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      如何提高鋁合金焊接加工工藝的技巧?
      [2019-02-19]

      如何提高鋁合金焊接加工工藝的技巧


      鋁合金具有良好的耐蝕性、導電性、導熱性及高強度的特性,是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料,在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中得到廣泛應用。

      隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展,對鋁合金焊接結構件的需求日益增多,使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展,同時激光焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域,因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。提高鋁合金焊接加工工藝的前提要熟悉鋁合金的材料屬性。


      1鋁合金材料本身的物理及化學特性

      鋁合金材料具有高反射性及高導熱性,從微觀電子結構來說,鋁合金具有眾多自由電子,密度非當大,當激光作用于此類電子時會產生強烈的震動而產生次級電磁波,造成強烈的反射波與較弱的透射波,因此,鋁合表表面對激光具有較強的反射率而影響其對激光的吸收率,同時,由于電子的激烈的布朗運動會明顯提高鋁合金材料對熱的傳導。

      國內對鋁合金材料的激光焊接己經作了大量的研究,結果也證明了對鋁合金材料的焊接需要在表面進行預處理,如噴砂處理,砂紙處理,表面化學浸蝕,表面鍍,碳黑添加,氧化等均可以達到降低光束反射的作用,有效提高鋁合金工件的對激光束的吸收率,另外,從焊接結構設計方面考慮,在鋁合金表面人工制孔或采用光收集器形式接頭,開V形波口或采用拼焊(拼接間隙相當于人工制孔) 方法,都可以增加鋁合金對激光的吸收,獲得較大的熔深,還可以利用合理設計焊接縫隙來增加鋁合金表面對激光能量的吸收。

      2小孔效應與等離子體對鋁合金激光焊接的影響

      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(等離子體對能量的屏蔽和吸收,減少了激光對母材的能量輸入)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。

      因為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。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,激光焊接鋁合金時使用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。

      3鋁合金焊接產生的氣孔問題

      鋁合金的種類有很多,其產生的氣孔各有所不同,但通常都離不同以下幾類氣孔。

      1) 保護氣體產生的氣孔。在高能激光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。

      2) 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。

      3) 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。

      4鋁合金裂紋問題

      存在問題: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。

      解決方法: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。

      總之,鋁合金激光焊接需要先了解材料本身的化學及物理特性,結合相關的技術要領,才能盡可能避免焊接時對工件材料的負面影響。鋁合金焊接技術作為鋁合金在工業領域中擴大應用的關鍵技術之一,激光焊、激光--電弧復合焊、雙光束激光焊等技術都是近年發展起來的鋁合金焊接工藝,隨著技術的進步發展,未來鋁合金焊接的技術難點將會得到突破,鋁合金的應用也會越來越廣泛

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