展前景

    铝合金激光焊接最有趣的特点是其高效率,为了充分发挥这1高效率,将其应用于大厚度深熔焊。如此,大功率激光在大厚度深熔焊中的研究和应用将是未来发展的必然趋势。在大厚度深熔焊中,小孔现象及其对焊缝气孔的影响更为突出,如此,微孔的形成机理和控制变得越来越多,这必将成为业界共同关注和研究的热点问题。

    提高激光焊接稳定性及焊缝成形、提高焊接质量是人们追求的目标。如此,激光-电弧复合工艺、充丝激光焊接、预置粉末非激光焊接、新技术如双聚焦技术和光束整形技术将得到进1步改进和发展。

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