鋁合金激光焊接的工藝特點
時間：2022-04-22 15:12 閱讀：4121 次
傳統的鋁合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工藝，但所面臨的主要問題是焊接過程中較大的熱輸入使鋁合金板變形較大，焊接速度慢，生產效率低。由于焊接變形大，隨后的矯正工作往往浪費大量的時間，增加了制造成本，影響了生產效率和制造質量。而激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區小和焊接變形小等特點，使其在鋁合金焊接領域受到格外的重視。下面介紹鋁合金激光焊接的工藝特點。
鋁合金激光焊接中存在的主要特點：
1.激光吸收率
鋁合金具有對激光的反射率高、吸收率小的特性。這是因為鋁合金中自由電子的密度很大，在光波電磁波強烈震動下產生強烈的反射波和較弱的透射波，反射波不易被鋁合金表面吸收，因而常溫下鋁合金表面對激光具有較高的反射率。
2.“小孔”的誘導和穩定，
在激光焊接過程中，當激光能量密度大于 3.5*10^6W/cm2時會產生離子體，焊接方式以深熔焊方式進行，其原理主要是“小孔”效應，“小孔”的出現可大大提高材料對激光的吸收率，焊件在高能密度下熔合，以獲得良好的焊接效果 在鋁合金的激光焊接中首要的問題是小孔的誘導和維持穩定的困難，這是由于鋁合金本身材料特性和激光束的光學特性造成的。
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，容易產生氣孔。
鋁合金激光焊接工藝：
為了實現激光對鋁合金的焊接，解決上述存在的問題，目前主要從以下幾個方面加以解決。
1.氣體保護裝置
鋁合金中低熔點元素損失影響最大的因素是氣體從噴嘴噴出時的壓力，通過減小噴嘴直徑，增加氣體壓力和流速均可降低Mg、Zn等在焊接過程中的燒損，同時也可以增加熔深。吹氣方式有直吹和側吹兩種，還可以在焊件上下同時吹氣，焊接中根據實際情況選擇吹氣方式。
2.表面處理
鋁合金對激光具有高反作用，對鋁合金進行適當的表面預處理，如陽極氧化、電解拋光、噴沙處理、噴砂等方式，可以顯著提高表面對光束能量的吸收。研究表明， 鋁合金去除氧化膜后的結晶裂紋傾向比原始態鋁合金大。為了既不破壞鋁合金表面狀態，又能簡化激光焊接工程工藝過程，可以采用焊前預處理的辦法升高工件表面溫度，以提高材料對激光的吸收率。
3.激光器參數
焊接激光器分為脈沖激光器和連續激光器，脈沖激光器波長1064nm時光束特別集中，脈沖單點能量比連續激光器的大。但是脈沖激光器的能量一般不超過 ，所以一般適用薄壁焊件。
以上就是鋁合金激光焊接的工藝特點，鋁合金激光焊接最為引人關注的特點是其高效率，而要充分發揮這種高效率就要把它運用到大厚度深熔焊接中。因此，研究和使用大功率激光器進行大厚度深熔焊接將是未來發展的必然趨勢。大厚度深熔焊更加突出了小孔現象及其對焊縫氣孔的影響，因此小孔形成機理及其控制變得更加重要，它必將成為未來學術界及工業界共同關心和研究的熱點問題。
鋁合金激光焊接中存在的主要特點：
1.激光吸收率
鋁合金具有對激光的反射率高、吸收率小的特性。這是因為鋁合金中自由電子的密度很大，在光波電磁波強烈震動下產生強烈的反射波和較弱的透射波，反射波不易被鋁合金表面吸收，因而常溫下鋁合金表面對激光具有較高的反射率。
2.“小孔”的誘導和穩定，
在激光焊接過程中，當激光能量密度大于 3.5*10^6W/cm2時會產生離子體，焊接方式以深熔焊方式進行，其原理主要是“小孔”效應，“小孔”的出現可大大提高材料對激光的吸收率，焊件在高能密度下熔合，以獲得良好的焊接效果 在鋁合金的激光焊接中首要的問題是小孔的誘導和維持穩定的困難，這是由于鋁合金本身材料特性和激光束的光學特性造成的。
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，容易產生氣孔。
為了實現激光對鋁合金的焊接，解決上述存在的問題，目前主要從以下幾個方面加以解決。
1.氣體保護裝置
鋁合金中低熔點元素損失影響最大的因素是氣體從噴嘴噴出時的壓力，通過減小噴嘴直徑，增加氣體壓力和流速均可降低Mg、Zn等在焊接過程中的燒損，同時也可以增加熔深。吹氣方式有直吹和側吹兩種，還可以在焊件上下同時吹氣，焊接中根據實際情況選擇吹氣方式。
2.表面處理
鋁合金對激光具有高反作用，對鋁合金進行適當的表面預處理，如陽極氧化、電解拋光、噴沙處理、噴砂等方式，可以顯著提高表面對光束能量的吸收。研究表明， 鋁合金去除氧化膜后的結晶裂紋傾向比原始態鋁合金大。為了既不破壞鋁合金表面狀態，又能簡化激光焊接工程工藝過程，可以采用焊前預處理的辦法升高工件表面溫度，以提高材料對激光的吸收率。
3.激光器參數
焊接激光器分為脈沖激光器和連續激光器，脈沖激光器波長1064nm時光束特別集中，脈沖單點能量比連續激光器的大。但是脈沖激光器的能量一般不超過 ，所以一般適用薄壁焊件。
以上就是鋁合金激光焊接的工藝特點，鋁合金激光焊接最為引人關注的特點是其高效率，而要充分發揮這種高效率就要把它運用到大厚度深熔焊接中。因此，研究和使用大功率激光器進行大厚度深熔焊接將是未來發展的必然趨勢。大厚度深熔焊更加突出了小孔現象及其對焊縫氣孔的影響，因此小孔形成機理及其控制變得更加重要，它必將成為未來學術界及工業界共同關心和研究的熱點問題。
