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铝合金激光焊接工艺分析

日期:2016-08-15 来源:科技创新与应用 点击数:

近几年快速发展的铝合金激光焊接技术将铝合金应用推广的更加广泛,该技术能够将两种热源的优点同时结合起来,同时又能弥补各自的不足,是一种新型的焊接方法,越来越备受人们的欢迎。

1 铝合金及其焊接的概述

铝和铝合金都具有非常优良的性能,比如比强度高、耐腐蚀性强,在许多的产业中都具有非常广泛的应用,尤其在国防工业、机械等产业,并且铝合金属于有色金属,在应用的过程中需要进行焊接,所以随着科学技术的飞速发展,铝合金的焊接技术的研究也越来越深入。因此,激光焊接技术是科学技术的一大进步。

激光焊接技术的概述:激光焊接作为一种新型的焊接技术,焊接热源直接是激光,既可以避免能源的浪费,又可以大大地提高焊接的效率。同时,激光焊接把机器人或者是数控机床作为运动系统,减少人员的参与,可以减少劳动力的浪费,提高焊接的效率。激光热源除了具有可再生性和清洁无污染的优点之外,还可以高度的聚焦和良好性能的传输,因此可以将能量全部汇聚集中于一点,避免热量的散失和浪费。所以,激光焊接能够提高焊接的效率和速度以及焊接的质量。因为激光焊接的光束是通过脉冲或者连续的激光束来实现的,因此当激光束直接照射铝合金的表面时,能够把金属表面的热量迅速扩散到铝合金的内部,使铝合金快速的熔化形成一条焊缝,同时在融化后的金属上形成一种反作用力,最终将熔化的铝合金表面向下凹陷形成小孔。这个小孔具有强大的功效,可以全部吸收激光光束照射时产生的能量,并同时产生高温蒸汽,蒸汽压力与壁层表面的张力形成一种动态的平衡。

1.1 激光焊接的功率

激光焊接具有一定的功率,只有当焊接功率达到一定的高度时,才能让焊接得以稳定、持续的进行,否则焊接只能在铝合金的表面进行工作,使得铝合金表面发生熔化,从而焊接不能成功的进行。激光焊接的功率可以达到将铝合金表面以及内部全部焊接的高度,甚至比此还要高,所以激光焊接铝合金级可以提高效率和速度以及质量。

1.2 激光焊接的速度

因激光焊接功率高,所以焊接时速度也相应得到提高,焊接的速度不断提高能够使得熔深不断减小,相反,如果速度减慢,就会使铝合金被过度的焊接甚至被焊接穿透,因此,选择激光焊接可以降低焊接失败的比例从而大大降低焊接成本。

1.3 激光焊接的优势

提高能量密度、提高焊接质量、增加焊接的精度和密度、焊接的效率速度高、焊接成本较低、可以在特殊条件下进行焊接、焊接时对铝合金其他部位影响小。

2 激光焊接在各个领域中的应用

2.1 在石油管道中的应用

在石油管道中,应用铝合金管道可以增加管道的口径、增厚石油管道的管道壁,让管道能够在一定时间内运输更多的石油。石油的运输具有非常高的危险性,如石油发生泄漏,会造成难以估计的财产损失、人员伤亡以及环境的污染和地下水的污染,因此铝合金管道在焊接时一定要特别注意,提高焊接的质量,激光焊接在此时就可以发挥巨大作用,通过激光焊接,可以控制符合焊接的工艺,可以在不用开坡口的前提下进行焊接的操作,焊接时一次成型,焊缝的质量高,充分的避免了石油泄漏的风险,提高了石油运输的安全性。

2.2 在汽车制造业中的应用

随着时代的高速发展和人们生活水平的日益高速化,出门乘坐汽车已经习以为常了,并且人们对于汽车的质量要求也越来越高,因此汽车工业也在不断地寻找新型的材料和技术手段提高汽车的质量,激光焊接技术在汽车工业中的到了越来越广泛地应用。美国最先将激光焊接铝合金技术引入到汽车制造业当中来,经过一系列的实验,激光焊接的铝合金制造出来的汽车,将薄铝合金激光焊接之后制造成型,不仅大大减轻了车身的重量,而且减少了制造汽车的工序,提高了制作效率,得到了广大汽车制造业的欢迎与青睐。

2.3 在航空航天工业中的应用

众所周知,航空航天工业需要高度精准高度精确的材料进行制造飞机等一系列航天器,并且对于机器本身的重量要求也是非常的严苛,用激光焊接的铝合金制造飞机等机器,能够使得机身比平时可减轻20%左右,制造成本也得到了大大降低。比如,德国共管的部件生产厂运用激光焊接铝合金技术生产出的A350系列飞机的零件取得了巨大的成功。

3 激光焊接铝合金技术的难点

3.1 铝合金表面对激光具有反射性

因为铝合金是一种有色金属,对各种光线都具有很强烈的反射性,激光作为一种更加激烈的光束,在铝合金的表面更加容易造成反射,换句话说,铝合金这种有色金属对于激光具有高反射率和较小的吸收率。除此之外,金属都具有导热性,因此铝合金也具有很强的导热性,容易在用激光焊接的时候,反射激光或者是将激光的热量迅速导移出去,最终导致铝合金的焊接失败。因此,在激光焊接铝合金的时候,要严格注意并且迅速提高激光的功率密度,防止被反射或者被传导,争取在极端的时间用极高的密度对铝合金进行焊接,这样就可以避免反射性等问题的出现。

3.2 在激光焊接铝合金时要做好充分的准备

因为铝合金有活泼、易被氧化等特性,在其表面容易附着大量的灰尘水分等,因此在焊接的过程中,如果没有做好充足的准备,表面附着的东西容易随着激光的快速焊接留在铝合金表面,从而影响铝合金的质量和焊接的效果。因此,在对铝合金进行焊接之前,需要对铝合金表面进行清洁,将表面的油污等清理掉。同时防止在焊接时发生氧化作用造成爆炸等安全威胁,也需要对金属表面的氧化膜进行彻底的清洁,彻底除去氧化膜。

4 铝合金的激光焊接存在的缺陷

尽管激光焊接有高效率、高速度并且能够大量降低成本,激光焊接也存在着许多的缺点,只有将这些缺陷全部弄清楚并且解决了,才能够使得激光焊接铝合金技术得到更加广泛的应用。

4.1 气孔的缺陷

在上文中提出,适度的气孔能够保持铝合金的内外平衡,但是,过量的气泡就会存在大量的缺陷,避免出现大量气孔比较困难,出现大量气孔时气孔不稳定,在铝合金内部乱窜,容易使得焊接部位出现裂缝,所以清除气孔将是铝合金激光焊接技术需要突破的一大重要缺陷。

4.2 热裂纹缺陷

应用激光技术时,需要提高温度和密度以达到快速焊接的目的,这样容易在铝合金表面出现特裂纹,从而使得焊接失败,为了应对热裂纹,科学家们已经想出应对的办法,即在激光焊接时运用填充材料,但是这种方法容易导致资源的浪费和劳动力的大量耗费。采取更加简便的办法应对热裂纹也是该技术即将解决的一项重大问题。

5 结束语

铝合金的激光焊接速度存在大量的优点,在多种制造领域得到了广泛的应用,也提高了机器本身的质量和制造速度,但是激光焊接技术同样也存在许多的缺陷,导致焊接的失败,相信在科学家们的不断努力下,该焊接技术会越来越成熟,应用也越来越广泛。