未来铝的激光焊接工艺
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铝合金及铝合金由于其良好的耐腐蚀性、导电性、导热性及比强度等性能,在工业中被广泛应用,其产量仅次于钢铁。近几年来,随着铝合金在汽车、造船、国防、航空航天、娱乐和运动器材等制造领域的广泛应用,焊接技术也在飞速发展,其表现可以归结为三个方面。
其一,通过对传统的焊接工艺的改进和创新,提出了低频调节脉冲 MIG焊、交流 MIG焊、双焊枪 TIG焊、穿孔等离子弧焊等新工艺。
其二,焊接电弧焊接新型铝及其良好的耐腐蚀性、导电性、导热性和高比强度广泛应用于工业领域,产量仅次于钢的第二种金属材料。最近,随着汽车、造船、铁和体育器材等制造技术的飞跃发展,金的表现可以是三个方面。一是基于传播技术的改进和现有的合金技术,如低成型、交叉GG;其二,在铝合金焊接, YAG激光焊等高能量密度焊接技术方面,进一步推广和应用。;其三,铝合金焊接中搅拌摩擦焊的出现。
铝合金焊接的特点
铝材以其重量轻、比强度高、耐腐蚀、无磁性、成形性能好、低温性能好等优点,被广泛应用于各种焊接结构产品中,用铝合金代替钢板进行焊接,结构重量可降低50%以上。
铝材焊接的难点有:
(1)铝镁合金焊接接头软化严重,强度系数低,是影响其应用的最大障碍;
(2)合金表面容易产生难熔的氧化膜(A12O3的熔点为2060℃),因此采用大功率密度所需的焊接技术
(3) 铝材焊接易产生气孔;
(4) 铝材焊接热裂容易产生;
(5) 线胀系数大,焊接变形容易产生;
(6)铝材热导率高(大约是钢的4倍),同样的焊接速度,热输入比焊接钢大2~4倍。
所以,铝合金焊接要求能量密度大、焊接热输入小、焊接速度快的高效焊接方法。
铝的激光焊接工艺
当前,铝合金材料的焊接主要采用 MIG焊、 TIG焊的方法。尽管采用这2种方法可以获得较好的焊接接头,但这2种方法存在着熔透性差、焊接变形大、生产效率低等缺陷。近年来,运用激光焊、双光束激光焊接、激光-电弧复合焊接、摩擦搅拌焊接等新技术,着重介绍了前3种焊接方法的主要特点。
1 铝合金激光焊接。
随着大功率、高性能激光加工设备的开发,铝合金激光技术发展迅速,是未来焊接铝合金的主要发展方向之一。目前铝合金激光焊接已经开发出来,铝合金激光焊接已经用于车身零件的连接,铝合金diA2(全铝结构)在AudiA2(全铝结构)在AudiA2(全铝结构)。
与传统的HTIG、HMIG焊接相比,激光焊接铝合金具有以下优点:
(1)高能密度、低热输入量、焊接变形小,可获得较窄的熔化区域和热影响区熔深。
(2)降温速度快,组织精细,焊缝组织精细,焊接接头性能好。
(3)焊速快、功能多、适应性强、可靠性高,无需真空设备,因此,它在焊接精度、效率和自动化方面具有无可比拟的优势。
激光焊接是一种高能量密度的焊接工艺。焊接铝合金可以防止传统缺陷和系数大大提高。然而,激光功率一般相对较低,这使得传统铝合金的焊接变得困难。同样厚度的铝合金表面对激光焊接具有很低的吸收率和深度焊接的问题。因此,在工艺上有一定的难度。
2 激光一弧复合铝合金焊接。
尽管用激光焊接铝合金有很多优点,但仍然存在着设备成本高、接头间隙允许度小、工件备件要求严格等缺陷。为提高铝合金焊接的效率,人们提出了激光-电弧复合焊接技术。激光器-电弧复合主要是激光与 TIG弧、 MIG弧和等离子体的复合。现在,这一工艺在德国和日本等发达国家得到了广泛的研究,并且在汽车行业得到了一些应用,比如大众汽车公司的前门有48个激光MIG焊道,而且激光复合焊也可以用于焊接车体和轮轴。但国内在该工艺的研究和应用上基本是空白。
铝合金激光-电焊很好地解决了激光焊接的电力、铝合金表面激光束的吸收率和深熔焊的阈值问题,是非常有前途的铝合金焊接技术之一,在研究探索阶段还不成熟。
采用激光、电弧复合焊接方法焊接铝合金时,激光与电弧相互作用,可以克服单用激光或电弧焊方法自身的缺陷,并产生较好的复合效果。该方法主要与两种热源作用有关,前者主要与两种效应有关,一是能量密度高,二是两种热源同时作用于同一区域时产生的叠加效应。该复合工艺具有多种优点和巨大潜力,在今后的汽车生产中将有广阔的应用前景。
3 铝合金双梁激光焊接。
如果单用激光焊接铝合金时,会产生锁孔塌陷造成气孔。针对这一问题,人们开展了双束激光焊接的研究,结果表明,采用双束激光焊接,其焊接宽度大、焊接深度小,可以改善钥匙孔的稳定性。这是由于双束激光焊接具有较宽的宽度和较小的焊接深度,从而提高了钥匙孔的稳定性。在第二束激光照射下,更多的基体材料被熔化,形成较宽的焊缝。另外,由于第二束激光能使第一束激光形成的钥匙孔后壁气化,从而避免了钥匙孔的塌陷,所以形成孔的可能性较小。