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铝合金的激光焊接工艺难点及解决对策【欧锦赛滚球】

 


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本文摘要:一、铝合金焊技术  铝合金具备高比强度、低疲劳强度以及较好的断裂韧性和较低的裂纹拓展亲率,同时还具备优良的成形工艺性和较好的抗腐蚀性,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已被大量应用于。

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一、铝合金焊技术  铝合金具备高比强度、低疲劳强度以及较好的断裂韧性和较低的裂纹拓展亲率,同时还具备优良的成形工艺性和较好的抗腐蚀性,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已被大量应用于。铝合金的广泛应用增进了铝合金焊技术的发展,同时焊技术的发展又扩展了铝合金的应用领域。

  不过,铝合金本身的特性使得其涉及的焊技术面对着一些亟待解决的问题:表面难熔的水解膜、连接器软化、不易产生气孔、更容易热变形以及热导率过大等。传统的铝合金焊一般使用TIG焊接或MIG焊接工艺,虽然这两种焊方式能量密度较小,焊铝合金时能取得较好的连接器,但依然不存在熔透能力差、焊变形大、生产效率低等缺点,于是人们开始谋求新的焊方法,20世纪中后期激光技术渐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身,就使用激光焊技术代替原先的銲接工艺,使机身的重量减低18%左右,生产成本减少了近25%。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也受益于铝合金激光焊技术的研发和应用于。

这些顺利的事例大大促成对激光焊铝合金的研究,激光技术早已沦为了未来铝合金焊技术的主要发展方向。激光焊具备功率密度低、焊热输出较低、焊热影响区小和焊变形小等优点,使其在铝合金焊领域受到十分的推崇。

  二、铝合金激光焊的问题和对策  铝合金表面的高反射性和低导热性  这一特点可以用铝合金的微观结构来说明。由于铝合金中不存在密度相当大的自由电子,自由电子受到激光(反感的电磁波)强制震动而产生次级电磁波,导致反感的反射波和较强的入射波,因而铝合金表面对激光具备较高的反射率和较小的吸收率。同时,自由电子的布朗运动受激而显得更加轻微,所以铝合金也具备很高的导热性。

  针对铝合金对激光的高反射性,国内外已不作了大量研究,试验结果表明,展开必要的表面预处理如喷砂处置、砂纸抛光、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中水解等皆可以减少光束光线,有效地减小铝合金对光束能量的吸取。另外,从焊结构设计方面考虑到,在铝合金表面人工制孔或使用光收集器形式连接器,进V形坡口或使用拼成焊接(拼凑间隙相等于人工制孔)方法,都可以减少铝合金对激光的吸取,取得较小的熔深。另外,还可以利用合理设计焊缝隙来减少铝合金表面对激光能量的吸取。  影响铝合金激光焊的最重要因素  在铝合金激光焊过程中,小孔的经常出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊可以取得更好的能量,而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点较低、不易冷却且蒸汽压大,虽然这有助小孔的构成,但等离子体的加热起到(等离子体对能量的屏蔽和吸取,增加了激光对母材的能量输出)使得等离子体本身“短路”,却妨碍了小孔保持倒数不存在,更容易产生气孔等焊缺失,从而影响焊成形和连接器的力学性能,所以小孔的诱导和平稳沦为确保激光焊质量的一个重点。

  由于铝合金的高反射性和低导热性,要诱导小孔的构成就必须激光有更高的能量密度。由于能量密度阈值的强弱本质上受其合金成分的掌控,因此可以通过掌控工艺参数,自由选择确认激光功率确保适合的热输入量,来取得平稳的焊过程。

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另外,能量密度阈值一定程度上还受到维护气体种类的影响。例如,激光焊铝合金时用于N2气时可较更容易地诱导出有小孔,而用于He气则无法诱导出有小孔。这是因为N2和Al之间可再次发生放热反应,分解的Al-N-O三元化合物提升了对激光吸收率。  气孔问题  铝合金种类有所不同,产生的气孔类型也有所不同。

一般指出,铝合金在焊过程中产生以下几类气孔。  1)氢气孔。

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铝合金在有氢的环境中熔融后,其内部的含氢量可超过0.69ml/100g以上。但凝结以后,其平衡状态下的溶氢能力最多只有0.036ml/100g,两者相差近20倍。

因此,在由液态向固态改变的过程中,液态铝中多余的氢气必然要两县。如果两县的氢无法成功下潜逸出,就不会挤满成气泡残余在固态铝合金沦为气孔。  2)维护气体产生的气孔。

在高能激光焊铝合金的过程中,由于熔池底部小孔前沿金属的反感冷却,使维护气体被接踵而来熔池构成气泡,当气泡马上逸出而残余在固态铝合金中即沦为气孔。  3)小孔坍塌产生的气孔。

在激光焊过程中,当表面张力小于蒸气压力时,小孔将无法保持平稳而坍塌,金属马上填满就构成了孔洞。对增加或防止铝合金激光焊中的气孔缺失也有很多实际措施,如调整激光功率波形,增加小孔不平稳坍塌,转变光束焦点高度和弯曲太阳光,在焊过程时产生电磁经场起到以及在真空中展开焊等。

近几年来,又经常出现了使用填丝或预置合金粉并未、填充热源和双焦点技术来增加气孔产生的工艺,有不俗的效果。  裂纹问题  铝合金归属于典型的共晶合金,在激光焊较慢凝结下更容易产生热裂纹,焊缝金属结晶时在柱状晶边界构成AL-Si或Mg-Si等较低熔点共晶是造成裂纹产生的原因。为增加热裂纹,可以使用填丝或预置合金粉并未等方法展开激光焊。通过调整激光波形,掌控热输出也可以增加结晶裂纹。

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  三、铝合金激光焊的发展前景  铝合金激光焊尤为人引人关注的特点是其高效率,而要充分发挥这种高效率就是把它运用到大厚度浅熔焊中。因此,研究和用于大功率激光器展开大厚度浅熔焊将是未来发展的必然趋势。

大厚度浅熔焊更为引人注目了小孔现象及对焊缝气孔的影响,因此小孔构成机理及掌控显得更为,它终将沦为业界联合关心和研究的热点问题。  提高激光焊过程的稳定性和焊缝成形、提升焊质量是人们执着的目标。因此,激光-电弧填充工艺、填丝激光焊、预置粉未激光焊、双焦点技术以及光束整形等新技术将不会获得更进一步完备和发展。


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