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提高鋁合金焊接加工工藝的技巧有哪些?共創激光為您分析

2021-02-01 11:02:41

近年來隨著科學技術和工業經濟的快速發展,對鋁合金焊接結構件的需求越來越大,因此對鋁合金焊接性的研究也越來越深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展。同時,激光焊接技術的發展拓展了鋁合金的應用領域,因此鋁合金焊接技術成為研究熱點之一。鋁合金焊接工藝改進的前提是熟悉鋁合金的材料性能。

1.鋁合金的物理化學性能

鋁合金材料具有高反射率和高導熱性。在微電子結構方面,鋁合金具有大量的高密度自由電子。當激光作用于這些電子時,會產生強烈的振動和二次電磁波,產生強烈的反射波和微弱的透射波。因此,鋁合金表面對激光具有很強的反射率,這在影響其對激光的影響的同時,由于電子的強烈布朗運動,鋁合金的熱傳導將得到顯著的改善。

國內對鋁合金材料的激光焊接進行了大量的研究。結果也證明鋁合金材料的表面預處理,如噴砂、砂紙處理、表面化學腐蝕,表面電鍍,炭黑加法和氧化,可以減少光束反射和有效改善鋁合金工件的激光吸收,從焊接結構的設計考慮,人工洞或者聯合光收集器的形式,v形波開焊或縫焊(拼接間隙相當于人工開孔)可以增加鋁合金的激光吸收,獲得更大的熔透量。合理設計焊接間隙還可以增加鋁合金表面的激光能量吸收。

2.小孔效應和等離子體對鋁合金激光焊接的影響

鋁合金激光焊接過程中,表面出現小孔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。而鋁合金中的鋁和鎂、鋅、鋰具有沸點低、易蒸發、蒸汽壓高的特點。雖然這有利于小洞的形成,等離子體的冷卻效應(由等離子體的屏蔽和吸收能量)減少了激光損傷的能量輸入的賤金屬等離子體本身“過熱”,但它阻礙了鑰匙孔的持續存在,很容易產生氣孔等焊接缺陷,從而影響焊接形成和接頭的力學性能。因此,小孔的感應性和穩定性成為保證激光焊接質量的關鍵。

由于鋁合金的高反射率和高導熱性,需要更高的激光能量密度來誘導小孔的形成。能量密度閾值基本上由合金成分控制,通過控制工藝參數,選擇和確定激光功率,保證適當的熱輸入,可以獲得穩定的焊接工藝。此外,能量密度閾值也在一定程度上受到保護氣體類型的影響。在鋁合金激光焊接中,N2氣體容易產生小孔,而he氣體則不會。這是由于N2與Al發生放熱反應,形成Al -n-o三元化合物,提高了激光吸收率。

3.鋁合金焊接氣孔

鋁合金的種類很多,其氣孔也不盡相同,但通常不同于以下幾種氣孔。

1)保護氣體產生的氣孔。高能激光焊接鋁合金過程中,由于熔池底部小孔前的金屬強烈蒸發,保護氣體被吸入熔池內形成氣泡。當氣泡不逸出時,它們仍然停留在固態鋁合金中,成為孔隙。

孔洞由一個小洞坍塌而形成的孔洞在激光焊接過程中,當表面張力大于蒸汽壓時,小孔就會不穩定而坍塌,金屬來不及填充小孔。也有很多實際的措施,減少或避免氣孔缺陷在鋁合金的激光焊接,如調整激光功率波形,減少不穩定的小洞崩潰,改變光束集中高度和傾斜照射,應用電磁場在真空焊接過程和焊接效果。近年來,采用充絲或預凝合金粉末、復合熱源和雙聚焦技術來降低孔隙率,效果良好。

3)氫氣孔。鋁合金在有氫存在的情況下熔化時,其內部的氫含量可以達到0.69ml/100g以上。但凝固后,合金在平衡態的溶氫能力只有0.036ml/100g,相差近20倍。因此,在液態鋁向固態過渡的過程中,須將液態鋁中多余的氫析出。如果析出的氫不能順利地漂浮和逸出,就會聚集成氣泡,以氣孔的形式留在固態鋁合金中。

4.鋁合金的裂紋問題

存在的問題:鋁合金是典型的共晶合金,激光焊接快速凝固時容易產生熱裂紋。柱狀晶邊界處低熔點的Al Si或Mg Si共晶的形成是裂紋產生的原因。

解決方法:激光焊接可通過填充焊絲或預置合金粉末進行。通過調節激光波形和控制熱輸入,可以減少晶體裂紋。

總之,鋁合金激光焊接需要了解材料本身的化學和物理性能,結合相關技術要點,以避免焊接時對工件材料產生負面影響。鋁合金焊接技術是擴大鋁合金在工業領域應用的關鍵技術之一。激光焊接、激光電弧混合焊接、雙光束激光焊接等技術都是近年來發展起來的鋁合金焊接工藝。隨著技術的發展,未來鋁合金焊接的技術難點將得到突破,鋁合金的應用將越來越廣泛。

提高鋁合金焊接加工工藝的技巧有哪些?共創激光為您分析

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