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    铝合金的焊接难点及解决措施
    来源:英田激光市场运营部    发布时间:2020-8-18 13:41:54

    上篇文章我们主要讲了铝合金激光焊接工艺及其焊接难点,本篇文章我们主要聊聊铝合金的焊接难点及解决措施。

    一、铝合金的高反射性

    1.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

    2.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。

    3.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。

    二、铝合金的高导热性

    1.这一特点可以用铝合金的微观结构来解释

    2.由于铝合金中存在密度很大的自由电子,自由电子受到激光(强烈的电磁波)强迫震动而产生次级电磁波,造成强烈的反射波和较弱的透射波,因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小的吸收率

    3.同时,自由电子的布朗运动受激而变得更为剧烈,所以铝合金也具有很高的导热性。

    三、小孔效应及等离子体对铝合金激光焊接的影响

    1.在铝合金激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊接可以获得更多的能量。

    2.铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大,虽然这有助于小孔的形成,但等离子体的冷却作用(等离子体对能量的屏蔽和吸收,减少了激光对母材的能量输入)使得等离子体本身"过热",却阻碍了小孔维持连续存在,容易产生气孔等焊接缺陷,从而影响焊接成形和接头的力学性能。

    3.小孔的诱导和稳定成为保证激光焊接质量的一个重点。

    4.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。

    5.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。

    6.能量密度阈值一定程度上还受到;て逯掷嗟挠跋。

    7.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。

    四、气孔问题

    1.气孔的分类

    气孔主要可以分为氢气孔、;て宀钠、小孔塌陷产生的气孔。

    2. 针对氢气孔的解决方法

    使用wobble头(摆动头),可增大匙孔尺寸,同时摆动的光束,可促进气体的逸出;激光复合焊接LASER-TIG,可有效稳定熔池,TIG焊让熔池冷却速度相对单激光焊接减缓,增加气体逸出时间。

    3. 针对;て宀钠椎慕饩龇椒

    在保证;ばЧ那榭鱿,尽可能减少气体流量;;て芸筛挠么罂诰,缓流出气,避免气体直接冲入熔池;调整气体落点,可将气体落点调整至熔池之后,同样为了避免气体直接冲入熔池;使用拖罩或排管,这个一般在大功率焊接时使用,由于功率较大,;て懿蛔阋员Vと鄢卦谀糖暗玫接行П;。

    4. 针对小孔塌陷产生的气孔的解决方法

    离焦量法

    适当增加激光焊接时的离焦量,可获得较大的光斑尺寸,这样就可形成较大的熔池和小孔,从而提高了小孔的稳定性进而减少小孔性气孔形成的趋势。

    双光束法

    采用分光镜将单束激光分成两束能量比例及间距可调的激光,当两束激光共同作用时可形成一个较大的熔池和小孔。增大小孔的开口尺寸,比起相同光斑尺寸的单光束激光焊,双光束激光焊接时小孔更稳定。

    调整焊接姿态法

    一般沿着焊接方向时有激光前倾和激光后倾两种方式,应选择能够保证小孔处于力学平衡状态的姿势。

    振镜光束摆动法

    振镜焊接时可以在焊接轨迹中加入螺旋线,通过激光束在熔池内部来回搅拌不仅可以扩大小孔体积同时还可以促使已生成的气泡逸出,从而可有效避免铝合金焊接过程中小孔的产生,如图所示,振镜加入螺旋线后可大大降低气孔的数量。

    五、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原因;为减少热裂纹,可以采用填丝或预置合金粉未等方法进行激光焊接;通过调整激光波形,控制热输入也可以减少结晶裂纹。


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