機(jī)械人不能不知的：鋁合金激光焊質(zhì)量保障措施

導(dǎo)讀 \uQ(-ji  
　　本文簡(jiǎn)要說(shuō)明鋁合金的應(yīng)用特性及焊接特性，從焊接準(zhǔn)備，加焊縫保護(hù)氣，采用雙光斑激光焊，激光填絲焊或激光-MIG復(fù)合焊，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等方面說(shuō)明鋁合金激光焊的質(zhì)量保障方法，工業(yè)生產(chǎn)中還可以借助現(xiàn)有的高端激光頭來(lái)穩(wěn)定焊接質(zhì)量。 c:>&Bg&,6T  
　　鋁合金應(yīng)用特性： jU@qQ@|  
　　鋁合金因材質(zhì)輕，耐腐蝕，低溫性能和機(jī)械綜合性能好而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)等眾多領(lǐng)域。隨著近年國(guó)家對(duì)節(jié)能經(jīng)濟(jì)的追求，鋁合金的需要又上了一個(gè)臺(tái)階。目前，汽車(chē)行業(yè)中適用鋁合金主要有Al-Mg (5000 系列 )、Al-Mg-Si(6000 系列)及Al-Mg-Zn(7000系列) 三大系列，汽車(chē)外殼多用耐蝕可焊的5000 系合金，而梁柱等強(qiáng)度要求較高的部位則用 6000 系或 7000 系合金。研究表明，采用鋁合金材料適當(dāng)減輕汽車(chē)的重量可以把油耗降低37%；懸掛裝置的負(fù)荷降低18%；振動(dòng)強(qiáng)度降低5%。在各大汽車(chē)廠加大對(duì)鋁合金加工研發(fā)與制造投入的同時(shí)，鋁合金的焊接又成為一個(gè)不得不解決好的基礎(chǔ)問(wèn)題。 vtCt6M  
　　鋁合金的焊接特性： \a<qI  
　　目前，主要采用TIG焊、MIG焊等常規(guī)方法來(lái)焊接鋁合金。采用常規(guī)方法焊接，熱輸入量大導(dǎo)致焊縫寬大且熔深較淺，鋁合金導(dǎo)熱快，冶金時(shí)高溫溶解大量的氫來(lái)不及溢出產(chǎn)生氫氣孔(溶入熔池中的氫析出形成的氣孔，稱為冶金氣孔；未完全熔化的氧化膜中的水分因受熱分解析出氫形成的氣孔，稱為氧化膜氣孔)；由于冶金速度快焊縫金屬晶粒粗大，焊接接頭軟化可使強(qiáng)度減少達(dá)到40%；鋁合金熔點(diǎn)低而導(dǎo)熱快，熔融金屬流動(dòng)性差而使焊縫成型不美觀；受熱面積大，加工材料容易變形而影響加工尺寸精度。鋁合金常規(guī)焊接質(zhì)量難以保障，且焊接速度難以滿足批量生產(chǎn)要求。 HB||
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　　隨著激光加工應(yīng)用普及化水平的提升，采用激光焊接鋁合金，熱輸入量小且熱源集中，特別是光纖激光器問(wèn)世后，激光焊接鋁合金的能量密度更加集中，激光波長(zhǎng)更短，高反射得到改善。通過(guò)激光填絲，激光-MIG復(fù)合焊，雙光斑激光焊等工藝，可明顯改善鋁合金焊接的成型效果，且焊接質(zhì)量得到改善。 9Fv1D  
　　無(wú)論是何種焊接方法，鋁合金焊接前準(zhǔn)備工作是必不可少的，對(duì)鋁合金的焊接質(zhì)量影響很大。焊接前對(duì)鋁合金件表面進(jìn)行無(wú)水酒精或丙酮擦試，以清除表面所吸附的水或油等雜質(zhì)。為防止工件在空氣中被氧化，需要對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械打磨或化學(xué)處理并烘干，以盡快完成焊接。為了加快鋁合金焊接時(shí)的熔池流動(dòng)性，可以在鋁合金工件焊接背面加墊銅板以改善焊縫成型。焊接時(shí)，采用Ar氣保護(hù)，隔絕空氣，能減小氣孔的產(chǎn)生。 GBHv| GO  
　　激光焊鋁合金優(yōu)化質(zhì)量具體措施： 2%. A{!  
　　鋁合金激光焊接開(kāi)始時(shí)，存在高反射現(xiàn)象，嚴(yán)重影響材料對(duì)激光能量的吸收，而波長(zhǎng)越短，材料對(duì)光的吸收就越好，因此，光纖激光比CO2激光對(duì)鋁合金的吸收要好。光纖激光的光束模式也會(huì)比CO2激光好，能量密度更加集中。一旦材料開(kāi)始吸收光能，對(duì)液態(tài)金屬對(duì)光的反射率就明顯下降。 CS:j->  
　　采用雙光斑激光焊，能夠明顯改善氣孔率，主要是因?yàn)椴捎秒p光束進(jìn)行焊接時(shí)，兩束光形成一個(gè)相對(duì)較大的匙孔，提高了匙孔的穩(wěn)定性，有利于氣體的逸出；相比于串行雙光束，采用并行雙光束焊接時(shí)，熔池內(nèi)部溫度梯度更小，降低了液態(tài)金屬凝固速度，延長(zhǎng)氣泡的逸出時(shí)間，有利于減小氣孔傾向；并行雙光束激光焊也能提高送絲的穩(wěn)定性，對(duì)穩(wěn)定焊接質(zhì)量有利。 U$# ?Lw  
　　圖3并行雙光束激光焊模型圖4串行雙光束激光焊模型 i`FevAx;[m  
　　采用激光填絲焊，相比鋁合金激光自熔焊，能夠得到更好的成型。激光填絲焊能夠兼容激光焊的高能量密度和填絲焊的高橋接能力，對(duì)于有一定間隙的焊縫，能夠保證良好的成型效果。而且通過(guò)不同的填充材料的選擇，可以對(duì)母材進(jìn)行不同的化學(xué)冶金，起到一定合金元素補(bǔ)充且強(qiáng)化的功效。 t}c ymX
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　　采用激光復(fù)合焊，通過(guò)激光與電弧的復(fù)合，能夠有效消除激光焊形成的等離子體的影響。通過(guò)光絲間距、吹氣、焊槍角度等參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠獲得美觀的焊縫，而且對(duì)于厚板無(wú)需開(kāi)坡口或只需開(kāi)小坡口就可以形成良好的焊縫。 Eu l,1yR  
　　采用合適的焊接工藝參數(shù)，能夠保證焊接質(zhì)量。圖8為6061鋁合金激光填絲焊接的激光功率和焊接速度的優(yōu)化參數(shù)范圍關(guān)系圖。從該圖中可以看到，激光功率和焊接速度的優(yōu)化匹配參數(shù)曲線呈直線式上升，斜率基本保持不變。每一個(gè)給定的激光功率值，在優(yōu)化參數(shù)曲線上都有一個(gè)優(yōu)化的焊接速度與之對(duì)應(yīng)，且焊接速度可在一定范圍內(nèi)變化仍能獲得成形質(zhì)量好的焊縫，此區(qū)域?qū)儆诤附臃�(wěn)定區(qū)。在某一功率值時(shí)，當(dāng)焊接速度過(guò)大，熱輸入變小，鋁合金板材不能焊透，此時(shí)焊接速度過(guò)大則向上超過(guò)穩(wěn)定區(qū)范圍，屬于未熔透區(qū)；當(dāng)焊接速度過(guò)小，熱輸入過(guò)大，熔池下塌嚴(yán)重，此時(shí)屬于熔池坍塌區(qū)。要獲得穩(wěn)定的焊縫成型，需要匹配合適的焊接工藝參數(shù)。
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　　（本文由武漢法利萊切焊系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司 高級(jí)工程師 沈義提供，感謝作者的大力支持�。� Q
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　　作者：光易網(wǎng)——專(zhuān)業(yè)二手激光設(shè)備服務(wù)平臺(tái)；微信公眾號(hào)“l(fā)aserused”；轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留版權(quán)內(nèi)容。