铝合金激光焊接难点分析

1.铝合金焊接技术铝合金在航空，航天，汽车，机械制造，造船，化工等领域具有较高的比强度，高疲劳强度，良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，并且具有优异的成型加工性能和良好的耐腐蚀性。工业已被广泛使用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，而焊接技术的发展扩大了铝合金的应用领域。然而，铝合金的特性使其相关的焊接技术面临一些紧迫的问题：表面上的难熔氧化膜，接头软化，易于产生气孔，易于热变形和过大的导热性。传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊接工艺。尽管这两种焊接方法在焊接铝合金时具有较高的能量密度和良好的接头，但它们仍具有较差的熔深能力，较大的焊接变形和较低的生产效率。由于这些缺点，人们开始寻求新的焊接方法，并且激光技术在20世纪中后期逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机的机身采用激光焊接技术代替了原来的铆接工艺，从而使机身重量减轻了约18％，制造成本降低了近25％。德国奥迪A2和A8全铝结构车也受益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的案例极大地促进了铝合金激光焊接技术的研究，激光技术已经成为未来铝合金焊接技术的主要发展方向。激光焊接具有功率密度高，焊接热量输入少，焊接热影响区小，焊接变形小等优点，在铝合金焊接领域尤为重要。二，铝合金激光焊接存在的问题及对策1.铝合金表面的高反射率和高导热性这个特征可以通过铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中自由电子的密度高，自由电子被激光（强电磁波）强迫振动而产生二次电磁波，从而产生强反射波和较弱的透射波。反射率和吸收率非常小。同时，自由电子的布朗运动被激发并变得更强烈，因此铝合金也具有高导热性。考虑到铝合金对激光的高反射率，国内外已进行了大量研究。测试结果表明，适当的表面预处理，例如喷砂，砂纸抛光，表面化学蚀刻，表面电镀，石墨涂层，空气炉等。介质氧化可以减少光束反射，并有效地增加铝合金对光束能量的吸收。此外，从焊接结构设计的角度来看，铝合金表面的人造孔或使用集光器，带有V形槽的接头或量身定制的焊接（相当于人造孔的拼接间隙）都可以增加铝合金的厚度。激光的吸收获得更大的穿透力。另外，焊接间隙也可以设计成增加铝合金表面上激光能量的吸收。 2.小​​孔和等离子对铝合金激光焊接的影响在铝合金的激光焊接过程中，小孔的出现可以大大提高材料的激光吸收率，焊接可以获得更多的能量，合金中的铝和铝Mg，Zn，Li的沸点低，易于蒸发且蒸气压高。尽管这有助于形成小孔，但等离子体的冷却效果（等离子屏蔽并吸收能量，减少了激光对基材的能量输入）使等离子体本身“过热”，但阻碍了小孔的连续存在，易于产生气孔等焊接缺陷，影响焊接的形成和接头的机械性能，因此小孔的感应和稳定性成为激光的保证。焊接质量。由于铝合金的高反射率和高热导率，激光具有较高的能量密度，可以诱发小孔的形成。由于能量密度阈值基本上由其合金成分控制，因此可以通过控制工艺参数并选择激光功率以确保适当的热量输入来获得稳定的焊接工艺。另外，能量密度阈值在某种程度上也受到保护气体类型的影响。例如，当将N 2气用于铝合金的激光焊接时，可以更容易地诱发小孔，而不能使用He气来诱发小孔。这是因为在N 2和Al之间可能发生放热反应，并且所得的Al-N-O三元化合物提高了激光吸收率。 3.孔隙问题还产生了不同类型的铝合金和不同类型的孔隙。通常认为铝合金在焊接过程中产生以下类型的气孔。 1）氢孔。铝合金在氢气环境中熔化后，内部氢气含量可以达到0.69ml / 100g以上。但凝固后，平衡态下的氢溶解能力最大仅为0.036ml / 100g，两者相差近20倍。因此，在从液态到固态的转变过程中，液态铝中过量的氢必须沉淀出来。如果沉淀的氢不能漂浮并顺利逸出，气泡将聚集在固态铝合金中并成为孔。 2）保护气体产生的气孔。在铝合金的高能激光焊接过程中，由于金属在熔池底部小孔前端的强烈蒸发，保护气体被吸入熔池形成气泡。当气泡太晚而无法逸出并保留在固态铝合金中时，它们就会变成孔。 3）因小孔塌陷而产生的毛孔。在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸汽压力时，小孔将无法保持稳定性和塌陷，并且在金属填充之前就形成了孔。还有许多减少或避免铝合金激光焊接中的孔缺陷的实际措施，例如调整激光功率波形，减少小孔的不稳定塌陷，改变光束焦点高度和倾斜照射，在焊接和焊接过程中施加电磁子午线效应。近年来，出现了使用焊丝填料或预合金粉末，复合热源和双重聚焦技术来减少气孔产生的方法，效果良好。 4.开裂问题铝合金是典型的低共熔合金，在激光焊接快速凝固过程中更容易发生热开裂。焊接金属结晶时，在柱状晶界形成AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶，产生裂纹的原因。为了减少热裂纹，可以通过诸如焊丝填充或预合金粉末之类的方法进行激光焊接。通过调节激光波形并控制热量输入，还可以减少晶体破裂。三，铝合金激光焊接的发展前景铝合金激光焊接最吸引人的特点是它的高效率，而要充分利用这种高效率，那就是将其应用于大厚度的深熔焊。因此，研究和使用高功率激光进行大厚度深熔焊将是未来发展的必然趋势。大厚度的深熔焊更突出了小孔现象和对焊孔的影响，因此小孔的形成机理和控制变得越来越多，将成为业界普遍关注和研究的热点问题。人们追求的目标是提高激光焊接工艺的稳定性和焊缝的形成并提高焊接质量。因此，将进一步完善和发展激光电弧复合技术，焊丝填充激光焊接，预粉末激光焊接，双聚焦技术和光束整形等新技术。