铝合金激光焊接的难点与解决方案

一，铝合金焊接技术铝合金具有高比强度，高疲劳强度，良好的断裂韧性和低裂纹扩展速率，同时还具有优良的成形工艺和良好的耐腐蚀性，在航空，航天，汽车等领域已广泛应用于机械制造业，造船业和化学工业。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，焊接技术的发展拓展了铝合金的应用领域。然而，铝合金本身的特性使得相关的焊接工艺面临一些亟待解决的问题：表面耐火氧化膜，接头软化，易产生气孔，易热变形和过热导率。传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊接工艺。虽然这两种焊接方法具有较高的能量密度，但焊接铝合金时可以获得良好的接合，但仍然存在渗透性差，焊接变形大，生产效率低的问题。等等，人们开始寻求新的焊接方法，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空中客车A340飞机机身采用激光焊接技术取代了原有的铆接工艺，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。这些成功案例极大地推动了激光焊接铝合金的研究，这已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，焊接热输入低，焊接热影响区小，焊接变形小的优点，使其在铝合金焊接领域备受关注。二，铝合金激光焊接问题及对策铝合金表面高反射率和高导热率这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在高密度自由电子，自由电子被激光（强电磁波）强制振动产生二次电磁波，产生强烈的反射波和较弱的透射波，因此铝合金表面有较高的激光。反射率和极低的吸收率。同时，自由电子的布朗运动被激发并变得更加强烈，因此铝合金也具有高导热性。针对铝合金对激光的高反射率，国内外已经进行了大量的研究。试验结果表明，适当的表面预处理，如喷砂，打磨，表面化学蚀刻，表面电镀，石墨涂层，空气炉介质氧化，可以减少光束反射，有效提高铝合金对光束能量的吸收。另外，从焊接结构设计的角度来看，铝合金可以通过在铝合金表面上人工制作孔或者通过使用集光器形状的接头，打开V形槽或使用缝焊方法来添加（拼接间隙相当于手工制孔）。激光的吸收提供了更大的穿透力。此外，还可以使用合理的焊接间隙设计来增加铝合金表面对激光能量的吸收。影响铝合金激光焊接的重要因素在铝合金激光焊接过程中，小孔的出现可以大大提高激光材料的吸收率，通过焊接可以获得更多的能量，而铝和铝，镁，锌， Li沸点低，易蒸发，蒸气压大。虽然这有助于形成小孔，但等离子体的冷却效果（等离子体屏蔽和吸收能量减少了激光对基材的能量输入）使得等离子体不会过热，但会阻碍等离子体的过热。小孔的连续存在，容易产生焊缝等缺陷，从而影响焊接的机械性能关节。因此，小孔的感应和稳定性成为确保激光焊接质量的关键。由于铝合金的高反射率和高导热性，必须具有更高的激光能量密度以引起小孔的形成。由于能量密度阈值基本上由其合金成分控制，因此通过控制工艺参数和选择激光功率以确保合适的热输入可以获得稳定的焊接工艺。此外，能量密度阈值也在一定程度上受到保护气体类型的影响。例如，当激光焊接铝合金时，在使用N2气体时更容易引起小孔，并且使用He气体不能引起小孔。这是因为在N 2和Al之间可发生放热反应，并且所得的Al-N-O三元化合物增加了激光吸收速率。毛孔问题不同类型的铝合金会产生不同类型的毛孔。通常认为铝合金在焊接过程中产生以下类型的孔。 1）氢气孔。当铝合金在氢气氛中熔化时，其内部氢含量可达到0.69ml / 100g或更高。然而，在凝固后，平衡状态下的氢溶解能力最多仅为0.036ml / 100g，两者之间的差异接近20倍。因此，在从液态转变为固态的过程中，必须沉淀液态铝中的过量氢。如果沉淀的氢不能平稳地漂浮，它将聚集成气泡并保留在固态铝合金中以变成孔。 2）保护气体产生的气孔。在铝合金高能激光焊接过程中，由于熔池底部小孔前端金属的强烈蒸发，保护气体被吸入熔池中形成气泡，当气泡不逸出并留在固态铝合金中时，会变成毛孔。 3）小孔坍塌产生的孔隙。在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸汽压力时，小孔将不能保持稳定性和塌陷，并且金属不会被填充而形成孔。还有许多减少或避免铝合金激光焊接中孔隙缺陷的实用措施，如调整激光功率波形，减少小孔的不稳定坍塌，改变光束聚焦高度和倾斜照射，应用电磁场作用。焊接过程和真空焊接在中间进行。近年来，已经有使用填充丝或预设合金粉末，复合热源和双焦技术来减少毛孔产生的过程，这具有良好的效果。裂纹问题的铝合金是典型的共晶合金。在激光焊接的快速凝固下更容易发生热裂。在焊接金属结晶期间在柱状晶界处形成低熔点共晶中的裂缝，例如AL-Si或Mg-Si。原因。为了减少热裂纹，可以通过诸如填充或预置合金粉末的方法来执行激光焊接。通过调节激光波形，控制热输入还可以减少晶体裂纹。三，铝合金激光焊接的发展前景铝合金激光焊接最具吸引力的特点是其高效率，充分利用这种高效率是将其应用于大厚度深熔焊接。因此，研究和使用大功率激光器进行大深度深熔焊接将是未来的必然趋势。大深度深熔焊接突出了小孔现象和对焊缝孔隙的影响。因此，小孔的形成机制和控制越来越多，并将成为业界共同关注和研究的热点问题。提高激光焊接工艺的稳定性和焊接的形成以及提高焊接质量是我们追求的目标。因此，激光电弧复合工艺，线激光焊接，预粉末激光焊接，双焦点技术和光束整形等新技术将得到进一步改进和发展。