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想知道如何提高铝合金激光切管材加工工艺的技巧吗?激光切割加工厂家共创激光为您解答

2020-12-17 09:28:45

近年来,随着科学技术和工业经济的快速发展,对激光切管材加工焊接结构件的需求不断增加,使得对激光切管材加工焊接性的研究深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展。同时,激光焊接技术的发展扩大了铝合金的应用领域。因此,铝合金焊接技术正成为研究热点之一。要改进铝合金的焊接工艺,须熟悉铝合金的材料性能。

铝合金的物理和化学性能

铝合金材料具有高反射率和高导热性。从微观电子结构来看,铝合金自由电子较多,且密度不高。当激光作用于这些电子时,会产生强烈的振动和次级电磁波,产生强反射波和弱透射波。因此,铝合金表面对激光具有较强的反射率,这在影响其对激光的作用的同时,由于电子的强烈布朗运动,铝合金材料的热传导将得到改善。

我国对铝合金材料的激光焊接进行了研究。结果也证明铝合金的焊接需要表面预处理,如喷砂、砂纸处理、表面化学腐蚀,表面电镀,炭黑,氧化,等等,这可以减少光束反射和有效改善激光的吸收率铝合金工件、焊接结构方面的设计,人工钻探铝合金表面或聚光器联合使用,开v形波口或采用定制焊接(拼接间隙相当于人工钻孔)可增加铝合金的激光吸收,获得更大的熔透,合理设计焊接间隙可增加铝合金表面对激光能量的吸收。

等离子体和小孔效应对铝合金激光焊接的影响

在铝合金激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料的激光吸收率,焊接可以获得更多的能量。而铝合金中的铝元素和镁、锌、锂等元素沸点低,易蒸发,蒸气压高。虽然这有助于形成小孔,等离子体的冷却效果(屏蔽和吸收的能量通过激光等离子体减少了对能量输入的贱金属等离子体本身“过热”,但它阻碍了钥匙孔的持续存在,很容易产生气孔等焊接缺陷,影响接头的焊接成型和机械性能。因此,小孔的感应性和稳定性已成为保证激光焊接质量的关键。

由于铝合金的高反射率和热导率,需要更高的激光能量密度来诱导小孔的形成。能量密度的阈值基本上是由合金成分控制的。因此,通过控制工艺参数、选择激光功率和保证合适的热输入,可以获得稳定的焊接工艺。另外,保护气体类型对能量密度阈值也有一定的影响。例如,用氮气气体进行铝合金激光焊接时,容易产生小孔,而氦气体则不能。这是由于N2和Al发生放热反应,形成Al -n-o三元化合物,提高了激光吸收。

3.铝合金焊接中的气孔

铝合金的种类很多,其产生的气孔也各不相同,但通常与以下几种气孔不同。

1)保护气体产生的气孔。在铝合金高能激光焊接过程中,由于熔池底部孔前金属的强烈蒸发,保护气体被吸入熔池内形成气泡。当气泡没有及时逸出并停留在铝合金固体中,它们就变成了气孔。

小孔:由小孔坍塌而产生的小孔。在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸汽压时,小孔就会不稳定而坍塌,在填充金属之前就形成了小孔。也有很多实际的措施,减少或避免气孔缺陷在铝合金的激光焊接,如调整激光功率波形,减少不稳定的小洞崩溃,改变光束集中高度和倾斜照射,应用电磁场效应在真空焊接过程和焊接等。近年来,又出现了填充丝或预凝固合金粉末、复合热源和双聚焦技术来减少气孔,效果良好。

3)氢气孔。铝合金在氢环境中熔化后氢含量可达到0.69ml/100g以上。然而,凝固后合金的溶氢能力只有0.036ml/100g,两者相差近20倍。因此,在从液态到固态的转变过程中,液态铝中多余的氢须析出。如果析出的氢不能顺利地浮上和逸出,就会积聚成气泡,停留在铝合金固体中成为气孔。

铝合金裂纹问题

存在的问题:铝合金是典型的共晶合金,激光焊接快速凝固更容易产生热裂纹。柱状晶边界处铝硅或镁硅共晶的形成是裂纹产生的原因。

解决方案:激光焊接可采用填充丝或预置合金粉末。通过调节激光波形和控制热输入,也可以减少晶体裂纹。

总之,在对铝合金进行激光焊接之前,应了解材料本身的化学和物理性能,结合相关的技术要领,以避免焊接对工件材料的负面影响。铝合金焊接技术是扩大铝合金在工业领域应用的关键技术之一。

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