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焊接技术

如何提高铝合金焊接加工工艺的技巧

时间:2017-12-04 16:50:05   作者:明星机械   来源:www.iw168.cn   阅读:10   评论:0
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时激光焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。提高铝合金焊接加工工艺的前提要熟悉铝合金的材料属性。

铝合金材料本身的物理及化学特性


铝合金材料具有高反射性及高导热性,从微观电子结构来说,铝合金具有众多自由电子,密度非当大,当激光作用于此类电子时会产生强烈的震动而产生次级电磁波,造成强烈的反射波与较弱的透射波,因此,铝合表表面对激光具有较强的反射率而影响其对激光的吸收率,同时,由于电子的激烈的布朗运动会明显提高铝合金材料对热的传导。

国内对铝合金材料的激光焊接己经作了大量的研究,结果也证明了对铝合金材料的焊接需要在表面进行预处理,如喷砂处理,砂纸处理,表面化学浸蚀,表面镀,碳黑添加,氧化等均可以达到降低光束反射的作用,有效提高铝合金工件的对激光束的吸收率,另外,从焊接结构设计方面考虑,在铝合金表面人工制孔或采用光收集器形式接头,开V形波口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔) 方法,都可以增加铝合金对激光的吸收,获得较大的熔深,还可以利用合理设计焊接缝隙来增加铝合金表面对激光能量的吸收。

小孔效应与等离子体对铝合金激光焊接的影响


在铝合金激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊接可以获得更多的能量,而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大,虽然这有助于小孔的形成,但等离子体的冷却作用(等离子体对能量的屏蔽和吸收,减少了激光对母材的能量输入)使得等离子体本身'过热',却阻碍了小孔维持连续存在,容易产生气孔等焊接缺陷,从而影响焊接成形和接头的力学性能,所以小孔的诱导和稳定成为保证激光焊接质量的一个重点。

因为铝合金的高反射性和高导热性,要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制,因此可以通过控制工艺参数,选择确定激光功率保证合适的热输入量来获得稳定的焊接过程。另外,能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响。例如,激光焊接铝合金时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发生放热反应,生成 的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率。

铝合金焊接产生的气孔问题


铝合金的种类有很多,其产生的气孔各有所不同,但通常都离不同以下几类气孔。

1) 保护气体产生的气孔。在高能激光焊接铝合金的过程中,由于熔池底部小孔前沿金属的强烈蒸发,使保护气体被卷入熔池形成气泡,当气泡来不及逸出而残留在固态铝合金中即成为气孔。

2) 小孔塌陷产生的气孔。在激光焊接过程中,当表面张力大于蒸气压力时,小孔将不能维持稳定而塌陷,金属来不及填充就形成了孔洞。对减少或避免铝合金激光焊接中的气孔缺陷也有很多实际措施,如调整激光功率波形,减少小孔不稳定塌陷,改变光束焦点高度和倾斜照射,在焊接过程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近几年来,又出现了采用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的工艺,有不错的效果。

3) 氢气孔。铝合金在有氢的环境中熔化后,其内部的含氢量可达到0.69ml/100g以上。但凝固以后,其平衡状 态下的溶氢能力最多只有0.036ml/100g,两者相差近20倍。因此,在由液态向固态转变的过程中,液态铝中多余的氢气必定要析出。如果析出的氢不能顺利上浮逸出,就会聚集成气泡残留在固态铝合金成为气孔。

铝合金裂纹问题


存在问题:铝合金属于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固下更容易产生热裂纹,焊缝金属结晶时在柱状晶 边界形成AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶是导致裂纹产生的原因。

解决方法:可以采用填丝或预置合金粉未等方法进行激光焊接。通过调整激光波形,控制热输入也可以减少结晶裂纹。

总之,铝合金激光焊接需要先了解材料本身的化学及物理特性,结合相关的技术要领,才能尽可能避免焊接时对工件材料的负面影响。铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域中扩大应用的关键技术之一,激光焊、激光--电弧复合焊、双光束激光焊等技术都是近年发展起来的铝合金焊接工艺,随着技术的进步发展,未来铝合金焊接的技术难点将会得到突破,铝合金的应用也会越来越广泛。


标签:铝合金焊接 
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