鋁合金激光焊接工藝是近十幾年來發(fā)展起來的一項新技術(shù),與傳統(tǒng)焊接工藝相比,它具有功能強、可靠性高、無需真空條件及效率高等特點。
其功率密度大、熱輸入總量低、同等熱輸入量熔深大、熱影響區(qū)小、焊接變形小、速度高、易于工業(yè)自動化等優(yōu)點,特別對熱處理鋁合金有較大的應用優(yōu)勢。
可提高其加工速度并極大地降低熱輸入,從而可提高生產(chǎn)效率,改善焊接質(zhì)量。在焊接高強度大厚度鋁合金時,傳統(tǒng)的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發(fā)生匙孔效應,則可以得到實現(xiàn)。
一、激光焊接鋁合金的優(yōu)勢
激光焊接鋁合金有以下優(yōu)勢:
1、能量密度高,熱輸入低,熱變形量小,熔化區(qū)和熱影響區(qū)窄而熔深大;
2、冷卻速度高而得到微細焊縫組織,接頭性能良好;
3、與接觸焊相比,激光焊不用電極,所以減少了工時和成本;
4、不需要電子束焊時的真空氣氛,且保護氣和壓力可選擇,被焊工件的形狀不受電磁影響,不產(chǎn)生X射線;
5、可對密閉透明物體內(nèi)部金屬材料進行焊接;
6、激光可用光導纖維進行遠距離的傳輸,從而使工藝適應性好,配合計算機和機械手,可實現(xiàn)焊接過程的自動化與精密控制。
現(xiàn)在應用的激光器主要是CO2和YAG激光器,CO2激光器功率大,對于要求大功率的厚板焊接比較適合。但鋁合金表面對CO2激光束的吸收率比較小,在焊接過程中造成大量的能量損失。YAG激光一般功率比較小,鋁合金表面對YAG激光束的吸收率相對CO2激光較大,可用光導纖維傳導,適應性強,工藝安排簡單等。
在焊接大厚度鋁合金時,傳統(tǒng)的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發(fā)生匙孔效應,則可以得到實現(xiàn)。圖1為激光焊接時的小孔形狀。
鋁及鋁合金的激光焊接難點在于鋁及鋁合金對輻射能的吸收很弱,對CO2激光束(波長為10.6m)表面初始吸收率1.7%;對YAG激光束(波長為1.06m)吸收率近5%。圖3為不同金屬對激光的吸收率。
二、激光焊接鋁合金需要注意哪些問題?
1、由于吸收率小,熱導率高,在實際鋁合金焊接過程中,一定要保證良好的光束聚焦,同時還要用高功率密度的高能激光束進行照射。
2、鋁合金激光焊接時,產(chǎn)生深熔焊,激光功率必須達到一個特定的閾值,這就對激光器提出一定的要求,也是激光焊接的一個難點。鋁合金的電離能低,部分牌號焊接過程中光致等離子體易于過熱和擴散,焊接穩(wěn)定性差。
3、焊接鋁合金就一定要求激光束的能量密度高和光束的聚焦性能好。鋁合金是典型的共晶合金。在激光焊接的快速凝固過程中更容易產(chǎn)生熱裂紋。激光焊接熔池深寬比大,氣泡不易上浮析出,容易產(chǎn)生氣孔。
4、液態(tài)鋁合金的流動性好,表面張力低,焊接過程的不穩(wěn)定造成焊接熔池劇烈震蕩,易產(chǎn)生咬邊、成形不連續(xù),嚴重時造成焊接過程中的小孔突然閉合,而在焊縫中產(chǎn)生直徑較大的工藝孔洞(ProcessHoles),或小孔在閉合前由向外噴發(fā)的等離子體將液態(tài)金屬吹出熔池而形成所謂的噴射孔洞(Blowholes)。
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