深圳激光焊接機(jī)、切割機(jī)、打標(biāo)機(jī)生產(chǎn)廠家
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焊接不好鋁合金，原來(lái)是你對(duì)鋁合金激光焊接技術(shù)了解不夠深！
鋁合金激光焊接其實(shí)還有很多用戶并不了解其材料對(duì)激光焊接的影響，我們都知道，不同材料對(duì)激光的吸收率都是不同的，就算同一種材料，如果環(huán)境不同，表面潔度不一樣，表面工藝不一樣同樣也會(huì)影響其焊接質(zhì)量，所以說(shuō)，激光焊接雖好，但其基礎(chǔ)要求也是需 要引起重視的，對(duì)于鋁合金材料的激光焊接，我們需要先了解一下鋁合金的特點(diǎn)。
高強(qiáng)鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學(xué)性能, 已成為航空航天、艦船等載運(yùn)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化制 造不可或缺的金屬材料，其中飛機(jī)應(yīng)用最多。焊接技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜及異種材料整體結(jié)構(gòu)低成本 制造方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，其中鋁合金激光焊接技術(shù)是倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。
與常規(guī)熔化焊相比，鋁合金激光焊接加熱集中、焊縫深寬比大、焊接結(jié)構(gòu)變形小，但是也存在一些不足，歸納起來(lái)有：
1、激光聚焦光斑直徑細(xì)小導(dǎo)致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙、錯(cuò)邊量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有復(fù)雜三維 焊縫焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度；
2、由于室溫條件下鋁合金對(duì)激光的反射率高達(dá)90%，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率。鋁合金薄板激光焊接研 究表明：鋁合金激光深熔焊接取決于激光功率密度和線能量雙閾值，激光功率密度和線能量共同制約著焊接過(guò)程的熔池行為，并最終 體現(xiàn)到焊縫的成形特征上，對(duì)于全熔透焊縫的工藝優(yōu)化可通過(guò)焊縫成形特征參量背寬比進(jìn)行評(píng)價(jià)；
3、鋁合金熔點(diǎn)低，液體金屬流動(dòng)性好，在大功率激光作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的金屬汽化，在焊接過(guò)程中伴隨小孔效應(yīng)所形成的金屬蒸汽/ 光致等離子體云影響鋁合金對(duì)激光能量的吸收，導(dǎo)致深熔焊接過(guò)程不穩(wěn)定，焊縫易于產(chǎn)生氣孔、表面塌陷、咬邊等缺陷；
4、激光焊接加熱冷卻速度快，焊縫硬度比電弧的高，但由于鋁合金激光焊接存在合金元素?zé)龘p，影響合金強(qiáng)化作用，鋁合金焊縫仍 然存在軟化問(wèn)題，從而降低鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度。因此鋁合金激光焊接的主要問(wèn)題是控制焊縫缺陷和提高焊接接頭性能。
那么，我們從事鋁合金激光焊接時(shí)如何更好規(guī)避其相關(guān)的缺陷呢？
1、焊前處理方法
焊前表面處理是控制鋁合金激光焊縫冶金氣孔的有效方法，通常表面處理方法有物理機(jī)械清理、化學(xué)清理，近年來(lái)還出現(xiàn)了激光沖擊 清理，這將進(jìn)一步提高激光焊接自動(dòng)化程度。
2、參數(shù)穩(wěn)定性?xún)?yōu)化控制
鋁合金激光焊接過(guò)程工藝參數(shù)通常主要有激光功率、離焦量、焊接速度，以及氣保護(hù)的成分和流量等。這些參數(shù)既影響焊接區(qū)域的保 護(hù)效果，又影響激光深熔焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，從而影響焊縫氣孔。通過(guò)鋁合金薄板激光深熔焊接發(fā)現(xiàn)，小孔穿透穩(wěn)定性影響熔池穩(wěn)定 性，進(jìn)而將影響焊縫成形造成焊縫氣孔缺陷，而且激光深熔焊接穩(wěn)定性與激光功率密度與線量匹配有關(guān)，因此確定合理的穩(wěn)定焊縫成 形的工藝參數(shù)是有效控制鋁合金激光焊縫氣孔的有效措施。
全熔透穩(wěn)定焊縫成形特征研究結(jié)果顯示：采用焊縫背面寬度與焊縫表面寬度之比（焊縫背寬比），評(píng)價(jià)鋁合金薄板焊縫成形及其穩(wěn)定 性。當(dāng)薄板激光焊激光功率密度與線能量合理匹配時(shí)，可保證一定焊縫背寬比，并可有效地控制焊縫氣孔。
3、雙光點(diǎn)激光焊接
雙光點(diǎn)激光焊接是指兩束聚焦激光束同時(shí)作用于同一熔池的焊接過(guò)程中。在激光深熔焊接的過(guò)程中，瞬間閉合將小孔中的氣體封閉在 熔池中是焊縫氣孔形成的主要原因之一。當(dāng)采用雙光點(diǎn)激光焊接時(shí)，由于兩束光源的作用，造成小孔開(kāi)口較大有利于內(nèi)部金屬蒸氣逸 出，也有利于小孔的穩(wěn)定，從而能減少焊縫氣孔。對(duì)A356、AA5083、2024 和5A90鋁合金激光焊接的研究均顯示：雙光點(diǎn)激光焊可 顯著減少焊縫氣孔。
4、激光電弧復(fù)合焊接
激光電弧復(fù)合焊接是將激光與電弧作用于同一熔池的焊接方法。一般以激光為主要熱源，利用激光與電弧的相互作用，提高激光焊接 熔深和焊接速度，降低焊接裝配精度。利用填充焊絲調(diào)控焊接接頭的組織性能，利用電弧的輔助作用改善激光焊接小孔的穩(wěn)定性，從 而有利于減少焊縫氣孔。
在激光電弧復(fù)合焊接過(guò)程中，電弧影響激光過(guò)程誘發(fā)的金屬蒸汽/等離子體云，有利于材料對(duì)激光能量的吸收和小孔的穩(wěn)定性。對(duì)鋁 合金激光電弧復(fù)合焊接焊縫研究結(jié)果也證實(shí)了其效果。
5、光纖激光焊接
激光深熔焊接過(guò)程的小孔效應(yīng)源于激光作用下金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈汽化。金屬汽化蒸汽力與激光功率密度和束流品質(zhì)密切相關(guān)，不僅影響激 光焊接的熔深，也影響小孔穩(wěn)定性。Seiji. 等對(duì)SUS304不銹鋼大功率光纖激光研究顯示：高速焊接時(shí)熔池拉長(zhǎng)，抑制了飛濺，小孔波 動(dòng)穩(wěn)定，小孔尖端無(wú)氣泡產(chǎn)生，當(dāng)光纖激光用于鈦合金、鋁合金高速焊接時(shí)，同樣可獲得無(wú)氣孔的焊縫。Allen等對(duì)鈦合金光纖激光 焊接保護(hù)氣體控制技術(shù)研究顯示：通過(guò)控制焊接保護(hù)氣體的位置，可防止氣體的卷入，減少小孔閉合時(shí)間，穩(wěn)定焊接小孔，并改變?nèi)?池的凝固行為，從而減少焊縫氣孔。
6、脈沖激光焊接
與連續(xù)激光焊接相比，激光輸出采用脈動(dòng)方式輸出，可促使熔池產(chǎn)生周期性穩(wěn)定流動(dòng)，有利于熔池氣泡逸出而減少焊縫氣孔。TY Kuo和SLJeng研究了YAG 激光焊接激光功率輸出方式，對(duì)SUS 304L不銹鋼和inconel 690高溫合金焊縫氣孔及性能的影響結(jié)果表明 ：對(duì)于方波脈沖激光焊接來(lái)說(shuō)，當(dāng)基值功率為1700w時(shí)，隨著脈沖幅值ΔP的增加，焊縫氣孔減少，其中不銹鋼的氣孔率由2.1%降至 0.5%，高溫合金的氣孔率由7.1% 降至 0.5%。
7、焊后復(fù)合處理技術(shù)
在實(shí)際工程應(yīng)用中，即使焊前進(jìn)行了嚴(yán)格的表面處理，焊接過(guò)程穩(wěn)定性較好，鋁合金激光焊接也會(huì)不可避免地產(chǎn)生焊縫氣孔，因此利 用焊后處理消除氣孔的方法是很重要的。該方法目前主要是修飾焊。熱等靜壓技術(shù)是鋁合金鑄件消除內(nèi)部氣孔和縮松的方法之一，將 其與鋁合金激光焊后應(yīng)力熱處理結(jié)合，形成鋁合金激光焊接構(gòu)件熱等靜壓與熱處理組成復(fù)合工藝，既消除焊縫氣孔，又改善接頭性能 。 最后：
激光焊接技術(shù)是一種深不可測(cè)的學(xué)科，特別是面對(duì)不同種類(lèi)材料特性的研究上，更顯得特別棘手，而單就鋁合金材料就己經(jīng)讓我們望 洋興嘆了，有焊接工藝技術(shù)還需要不斷深研，而問(wèn)題重點(diǎn)也集中在制焊縫氣孔缺陷，提高焊接質(zhì)量。
鋁合金激光焊縫氣孔工程化控制應(yīng)綜合考慮焊接前、焊接過(guò)程、焊接后處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而提高焊接過(guò)程穩(wěn)定性，從而衍生很多需 要去解決的新技術(shù)，新工藝，包括焊接前處理階段，焊接參數(shù)調(diào)試設(shè)定問(wèn)題，控制優(yōu)化，甚至一些激光復(fù)合焊更是有待我們?nèi)ミM(jìn)一步 技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，而且面對(duì)不同的材料，不同的工藝，其產(chǎn)生各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題都需要我們一一去研發(fā)處理，所以說(shuō)，鋁合金激光焊接只是 我們激光焊接技術(shù)中的冰山一角，想干好激光技術(shù)，還需要更加專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用的激光焊接機(jī)。
高強(qiáng)鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學(xué)性能, 已成為航空航天、艦船等載運(yùn)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化制 造不可或缺的金屬材料，其中飛機(jī)應(yīng)用最多。焊接技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜及異種材料整體結(jié)構(gòu)低成本 制造方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，其中鋁合金激光焊接技術(shù)是倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。
與常規(guī)熔化焊相比，鋁合金激光焊接加熱集中、焊縫深寬比大、焊接結(jié)構(gòu)變形小，但是也存在一些不足，歸納起來(lái)有：
1、激光聚焦光斑直徑細(xì)小導(dǎo)致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙、錯(cuò)邊量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有復(fù)雜三維 焊縫焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度；
2、由于室溫條件下鋁合金對(duì)激光的反射率高達(dá)90%，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率。鋁合金薄板激光焊接研 究表明：鋁合金激光深熔焊接取決于激光功率密度和線能量雙閾值，激光功率密度和線能量共同制約著焊接過(guò)程的熔池行為，并最終 體現(xiàn)到焊縫的成形特征上，對(duì)于全熔透焊縫的工藝優(yōu)化可通過(guò)焊縫成形特征參量背寬比進(jìn)行評(píng)價(jià)；
3、鋁合金熔點(diǎn)低，液體金屬流動(dòng)性好，在大功率激光作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的金屬汽化，在焊接過(guò)程中伴隨小孔效應(yīng)所形成的金屬蒸汽/ 光致等離子體云影響鋁合金對(duì)激光能量的吸收，導(dǎo)致深熔焊接過(guò)程不穩(wěn)定，焊縫易于產(chǎn)生氣孔、表面塌陷、咬邊等缺陷；
4、激光焊接加熱冷卻速度快，焊縫硬度比電弧的高，但由于鋁合金激光焊接存在合金元素?zé)龘p，影響合金強(qiáng)化作用，鋁合金焊縫仍 然存在軟化問(wèn)題，從而降低鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度。因此鋁合金激光焊接的主要問(wèn)題是控制焊縫缺陷和提高焊接接頭性能。
那么，我們從事鋁合金激光焊接時(shí)如何更好規(guī)避其相關(guān)的缺陷呢？1、焊前處理方法
焊前表面處理是控制鋁合金激光焊縫冶金氣孔的有效方法，通常表面處理方法有物理機(jī)械清理、化學(xué)清理，近年來(lái)還出現(xiàn)了激光沖擊 清理，這將進(jìn)一步提高激光焊接自動(dòng)化程度。
2、參數(shù)穩(wěn)定性?xún)?yōu)化控制
鋁合金激光焊接過(guò)程工藝參數(shù)通常主要有激光功率、離焦量、焊接速度，以及氣保護(hù)的成分和流量等。這些參數(shù)既影響焊接區(qū)域的保 護(hù)效果，又影響激光深熔焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，從而影響焊縫氣孔。通過(guò)鋁合金薄板激光深熔焊接發(fā)現(xiàn)，小孔穿透穩(wěn)定性影響熔池穩(wěn)定 性，進(jìn)而將影響焊縫成形造成焊縫氣孔缺陷，而且激光深熔焊接穩(wěn)定性與激光功率密度與線量匹配有關(guān)，因此確定合理的穩(wěn)定焊縫成 形的工藝參數(shù)是有效控制鋁合金激光焊縫氣孔的有效措施。
全熔透穩(wěn)定焊縫成形特征研究結(jié)果顯示：采用焊縫背面寬度與焊縫表面寬度之比（焊縫背寬比），評(píng)價(jià)鋁合金薄板焊縫成形及其穩(wěn)定 性。當(dāng)薄板激光焊激光功率密度與線能量合理匹配時(shí)，可保證一定焊縫背寬比，并可有效地控制焊縫氣孔。
3、雙光點(diǎn)激光焊接
雙光點(diǎn)激光焊接是指兩束聚焦激光束同時(shí)作用于同一熔池的焊接過(guò)程中。在激光深熔焊接的過(guò)程中，瞬間閉合將小孔中的氣體封閉在 熔池中是焊縫氣孔形成的主要原因之一。當(dāng)采用雙光點(diǎn)激光焊接時(shí)，由于兩束光源的作用，造成小孔開(kāi)口較大有利于內(nèi)部金屬蒸氣逸 出，也有利于小孔的穩(wěn)定，從而能減少焊縫氣孔。對(duì)A356、AA5083、2024 和5A90鋁合金激光焊接的研究均顯示：雙光點(diǎn)激光焊可 顯著減少焊縫氣孔。
4、激光電弧復(fù)合焊接
激光電弧復(fù)合焊接是將激光與電弧作用于同一熔池的焊接方法。一般以激光為主要熱源，利用激光與電弧的相互作用，提高激光焊接 熔深和焊接速度，降低焊接裝配精度。利用填充焊絲調(diào)控焊接接頭的組織性能，利用電弧的輔助作用改善激光焊接小孔的穩(wěn)定性，從 而有利于減少焊縫氣孔。
在激光電弧復(fù)合焊接過(guò)程中，電弧影響激光過(guò)程誘發(fā)的金屬蒸汽/等離子體云，有利于材料對(duì)激光能量的吸收和小孔的穩(wěn)定性。對(duì)鋁 合金激光電弧復(fù)合焊接焊縫研究結(jié)果也證實(shí)了其效果。
5、光纖激光焊接
激光深熔焊接過(guò)程的小孔效應(yīng)源于激光作用下金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈汽化。金屬汽化蒸汽力與激光功率密度和束流品質(zhì)密切相關(guān)，不僅影響激 光焊接的熔深，也影響小孔穩(wěn)定性。Seiji. 等對(duì)SUS304不銹鋼大功率光纖激光研究顯示：高速焊接時(shí)熔池拉長(zhǎng)，抑制了飛濺，小孔波 動(dòng)穩(wěn)定，小孔尖端無(wú)氣泡產(chǎn)生，當(dāng)光纖激光用于鈦合金、鋁合金高速焊接時(shí)，同樣可獲得無(wú)氣孔的焊縫。Allen等對(duì)鈦合金光纖激光 焊接保護(hù)氣體控制技術(shù)研究顯示：通過(guò)控制焊接保護(hù)氣體的位置，可防止氣體的卷入，減少小孔閉合時(shí)間，穩(wěn)定焊接小孔，并改變?nèi)?池的凝固行為，從而減少焊縫氣孔。
6、脈沖激光焊接
與連續(xù)激光焊接相比，激光輸出采用脈動(dòng)方式輸出，可促使熔池產(chǎn)生周期性穩(wěn)定流動(dòng)，有利于熔池氣泡逸出而減少焊縫氣孔。TY Kuo和SLJeng研究了YAG 激光焊接激光功率輸出方式，對(duì)SUS 304L不銹鋼和inconel 690高溫合金焊縫氣孔及性能的影響結(jié)果表明 ：對(duì)于方波脈沖激光焊接來(lái)說(shuō)，當(dāng)基值功率為1700w時(shí)，隨著脈沖幅值ΔP的增加，焊縫氣孔減少，其中不銹鋼的氣孔率由2.1%降至 0.5%，高溫合金的氣孔率由7.1% 降至 0.5%。
7、焊后復(fù)合處理技術(shù)
在實(shí)際工程應(yīng)用中，即使焊前進(jìn)行了嚴(yán)格的表面處理，焊接過(guò)程穩(wěn)定性較好，鋁合金激光焊接也會(huì)不可避免地產(chǎn)生焊縫氣孔，因此利 用焊后處理消除氣孔的方法是很重要的。該方法目前主要是修飾焊。熱等靜壓技術(shù)是鋁合金鑄件消除內(nèi)部氣孔和縮松的方法之一，將 其與鋁合金激光焊后應(yīng)力熱處理結(jié)合，形成鋁合金激光焊接構(gòu)件熱等靜壓與熱處理組成復(fù)合工藝，既消除焊縫氣孔，又改善接頭性能 。 最后：
激光焊接技術(shù)是一種深不可測(cè)的學(xué)科，特別是面對(duì)不同種類(lèi)材料特性的研究上，更顯得特別棘手，而單就鋁合金材料就己經(jīng)讓我們望 洋興嘆了，有焊接工藝技術(shù)還需要不斷深研，而問(wèn)題重點(diǎn)也集中在制焊縫氣孔缺陷，提高焊接質(zhì)量。
鋁合金激光焊縫氣孔工程化控制應(yīng)綜合考慮焊接前、焊接過(guò)程、焊接后處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而提高焊接過(guò)程穩(wěn)定性，從而衍生很多需 要去解決的新技術(shù)，新工藝，包括焊接前處理階段，焊接參數(shù)調(diào)試設(shè)定問(wèn)題，控制優(yōu)化，甚至一些激光復(fù)合焊更是有待我們?nèi)ミM(jìn)一步 技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，而且面對(duì)不同的材料，不同的工藝，其產(chǎn)生各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題都需要我們一一去研發(fā)處理，所以說(shuō)，鋁合金激光焊接只是 我們激光焊接技術(shù)中的冰山一角，想干好激光技術(shù)，還需要更加專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用的激光焊接機(jī)。
