铝合金激光焊接特性及难点分析

引言与传统焊接相比，激光焊接具有热输入低，热影响小，纵横比大，焊接工艺自动化等优点。铝合金重量轻，韧性好，成品率高，易于成型和成型，广泛应用于集装箱，机械，电力，化工，航空，航天等焊接结构产品。和铝合金代替钢板材料焊接，可以大大减少。结构质量。铝是一种相对活泼的金属，具有低电离能和高导热性。在表面上容易形成难熔的Al2O3膜。在焊缝中容易形成诸如未熔化，气孔，夹杂物和热裂纹等缺陷，这降低了焊接接头的机械性能。 。与钨氩弧焊或氩弧焊电弧焊相比，激光焊接具有窄的焊缝，小的热影响区，减小的搭接接头，以及可自动化的精确可控的焊接工艺。目前，激光焊接主要用于薄壁电子元件，结构件，航空零件等。研究用于厚板深熔焊接的10000瓦光纤激光器是未来的发展趋势。 1铝合金分类和焊接铝和铝合金可分为1000系列（工业纯铝），2000系列（Al-Cu系列），3000系列（Al-Mn系列），4000系列（Al-Si），5000系列（Al-Mg），6000系列（Al-Mg-Si）和7000系列（Al-Zn-Mg-Cu）。根据工艺特点，铝合金可分为变形铝合金和铸铝合金。变形铝合金分为两类：非热处理增强铝合金和热处理增强铝合金。不同的铝合金具有不同的焊接性能，如非热处理的增强铝和铝合金1000系列，3000系列和5000系列，具有良好的焊接性。 4000系列合金具有极低的裂纹敏感性。对于5000系列合金，当欧米茄时，（Mg当合金为2％时，合金会破裂。随着镁含量的增加，焊接性得到改善，但延展性和耐腐蚀性劣化。 2000系列，6000系列和7000系列合金具有较高的热裂倾向，焊缝形成不良，焊后时效硬度显着降低。综上所述，对于铝合金焊接，必须采取适当的工艺措施，正确选择焊接方法和填充材料，以获得性能良好的焊接接头。在焊接之前，可以对材料进行表面处理，使用有机溶剂除去油尘，然后浸入NaOH溶液中，在进行光化学处理之前用流水冲洗表面碱液。经处理的焊件在24小时内完成。焊接工艺实验。 2铝合金激光焊接的主要问题激光焊接是一种高能量密度激光，具有加热快，瞬间凝固的特点。纵横比高达12：1，但铝合金具有高反射率和良好的导热性。性能和等离子体的屏蔽效应，焊接过程中有些缺陷是不可避免的。两个主要缺陷是毛孔和热裂缝。由于铝合金对激光有很强的反射，铝合金激光焊接遇到的第一个问题是如何有效地提高材料对激光的吸收。基于铝合金本身的一些特性，激光焊接工艺也更加复杂，需要改进和改进。 2.1激光吸收率激光对材料的吸收率越高，或者传热系数和导热系数越小，激光能量越容易被材料表面吸收，表面温度迅速上升，并且材料熔化或蒸发。各种金属对不同波长的激光的反射率如表1所示。随着波长变短，各种金属的反射率降低，Ag，Al和Cu对激光的反射率高达90％以上，这无疑增加了激光。加工困难在室温下，铝合金对CO2激光的吸收是极低，98％的激光能量将被铝合金表面反射，Nd：YAG激光的反射率也为80％。可以看出，铝合金对激光具有高反射率和小的吸收率。这是因为铝合金中自由电子的密度非常大，在光波的电磁波的强烈振动下会产生强烈的反射波和弱的透射波，并且反射波不易被表面吸收。铝合金的表面使得铝合金表面在常温下对激光更敏感。高反射率。 2.2小孔的感应和稳定在激光焊接过程中，当激光能量密度大于3.5 * 10 ^ 6W / cm2时，会产生离子体，焊接方法采用深熔焊接。其原理主要是“小孔效应”，小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率，焊件在高能量密度下熔化，获得良好的焊接效果。铝合金激光焊接的主要问题是小孔的感应和维护。难度，这是由于铝合金本身的材料特性和激光束的光学特性。如上所述，常温下的Al可以反射80％的能量，并且其导热性良好。为了产生ldquo，小孔需要大的激光能量密度阈值。在不同的铝合金激光焊接工艺中存在这样的阈值。一旦输入功率大于该值，激光能量传递到材料中就不再受热传导的限制，并且焊接通过深熔焊进行。激光辐射将使基底金属变强。蒸发形成蒸发槽，激光束通过蒸发槽渗透到材料内部，焊接深度和焊接效率也急剧增加。对于高反射材料，例如铝合金和铜合金，在焊接过程中需要非常大的功率密度，这需要焊接机类型和准直聚焦镜的某些选择。 2.3焊缝的力学性能细晶粒强化，固溶强化和时效析出强化是铝合金的几种强化机制。即使存在这些强化机制，激光焊接过程中的大量低熔点合金元素如Mg和Zn也会蒸发。这导致焊缝下沉，硬度和强度降低。在瞬态凝固过程中，细晶组织的硬度和强度在转变为铸态组织时会降低。另外，焊缝中存在裂缝和孔隙导致拉伸强度降低。总之，接头软化是铝合金激光焊接中的另一个问题。 2.4孔隙率铝合金在激光焊接过程中容易产生孔隙。有两种主要类型：由氢气孔和钥匙孔产生的孔隙。 （1）氢气孔。铝合金易于在高温下在表面上形成氧化膜，并且氧化膜容易吸附环境中的水分。当激光加热时，水分解产生氢气，氢气在液态铝中的溶解度约为固态铝的20倍。在合金瞬间凝固期间，当液态铝转变成固态时，氢的溶解度急剧下降，并且如果液态铝中的过量氢不能平稳地浮动，则形成氢气孔。这种孔通常是规则的形状，尺寸大于树枝状晶体，并且在其内表面上可见树枝状晶体凝固图案。 （2）钥匙孔坍塌。焊接孔的内部与其自身的重力和大气压力平衡。一旦平衡被破坏，熔池中的液态金属就不能及时流动以填充并形成不规则的孔。发现孔内壁中的镁含量在焊缝附近约为4。时报。由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更严重，还有一种类型的孔在激光焊接中由于小孔的坍塌。