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提高铝合金焊接加工工艺的技巧有哪些?共创激光为您分析

2021-02-01 11:02:41

近年来随着科学技术和工业经济的快速发展,对铝合金焊接结构件的需求越来越大,因此对铝合金焊接性的研究也越来越深入。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拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金焊接技术成为研究热点之一。铝合金焊接工艺改进的前提是熟悉铝合金的材料性能。

1.铝合金的物理化学性能

铝合金材料具有高反射率和高导热性。在微电子结构方面,铝合金具有大量的高密度自由电子。当激光作用于这些电子时,会产生强烈的振动和二次电磁波,产生强烈的反射波和微弱的透射波。因此,铝合金表面对激光具有很强的反射率,这在影响其对激光的影响的同时,由于电子的强烈布朗运动,铝合金的热传导将得到显著的改善。

国内对铝合金材料的激光焊接进行了大量的研究。结果也证明铝合金材料的表面预处理,如喷砂、砂纸处理、表面化学腐蚀,表面电镀,炭黑加法和氧化,可以减少光束反射和有效改善铝合金工件的激光吸收,从焊接结构的设计考虑,人工洞或者联合光收集器的形式,v形波开焊或缝焊(拼接间隙相当于人工开孔)可以增加铝合金的激光吸收,获得更大的熔透量。合理设计焊接间隙还可以增加铝合金表面的激光能量吸收。

2.小孔效应和等离子体对铝合金激光焊接的影响

铝合金激光焊接过程中,表面出现小孔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。而铝合金中的铝和镁、锌、锂具有沸点低、易蒸发、蒸汽压高的特点。虽然这有利于小洞的形成,等离子体的冷却效应(由等离子体的屏蔽和吸收能量)减少了激光损伤的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,从而影响焊接形成和接头的力学性能。因此,小孔的感应性和稳定性成为保证激光焊接质量的关键。

由于铝合金的高反射率和高导热性,需要更高的激光能量密度来诱导小孔的形成。能量密度阈值基本上由合金成分控制,通过控制工艺参数,选择和确定激光功率,保证适当的热输入,可以获得稳定的焊接工艺。此外,能量密度阈值也在一定程度上受到保护气体类型的影响。在铝合金激光焊接中,N2气体容易产生小孔,而he气体则不会。这是由于N2与Al发生放热反应,形成Al -n-o三元化合物,提高了激光吸收率。

3.铝合金焊接气孔

铝合金的种类很多,其气孔也不尽相同,但通常不同于以下几种气孔。

1)保护气体产生的气孔。高能激光焊接铝合金过程中,由于熔池底部小孔前的金属强烈蒸发,保护气体被吸入熔池内形成气泡。当气泡不逸出时,它们仍然停留在固态铝合金中,成为孔隙。

孔洞由一个小洞坍塌而形成的孔洞在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸汽压时,小孔就会不稳定而坍塌,金属来不及填充小孔。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,应用电磁场在真空焊接过程和焊接效果。近年来,采用充丝或预凝合金粉末、复合热源和双聚焦技术来降低孔隙率,效果良好。

3)氢气孔。铝合金在有氢存在的情况下熔化时,其内部的氢含量可以达到0.69ml/100g以上。但凝固后,合金在平衡态的溶氢能力只有0.036ml/100g,相差近20倍。因此,在液态铝向固态过渡的过程中,须将液态铝中多余的氢析出。如果析出的氢不能顺利地漂浮和逸出,就会聚集成气泡,以气孔的形式留在固态铝合金中。

4.铝合金的裂纹问题

存在的问题:铝合金是典型的共晶合金,激光焊接快速凝固时容易产生热裂纹。柱状晶边界处低熔点的Al Si或Mg Si共晶的形成是裂纹产生的原因。

解决方法:激光焊接可通过填充焊丝或预置合金粉末进行。通过调节激光波形和控制热输入,可以减少晶体裂纹。

总之,铝合金激光焊接需要了解材料本身的化学和物理性能,结合相关技术要点,以避免焊接时对工件材料产生负面影响。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。激光焊接、激光电弧混合焊接、双光束激光焊接等技术都是近年来发展起来的铝合金焊接工艺。随着技术的发展,未来铝合金焊接的技术难点将得到突破,铝合金的应用将越来越广泛。

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