由于能量密度閾值的高低本質上受其合金成分的控制,因此可以通過控制工藝參數,選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量,有助于獲得穩定的焊接過程。另外,能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體種類的影響。研究表明,激光焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔,而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為N2和Al之間可發生放熱反應,生成的Al-N-O 三元化合物提高了對激光吸收率。
激光焊接鋁合金容易產生的缺陷及消除方法
1.氣孔 鋁合金激光焊接的主要缺陷之一是氣孔,焊縫氣孔的形成機理比較復雜,一般認為存在兩類氣孔:氫氣孔和由于小孔的破滅而產生的氣孔。氫氣孔是由于氫(主要來自表層的濕氣與微量水)在熔池金屬中的可溶性引起的,激光焊接冷卻速度極快,導致氫的溶解度急劇下降形成氫氣孔。由于小孔塌陷而形成的孔洞,主要是由于小孔表面張力大于蒸氣壓力,不能維持穩定而塌陷,液態金屬來不及填充就造成孔洞。另外,低熔點、高蒸氣壓合金元素蒸發導致氣孔,表面氧化膜在焊接過程中溶解到熔池中也會形成氣孔。 從氫氣孔的形成原理可知,表層物質是氫元素的主要來源,因此選擇正確的焊前表面預處理可以有效地減少氫氣孔的產生。對于由小孔塌陷引發的氣孔,則要求選擇適當的保護氣體并合理控制流量流速,在條件允許下采用高功率、高速度、大離焦量(負值) 的焊接方式,可以進一步消除氣孔的產生。
2.熱裂紋 鋁合金的焊接裂紋都是熱裂紋,與冷卻時間(或焊接速度)密切有關,主要有結晶裂紋和液化裂紋。鋁合金激光焊接產生的結晶裂紋是由于焊縫金屬結晶時在晶界處形成低熔點共晶化合物導致的,焊縫金屬氧化生成的Al2O3和AlN也會成為微裂紋的擴展源。液化裂紋是熔化的鋁合金在凝固過程中局部塑性變形量超過其本身所能承受的變形量的結果。 目前常用的消除熱裂紋的方法是使用填充材料,即填絲,這能有效地防止焊接熱裂紋,提高接頭強度。此外,調整激光能量的輸入方式,合理選擇脈沖點焊時的脈沖波形,焊縫熔化凝固重復進行,以降低熔池凝固時的凝固速度,這種在凝固過程中增加熱循環的控制方法同樣可以減少結晶裂紋。
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