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铝合金的激光焊接工艺难点分析

发布时间:2020-08-18

    一、铝合金焊接技巧

    铝合金存在高比强度、高疲劳强度以及良好的断裂韧性跟较低的裂纹扩大率,同时还存在精良的成形工艺性跟良好的抗腐化性,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学产业中已被大量利用。铝合金的普遍利用增进了铝合金焊接技巧的发展,同时焊接技巧的发展又拓展了铝合金的利用范畴。

    不过,铝合金自身的特点使得其相干的焊接技巧面临着一些亟待解决的问题:名义难熔的氧化膜、接头软化、易产赌气孔、轻易热变形以及热导率过大等。传统的铝合金焊接个别采取TIG焊或MIG焊工艺,诚然这两种焊接方法能量密度较大,焊接铝合金时能获得良好的接头,但仍然存在熔透才干差、焊接变形大、生产效力低等毛病,于是人们开端寻求新的焊接方法,20世纪中后期激光技巧逐步开端利用于产业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身,就采取激光焊接技巧取代原有的铆接工艺,使机身的分量减轻18%左右,制造本钱降落了近25%。德国奥迪公司A2跟A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技巧的开发跟利用。这些胜利的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究,激光技巧已经成为了将来铝合金焊接技巧的重要发展方向。激光焊接存在功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小跟焊接变形小等优点,使其在铝合金焊接范畴受到分外的器重。

    二、铝合金激光焊接的问题跟对策

    1.铝合金名义的高反射性跟高导热性

    这一特点可能用铝合金的微观结构来说明。因为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,造成强烈的反射波跟较弱的透射波,因此铝合金名义对激光存在较高的反射率跟很小的接收率。同时,自由电子的布朗活动受激而变得更为激烈,所以铝合金也存在很高的导热性。

    针对铝合金对激光的高反射性,国内外已作了大量研究,实验结果表明,进行恰当的名义预处理如喷砂处理、砂纸打磨、名义化学浸蚀、名义镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均可能降落光束反射,有效地增大铝合金对光束能量的接收。铝合金型材工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶,建筑,装修。另外,从焊接结构设计方面考虑,在铝合金名义人工制孔或采取光收集器情势接头,开V形坡口或采取拼焊(拼接缝隙相称于人工制孔)方法,都可能增加铝合金对激光的接收,获得较大的熔深。另外,还可能利用公道设计焊接缝隙来增加铝合金名义对激光能量的接收。

    2.小孔效应及等离子体对铝合金激光焊接的影响

    在铝合金激光焊接进程中,小孔的呈现可能大大进步资料对激光的接收率,焊接可能获得更多的能量,而铝元素以及铝合金中的M

    G、Z

    N、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大,诚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跟接收,减少了激光对母材的能量输入)使得等离子体自身"过热",却妨碍了小孔坚持连续存在,轻易产赌气孔等焊接缺点,从而影响焊接成形跟接头的力学机能,所以小孔的引诱跟牢固成为保障激光焊接品质的一个重点。

    因为铝合金的高反射性跟高导热性,要引诱小孔的形成绩须要激光有更高的能量密度。铝合金型材工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶,建筑,装修。因为能量密度阈值的高低实质上受其合金成分的把持,因此可能通过把持工艺参数,抉择判断激光功率保障适合的热输入量,来获得牢固的焊接进程。另外,能量密度阈值一定水平上还受到维护气体品种的影响。例如,激光焊接铝合金时利用N2气时可较轻易地引诱出小孔,而利用He气则不能引诱出小孔。这是因为N2跟Al之间可产生放热反应,生成的Al-N-O三元化合物进步了对激光接收率。

    3.气孔问题

    铝合金品种不同,产生的气孔类型也不同。铝合金型材工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶,建筑,装修。个别认为,铝合金在焊接进程中产生以下多少类气孔。

    1)氢气孔。铝合金在有氢的环境中熔化后,其内部的含氢量可达到0.69ml/100g以上。但凝固当前,其均衡状况下的溶氢才干较多只有0.036ml/100g,两者相差近20倍。因此,在由液态向固态转变的进程中,液态铝中多余的氢气一定要析出。假如析出的氢不能顺利上浮逸出,就汇聚集成气泡残留在固态铝合金成为气孔。

    2)维护气体产生的气孔。在高能激光焊接铝合金的进程中,因为熔池底部小孔前沿金属的强烈蒸发,使维护气体被卷入熔池形成气泡,当气泡来不迭逸出而残留在固态铝合金中即成为气孔。

    3)小孔塌陷产生的气孔。在激光焊接进程中,当名义张力大于蒸气压力时,小孔将不能坚持牢固而塌陷,金属来不迭填充就形成了孔洞。对减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺点也有很多实际办法,如调剂激光功率波形,减少小孔不牢固塌陷,转变光束焦点高度跟倾斜照射,在焊接进程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近多少年来,又呈现了采取填丝或预置合金粉未、复合热源跟双焦点技巧来减少气孔产生的工艺,有不错的后果。

    4.裂纹问题

    铝合金属于典范的共晶合金,在激光焊接疾速凝固下更轻易产生热裂纹,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起因。为减少热裂纹,可能采取填丝或预置合金粉未等方法进行激光焊接。通过调剂激光波形,把持热输入也可能减少结晶裂纹。

    三、铝合金激光焊接的发展前景

    铝合金激光焊接较为人惹人关注的特点是其高效力,而要充分施展这种高效力就是把它应用到大厚度深熔焊接中。因此,研究跟利用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是将来发展的必定趋势。大厚度深熔焊更加凸起了小孔景象及对焊缝气孔的影响,因此小孔形成机理及把持变得更加,它必将成为业界独特关怀跟研究的热点问题。

    改良激光焊接进程的牢固性跟焊缝成形、进步焊接品质是人们寻求的目标。因此,激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉未激光焊接、双焦点技巧以及光束整形等新技巧将会得到进一步完美跟发展。


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