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影響鋁合金激光焊接重要因素有哪些?

發布時間:2017-12-13 13:59    搜索關鍵字:鋁合金激光焊接    發布人:admin

  在鋁合金激光焊接過程中,小孔的出現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,而鋁元素以及鋁合金中的Mg、Zn、Li沸點低、易蒸發且蒸汽壓大,雖然這有助于小孔的形成,但等離子體的冷卻作用使得等離子體本身“過熱”,卻阻礙了小孔維持連續存在,容易產生氣孔等焊接缺陷,從而影響焊接成形和接頭的力學性能,所以小孔的誘導和穩定成為保證激光焊接質量的一個重點。

  由于鋁合金的高反射性和高導熱性,要誘導小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。由于能量密度閾值的高低本質上受其合金成分的控制,因此可以通過控制工藝參數,選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量,來獲得穩定的焊接過程。另外,能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體種類的影響。例如,自動化激光焊接機焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔,而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為N2和Al之間可發生放熱反應,生成的Al-N-O 三元化合物提高了對激光吸收率。  

  氣孔問題 

  鋁合金種類不同,產生的氣孔類型也不同。一般認為,鋁合金在焊接過程中產生以下幾類氣孔。  

  1) 氫氣孔。鋁合金在有氫的環境中熔化后,其內部的含氫量可達到0.69ml/100g以上。但凝固以后,其平衡狀態下的溶氫能力最多只有0.036ml/100g,兩者相差近20倍。因此,在由液態向固態轉變的過程中,液態鋁中多余的氫氣必定要析出。如果析出的氫不能順利上浮逸出,就會聚集成氣泡殘留在固態鋁合金成為氣孔。 

  2) 保護氣體產生的氣孔。在高能自動化激光焊接機焊接鋁合金的過程中,由于熔池底部小孔前沿金屬的強烈蒸發,使保護氣體被卷入熔池形成氣泡,當氣泡來不及逸出而殘留在固態鋁合金中即成為氣孔。  

  3) 小孔塌陷產生的氣孔。在激光焊接過程中,當表面張力大于蒸氣壓力時,小孔將不能維持穩定而塌陷,金屬來不及填充就形成了孔洞。對減少或避免鋁合金激光焊接中的氣孔缺陷也有很多實際措施,如調整激光功率波形,減少小孔不穩定塌陷,改變光束焦點高度和傾斜照射,在焊接過程時施加電磁經場作用以及在真空中進行焊接等。近幾年來,又出現了采用填絲或預置合金粉未、復合熱源和雙焦點技術來減少氣孔產生的工藝,有不錯的效果。  

  裂紋問題  

  鋁合金屬于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固下更容易產生熱裂紋,焊縫金屬結晶時在柱狀晶邊界形成AL-Si或Mg-Si等低熔點共晶是導致裂紋產生的原因。為減少熱裂紋,可以采用填絲或預置合金粉未等方法進行激光焊接。通過調整激光波形,控制熱輸入也可以減少結晶裂紋。


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