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      鋁合金的焊接難點及解決措施
      來源:英田激光市場運營部    發布時間:2020-8-18 13:41:54

      上篇文章我們主要講了鋁合金激光焊接工藝及其焊接難點,本篇文章我們主要聊聊鋁合金的焊接難點及解決措施。

      一、鋁合金的高反射性

      1.進行適當的表面預處理如噴砂處理、砂紙打磨、表面化學浸蝕、表面鍍、石墨涂層、空氣爐中氧化等均可以降低光束反射,有效地增大鋁合金對光束能量的吸收

      2.從焊接結構設計方面考慮,在鋁合金表面人工制孔或采用光收集器形式接頭,開V形坡口或采用拼焊(拼接間隙相當于人工制孔)方法,都可以增加鋁合金對激光的吸收,獲得較大的熔深。

      3.還可以利用合理設計焊接縫隙來增加鋁合金表面對激光能量的吸收。

      二、鋁合金的高導熱性

      1.這一特點可以用鋁合金的微觀結構來解釋

      2.由于鋁合金中存在密度很大的自由電子,自由電子受到激光(強烈的電磁波)強迫震動而產生次級電磁波,造成強烈的反射波和較弱的透射波,因而鋁合金表面對激光具有較高的反射率和很小的吸收率

      3.同時,自由電子的布朗運動受激而變得更為劇烈,所以鋁合金也具有很高的導熱性。

      三、小孔效應及等離子體對鋁合金激光焊接的影響

      1.在鋁合金激光焊接過程中,小孔的出現可以大大提高材料對激光的吸收率,焊接可以獲得更多的能量。

      2.鋁元素以及鋁合金中的Mg、Zn、Li沸點低、易蒸發且蒸汽壓大,雖然這有助于小孔的形成,但等離子體的冷卻作用(等離子體對能量的屏蔽和吸收,減少了激光對母材的能量輸入)使得等離子體本身"過熱",卻阻礙了小孔維持連續存在,容易產生氣孔等焊接缺陷,從而影響焊接成形和接頭的力學性能。

      3.小孔的誘導和穩定成為保證激光焊接質量的一個重點。

      4.由于鋁合金的高反射性和高導熱性,要誘導小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。

      5.由于能量密度閾值的高低本質上受其合金成分的控制,因此可以通過控制工藝參數,選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量,來獲得穩定的焊接過程。

      6.能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體種類的影響。

      7.例如激光焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔,而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為N2和Al之間可發生放熱反應,生成的Al-N-O三元化合物提高了對激光吸收率。

      四、氣孔問題

      1.氣孔的分類

      氣孔主要可以分為氫氣孔、保護氣體產生的氣孔、小孔塌陷產生的氣孔。

      2. 針對氫氣孔的解決方法

      使用wobble頭(擺動頭),可增大匙孔尺寸,同時擺動的光束,可促進氣體的逸出;激光復合焊接LASER-TIG,可有效穩定熔池,TIG焊讓熔池冷卻速度相對單激光焊接減緩,增加氣體逸出時間。

      3. 針對保護氣體產生的氣孔的解決方法

      在保證保護效果的情況下,盡可能減少氣體流量;保護氣管可改用大口徑,緩流出氣,避免氣體直接沖入熔池;調整氣體落點,可將氣體落點調整至熔池之后,同樣為了避免氣體直接沖入熔池;使用拖罩或排管,這個一般在大功率焊接時使用,由于功率較大,保護氣管不足以保證熔池在凝固前得到有效保護。

      4. 針對小孔塌陷產生的氣孔的解決方法

      離焦量法

      適當增加激光焊接時的離焦量,可獲得較大的光斑尺寸,這樣就可形成較大的熔池和小孔,從而提高了小孔的穩定性進而減少小孔性氣孔形成的趨勢。

      雙光束法

      采用分光鏡將單束激光分成兩束能量比例及間距可調的激光,當兩束激光共同作用時可形成一個較大的熔池和小孔。增大小孔的開口尺寸,比起相同光斑尺寸的單光束激光焊,雙光束激光焊接時小孔更穩定。

      調整焊接姿態法

      一般沿著焊接方向時有激光前傾和激光后傾兩種方式,應選擇能夠保證小孔處于力學平衡狀態的姿勢。

      振鏡光束擺動法

      振鏡焊接時可以在焊接軌跡中加入螺旋線,通過激光束在熔池內部來回攪拌不僅可以擴大小孔體積同時還可以促使已生成的氣泡逸出,從而可有效避免鋁合金焊接過程中小孔的產生,如圖所示,振鏡加入螺旋線后可大大降低氣孔的數量。

      五、裂紋問題

      鋁合金屬于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固下更容易產生熱裂紋;焊縫金屬結晶時在柱狀晶邊界形成AL-Si或Mg-Si等低熔點共晶是導致裂紋產生的原因;為減少熱裂紋,可以采用填絲或預置合金粉未等方法進行激光焊接;通過調整激光波形,控制熱輸入也可以減少結晶裂紋。


      版權所有:南京英田激光科技有限公司

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