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光纖激光器在鋁及鋁合金焊接中的技術(shù)工藝
時間：2021-09-06 15:14 閱讀：4157 次
鋁合金具有密度低、力學(xué)性能佳、加工性能好、無毒、易回收、導(dǎo)電性、傳熱性及抗腐蝕性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在船用行業(yè)、化工行業(yè)、航空航天、金屬包裝、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛使用。
隨著材料技術(shù)的發(fā)展，各種高強(qiáng)高韌鋁合金不斷推出，尤其是第三代鋁鋰合金、新型高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，對鋁合金激光焊接機(jī)技術(shù)提出了更多更高的要求，同時鋁合金的多樣性也帶來了各種各樣的激光焊接新問題，所以必須深入研究這些問題，才能更有效地拓展鋁合金激光焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力。
壓鑄鋁的相對密度比鋁小36%，做為高比強(qiáng)的材料備受關(guān)注。因而開展了單脈沖YAG激光和持續(xù)C02激光焊接實驗，針對板厚1.8MM的AZ31B-H244鋁合金(3.27%Al,0.79%Zn)各種各樣缺點(diǎn)較少的最好焊接標(biāo)準(zhǔn)為平均功率0.8kW,5ms,120Hz,300mm/s,聚焦點(diǎn)規(guī)格0.42mm，持續(xù)C02激光焊接得到了優(yōu)良的焊透焊接。
一、鋁合金激光焊接中存在的主要問題
激光焊接是以激光作為高能密度光源，具有加熱快和瞬時凝固的特點(diǎn)，深寬比高達(dá)到12：1但是由于鋁合金具有高的反射率和良好的導(dǎo)熱性以及等離子體的屏蔽作用，焊接時不可避免地出現(xiàn)一些缺陷問題，其中最主要的兩個缺陷是氣孔和熱裂紋。由于鋁合金對激光的反射很強(qiáng)，鋁合金激光焊接首先遇到的問題就是如何有效地提高材料對激光的吸收。基于鋁合金自身的一些特點(diǎn)，也使得激光焊接工藝更加復(fù)雜，有待改進(jìn)和完善。
二、鋁合金激光焊接工藝
為了實現(xiàn)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(hù)裝置
鋁合金中低熔點(diǎn)元素?fù)p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(cè)吹兩種，還可以在焊件上下同時吹氣，焊接中根據(jù)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(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)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(jié)晶裂紋傾向比原始態(tài)鋁合金大。為了既不破壞鋁合金表面狀態(tài)，又能簡化激光焊接工程工藝過程，可以采用焊前預(yù)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(shù)
焊接激光器分為脈沖激光器和連續(xù)激光器，脈沖激光器波長1064nm時光束特別集中，脈沖單點(diǎn)能量比連續(xù)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。
4. 其他工藝方法
針對鋁合金激光焊接過程的穩(wěn)定性及焊縫質(zhì)量問題，當(dāng)前，鋁合金激光焊接的研究熱點(diǎn)是采用復(fù)合工藝，即將激光的高能量密度和電弧較大的加熱范圍耦合，充分發(fā)揮了兩種熱源自身的優(yōu)勢，兼并了高能密度光束質(zhì)量和穩(wěn)定電弧的特性，相得益彰。
以上就是光纖激光器在鋁合金焊接中的技術(shù)工藝，工業(yè)純鋁用脈沖激光焊能很好地焊接，焊后一般不會出現(xiàn)裂紋，但現(xiàn)在有些行業(yè)，焊后表面需要打磨，而激光脈沖焊后會有凹陷，打磨量會增加，這增加了加工周期和生產(chǎn)成本，而連續(xù)激光器可以很好的解決這些問題。
隨著材料技術(shù)的發(fā)展，各種高強(qiáng)高韌鋁合金不斷推出，尤其是第三代鋁鋰合金、新型高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，對鋁合金激光焊接機(jī)技術(shù)提出了更多更高的要求，同時鋁合金的多樣性也帶來了各種各樣的激光焊接新問題，所以必須深入研究這些問題，才能更有效地拓展鋁合金激光焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力。
一、鋁合金激光焊接中存在的主要問題
激光焊接是以激光作為高能密度光源，具有加熱快和瞬時凝固的特點(diǎn)，深寬比高達(dá)到12：1但是由于鋁合金具有高的反射率和良好的導(dǎo)熱性以及等離子體的屏蔽作用，焊接時不可避免地出現(xiàn)一些缺陷問題，其中最主要的兩個缺陷是氣孔和熱裂紋。由于鋁合金對激光的反射很強(qiáng)，鋁合金激光焊接首先遇到的問題就是如何有效地提高材料對激光的吸收。基于鋁合金自身的一些特點(diǎn)，也使得激光焊接工藝更加復(fù)雜，有待改進(jìn)和完善。
二、鋁合金激光焊接工藝
為了實現(xiàn)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(hù)裝置
鋁合金中低熔點(diǎn)元素?fù)p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(cè)吹兩種，還可以在焊件上下同時吹氣，焊接中根據(jù)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(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)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(jié)晶裂紋傾向比原始態(tài)鋁合金大。為了既不破壞鋁合金表面狀態(tài)，又能簡化激光焊接工程工藝過程，可以采用焊前預(yù)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(shù)
焊接激光器分為脈沖激光器和連續(xù)激光器，脈沖激光器波長1064nm時光束特別集中，脈沖單點(diǎn)能量比連續(xù)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。
4. 其他工藝方法
針對鋁合金激光焊接過程的穩(wěn)定性及焊縫質(zhì)量問題，當(dāng)前，鋁合金激光焊接的研究熱點(diǎn)是采用復(fù)合工藝，即將激光的高能量密度和電弧較大的加熱范圍耦合，充分發(fā)揮了兩種熱源自身的優(yōu)勢，兼并了高能密度光束質(zhì)量和穩(wěn)定電弧的特性，相得益彰。
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