鋁合金具有密度低,強(qiáng)度高以及良好的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),因此在汽車(chē)工業(yè)、新能源、航空航天以及建筑工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前激光焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)制造,與傳統(tǒng)焊接方式相比激光焊能提供更高的生產(chǎn)效率、更好的焊縫質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度焊接以及自動(dòng)化等。
激光焊接是將高強(qiáng)度激光輻射至金屬表面,通過(guò)激光與金屬間熱力耦合作用使金屬熔化再冷卻結(jié)晶形成焊縫的技術(shù)。根據(jù)激光焊接的熱作用機(jī)制可分為熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種,熱導(dǎo)焊主要應(yīng)用于精密零件的封裝焊接或微納焊接;激光深熔焊主要用在需要完全熔透的材料焊接中,其焊接過(guò)程會(huì)使材料汽化,熔池中出現(xiàn)匙孔現(xiàn)象,是目前使用最廣泛的激光焊接方式,也是鋁合金焊接的首選方式。
激光熔焊特點(diǎn):
優(yōu)勢(shì):激光焊接鋁合金采用擺動(dòng)激光焊接,不添加輔助材料,焊接設(shè)備簡(jiǎn)單,無(wú)需耗材,便于自動(dòng)化;
劣勢(shì):對(duì)焊接間隙的要求高,否則焊縫容易塌陷;焊接起點(diǎn)與終點(diǎn)易產(chǎn)生重點(diǎn);焊接過(guò)程穩(wěn)定性一般,易產(chǎn)生焊接缺陷;
案例:建筑裝修行業(yè)—5系鋁合金門(mén)框焊接
由于鋁合金固有的物理性質(zhì),比如對(duì)激光低的吸收率、合金元素的低沸點(diǎn)、高的熱導(dǎo)率、高的熱膨脹系數(shù)、相對(duì)較寬的凝固溫度區(qū)間、高的凝固收縮率、低粘度以及液態(tài)下高的吸氫性等,因此在激光焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷。
其中,氣孔是鋁合金激光焊接過(guò)程中最容易產(chǎn)生的缺陷形式,它會(huì)破壞焊縫金屬的致密性,削弱焊縫的有效截面積,降低焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性,因此必須采取有效措施防止氣孔產(chǎn)生,提升焊縫內(nèi)部質(zhì)量。
激光熔焊抑制氣孔方式:
1、通過(guò)焊前表面處理方式抑制焊接氣孔
焊前表面處理是控制鋁合金激光焊縫冶金氣孔的有效方法,通常表面處理方法有物理機(jī)械清理、化學(xué)清理。
經(jīng)過(guò)對(duì)比,采用化學(xué)方法處理試板表面(金屬清洗劑清洗-水洗-堿洗-水洗-酸洗-水洗-干燥)的流程處理最好。其中堿洗用25%NaOH(氫氧化鈉)水溶液去除材料表面厚度,酸洗用 20% HNO3(硝酸)+2% HF(氟化氫)水溶液中和殘留的堿液。試板表面處理后在24小時(shí)內(nèi)實(shí)施焊接,試板處理后停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)焊前裝配再用無(wú)水酒精擦拭。
2、通過(guò)焊接工藝參數(shù)抑制焊接氣孔
焊縫氣孔的形成除了與焊件表面處理質(zhì)量有關(guān),還與焊接工藝參數(shù)相關(guān)。焊接參數(shù)對(duì)焊縫氣孔的影響主要體現(xiàn)在焊縫熔透情況,即焊縫背寬比對(duì)氣孔的影響。
通過(guò)測(cè)試可知,焊縫背寬比R>0.6時(shí)可以有效改善焊縫中鏈狀氣孔的集中分布,當(dāng)背寬比R>0.8 時(shí),可以有效改善焊縫中大氣孔的存在,并很大程度上消除了焊縫中氣孔的殘留。
3、通過(guò)正確選擇保護(hù)氣體及流量抑制焊接氣孔
保護(hù)氣體的選用直接影響到焊接的質(zhì)量、效率及成本,激光焊接過(guò)程中,正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減少焊縫氣孔。
如上圖,采用Ar(氬氣)和He(氦氣)對(duì)焊縫表面進(jìn)行保護(hù),在鋁合金激光焊接過(guò)程中,Ar和He對(duì)激光的電離程度不同,造成焊縫成形不盡相同。結(jié)果可見(jiàn),選用Ar作為保護(hù)氣體所得焊縫的氣孔率整體少于選用He作為保護(hù)氣體時(shí)焊縫的氣孔率。
同時(shí)我們也要注意,氣流量過(guò)?。?lt;10L/min)焊接產(chǎn)生的大量等離子體無(wú)法吹走,使得焊接熔池不穩(wěn)定,氣孔形成幾率增加。氣體流量適中(15L/min左右)等離子體得到有效控制,保護(hù)氣對(duì)溶池起到了很好的防氧化作用,氣孔最少。過(guò)大的氣流量伴隨過(guò)大的氣體壓力,使得部分保護(hù)氣混入溶池內(nèi)部,使氣孔率上升。
激光焊接鋁合金抑制氣孔缺陷一直是行業(yè)難題,受鋁合金材料本身性能影響,在焊接過(guò)程中不能完全避免焊接無(wú)氣孔現(xiàn)象,只能降低氣孔率。我們通過(guò)焊接前后的工藝優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)總結(jié)提出3種抑制氣孔的方式,供行業(yè)同仁參考。創(chuàng)鑫激光不僅專(zhuān)注激光器產(chǎn)品技術(shù)的研究和創(chuàng)新,同時(shí)也在開(kāi)發(fā)探索各種激光加工工藝,并期待與更多行業(yè)專(zhuān)家探討,推動(dòng)我國(guó)激光加工技術(shù)的提升。
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