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解决激光焊接在铝合金焊接中的问题

时间:2021-09-08 16:49  阅读:257
传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工艺,但所面临的主要问题是焊接过程中较大的热输入使铝合金板变形较大,焊接速度慢,生产效率低。由于焊接变形大,随后的矫正工作往往浪费大量的时间,增加了制造成本,影响了生产效率和制造质量。而激光焊接机具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点,使其在铝合金焊接领域受到格外的重视。

铝合金激光焊接的主要难点在于:

(1)铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性,使铝合金在未熔化前对激光的吸收率很低,“小孔”的诱导比较困难。
(2)铝的电离能低,焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展,使得焊接稳定性差。
(3)铝合金激光焊接过程中气孔问题。
(4)焊接过程中合金元素的烧损,使铝合金焊接接头的力学性能下降。

解决激光焊接在铝合金焊接中的问题:
1.针对铝合金对激光的高反射性,国内外已作了大量研究,试验结果表明,进行适当的表面预处理如喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均可以降低光束反射,有效地增大铝合金对光束能量的吸收。另外,从焊接结构设计方面考虑,在铝合金表面人工制孔或采用光收集器形式接头,开V形坡口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔) 方法,都可以增加铝合金对激光的吸收,获得较大的熔深。另外,还可以利用合理设计焊接缝隙来增加铝合金表面对激光能量的吸收。

2.由于铝合金的高反射性和高导热性,要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。由于能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制,因此可以通过控制工艺参数,选择确定激光功率保证合适的热输入量,来获得稳定的焊接过程。另外,能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响。例如,激光焊接铝合金时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发生放热反应,生成的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率。

3.裂纹问题,铝合金属于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固条件下更容易产生热裂纹。焊缝金属结晶时在柱状晶边界形成Al-Si或Mg-Si等低熔点共晶是导致裂纹产生的主要原因。
为减少热裂纹,可以采用填丝或预置合金粉末等方法进行激光焊接。使用YAG激光器时,调节脉冲波形,控制热输入也可以减少结晶裂纹。

4.小孔塌陷产生的气孔。在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸气压力时,小孔将不能维持稳定而塌陷,金属来不及填充就形成了孔洞。对减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷也有很多实际措施,如调整激光功率波形,减少小孔不稳定塌陷,改变光束焦点高度和倾斜照射,在焊接过程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近几年来,又出现了采用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的工艺,有不错的效果。

铝合金激光焊接最为人引人关注的特点是其高效率,而要充分发挥这种高效率就是把它运用到大厚度深熔焊接中。因此,研究和使用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。



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