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铝合金激光焊接的难点与解决方案

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-18 13:37:47 * 浏览: 3
I.铝合金焊接技术铝合金具有较高的比强度,较高的疲劳强度,良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展速率,并且具有优异的成型加工性能和良好的耐腐蚀性。它被广泛用于航空,航天和汽车行业。 ,机械制造,海洋和化学工业已被广泛使用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,焊接技术的发展也扩大了铝合金的应用领域。然而,由于铝合金的特性,其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题:表面具有难熔的氧化膜,接头变软,易于出现气孔,易于热变形,以及导热系数太大。传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊。尽管这两种焊接方法能量密度大,并且在焊接铝合金时可以获得良好的接头,但是它们仍具有较差的熔深能力,较大的焊接变形和较低的生产效率。和其他缺点一样,人们开始寻求新的焊接方法,并且激光技术逐渐开始在20世纪中叶和晚期应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身采用激光焊接技术代替了原来的铆接工艺,使机身重量减轻了约18%,制造成本降低了近25%。德国奥迪A2和A8全铝结构车也受益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的案例极大地促进了铝合金激光焊接的研究,激光技术已经成为未来铝合金焊接技术的主要发展方向。激光焊接具有功率密度高,焊接热输入低,焊接热影响区小,焊接变形小等优点,在铝合金焊接领域尤为关注。二,铝合金激光焊接的问题及对策铝合金表面的高反射率和高导热性这个特征可以通过铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在高密度的自由电子,自由电子被激光(强电磁波)强迫振动而产生二次电磁波,从而产生强反射波和较弱的透射波。因此,对于激光而言,铝合金的表面相对较高。反射率和很小的吸收率。同时,自由电子的布朗运动变得更强烈,因此铝合金也具有高导热性。对于铝合金对激光的高反射率,国内外已进行了大量研究,测试结果表明适当的表面预处理,如喷砂,砂纸打磨,表面化学蚀刻,表面电镀,石墨涂层和空气处理炉子的氧化可以减少光束的反射,并有效地增加铝合金对光束能量的吸收。另外,从焊接结构设计的角度来看,在铝合金的表面上使用了集光器形式的人造孔或接头。 V型槽或拼焊(拼合缝隙等于人工孔)会增加铝合金对的数量。吸收激光以获得更大的穿透力。另外,可以使用合理设计的焊接间隙来增加铝合金表面上激光能量的吸收。影响铝合金激光焊接的重要因素在铝合金激光焊接过程中,出现小孔可以大大提高材料的激光吸收率,并且可以通过焊接获得更多的能量。铝元素和Mg,Zn,Li的沸点低,易于蒸发,并且蒸气压高。尽管这有助于形成小孔,但是等离子体的冷却效果(等离子体对能量的屏蔽和吸收减少了激光输入到基材的能量)使等离子体Ldquo本身过热,但阻止了其连续存在。小孔,易于焊接诸如气孔之类的缺陷会影响焊接成形和接头机械性能,因此小孔的感应和稳定性已成为确保激光焊接质量的重点。由于铝合金的高反射率和高热导率,需要更高的激光能量密度来诱导针孔的形成。因为能量密度阈值的水平基本上由其合金成分控制,所以可以通过控制工艺参数并选择激光功率以确保合适的热量输入来获得稳定的焊接工艺。另外,能量密度阈值在某种程度上也受到保护气体类型的影响。例如,铝合金的激光焊接在使用N2气体时很容易引起针孔,而在使用He气体时则不会引起针孔。这是因为N 2和Al之间可能发生放热反应,并且生成的Al-N-O三元化合物提高了激光吸收率。气孔问题:不同类型的铝合金产生不同类型的孔。通常认为在铝合金的焊接过程中会产生以下类型的孔。 1)氢孔。铝合金在有氢气的环境中熔化后,其内部氢气含量可超过0.69ml / 100g。但是,固化后,其平衡状态下的氢溶解能力最大仅为0.036ml / 100g,相差近20倍。因此,在从液态到固态的转变过程中,液态铝中过量的氢必须沉淀出来。如果析出的氢不能上浮并顺利逸出,它将聚集成气泡并留在固态铝合金中而成为孔。 2)保护气产生的气孔。在铝合金的高能激光焊接过程中,由于熔池底部小孔的正面金属的强烈蒸发,保护气体被吸入熔池形成气泡。当气泡太晚而无法逸出并保留在固态铝合金中时,它们就会变成孔。 3)针孔塌陷引起的气孔。在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸气压时,小孔将无法保持稳定性和塌陷,并且将在填充金属之前形成孔。还有许多减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷的实际措施,例如调整激光功率波形,减少针孔的不稳定塌陷,改变光束聚焦高度和倾斜照射,在焊接过程中施加电磁场效应等。近年来,出现了一种通过使用焊丝或预填充合金粉末,复合热源和双焦点技术减少气孔生成的过程,并取得了良好的效果。裂纹问题铝合金是典型的低共熔合金,在激光焊接的快速固化过程中更容易发生热裂纹。当焊接金属结晶时,在柱状晶界形成诸如AL-Si或Mg-Si的低熔点共晶。原因。为了减少热裂纹,可以使用焊丝填充或预设的合金粉末进行激光焊接。通过调节激光波形,控制热量输入还可以减少晶体裂纹。 3.铝合金激光焊接的发展前景铝合金激光焊接最吸引人的特点是它的高效率,而要充分发挥这一高效率,那就是将其应用于大厚度的深厚焊接。因此,研究和使用高功率激光器进行深厚度的深焊接将是未来的必然趋势。大厚度的深厚度焊接突出了针孔现象以及对焊接孔的影响。因此,针孔的形成机理和控制变得越来越重要。人们追求的目标是提高激光焊接工艺的稳定性,形成焊缝并提高焊接质量。因此,将进一步改进和开发激光电弧复合工艺,填充焊丝激光焊接,预设粉末激光焊接,双聚焦技术和光束整形等新技术。