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 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。 關(guān)鍵詞:鋁合金;焊接;激光焊;雙光斑;復(fù)合焊 鋁合金應(yīng)用特性: 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、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。 鋁合金的焊接特性: 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。 圖1 鋁合金焊接時(shí)氧化膜氣孔(左)和冶金氣孔(右) 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。 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。 激光焊鋁合金優(yōu)化質(zhì)量具體措施: 鋁合金激光焊接開始時(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。一旦材料開始吸收光能,對(duì)液態(tài)金屬對(duì)光的反射率就明顯下降。 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。 圖2 雙光斑激光獲得的原理圖(左)及能量密度分布圖(右) |