铝合金镭射焊接前的镭射干净
日期:2018-02-28 录入:深圳免费加速器NPV 查看:1829
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铝合金因其质轻，易于成型/加工，强度好，普通用在汽车、航天/航空跟活动工业。衔接铝合金面板跟薄板通常使用机器铆接、电弧焊接、钎焊、搅拌摩擦焊、镭射焊接、混杂镭射/电弧焊接。镭射焊接速率很快，热变形小。然而，镭射焊接铝合金通常会构成大批气孔，因而焊点强度极低——通常是母材的50%-75%。镭射焊接铝合金发生气孔的起因有良多：名义净化，包含名义氧化层的氢。氢通常困在铝合金名义的氧化层。在镭射焊接进程中，氢会被开释进去，消融在熔体池。氢在液态铝中的消融度要比在固态铝中高得多。在液态情形下，氢的消融度是：
S是氢在273°K跟760T前提下的消融度，T是指温度（K），P是指氢的分压（1T=0.133mbar）
从上能够看出，氢在液体铝中的消融度是在固体铝中的20倍。因而，铝合金在熔池中会排汇大批氢，在凝结进程中以气孔的情势开释进去。其它名义无机净化物如石油跟油脂也会以致氢气困在焊接区域。氢气发生的气孔通常较小（直径小于0.5mm）。熔池中的气孔会迟缓挪动。气孔挪动速率能够经由过程丈量得出：
R是气孔的半径，Δþ是其空中液体跟气体的密度区别；g是重力减速度；μ是液体的能源粘度；þ是液体的密度。对于于铝合金中直径为50μm的气孔来说，其挪动速率是4-6mm/s，而液体凝结速率通常是20-50mm/s，因而气孔难以排出。
镭射匙孔。这通常涌现在匙孔（深熔）焊接中，镭射功率密度高出106W/cm2。对于于焊接绝对厚一些的铝合金（大于3mm），匙孔焊接可以完成深熔。匙孔之以是构成，是由于镭射焊接进程中发生低压蒸汽/等离子，蒸汽脱离熔池时发生的强烈反冲压力会天生深深的蒸汽孔。跟较低功率密度传热镭射焊接相比，这种匙孔会让镭射光束在资料的更深层面被排汇。假如锁孔不稳固（一旦资料名义张力高出蒸汽反冲压力，匙孔就会崩溃）或许资料凝结速率太快，蒸汽就会被困在融化区，并构成大气孔（普通大于0.5mm）。
图1：镭射焊接AA6014铝合金时镭射功率、焊接速率及薄板空隙对于气孔构成的影响。
合金元素的蒸发。合金资料如镁、锰、铜跟硅等会被蒸发，困在融化区，从而构成气孔。这些合金元素还将转变资料名义的张力跟粘度。
有良多法子可减少镭射焊接轻合金时发生的气孔。例如，节制气体放射法，摆动光束，双光束焊接，以及名义干净。使用镭射功率低的传导限度型镭射焊接通常发生的气孔较少，然而加工效力也要低一些。
本文对于应用镭射干净手艺来减少镭射焊接中发生的气孔进行了个案研讨，对于象为车身用6000系合金（AA6014）或通常所说的AC-170PX，其资料中含有0.5-0.7%的铝，0.35%（最多）氟，0.2%的铜，跟0.05-0.2%的锰。在铝合金板成型加工进程中，铝合金名义镀有钛跟锆（4mg/m2）跟固体光滑剂，在成型加工后会残留在资料名义。焊接工作由添补焊丝跟5.3kW的碟片镭射器来实现。
镭射功率、速率跟薄板空隙对于气孔的影响
图1显示了使用 AA4043（5.3%的硅）焊丝进行角边焊接时镭射功率（2-5.3kW）、焊接速率跟薄板空隙对于焊接气孔构成的影响。在不同的焊接前提下，线能量（单元长度的能量）相近，但镭射功率越高（速率越快），气孔越多。在薄板之间留下间隙能大大减少气孔，然而气孔数目仍旧较多。这些气孔的直径通常小于200μm，如图2所示。
图2：以5300W镭射功率跟50mm/s焊接速率对于AA6014合金施行镭射焊接时的气孔巨细散布。
焊丝对于气孔的影响
图3显示了3种不同焊丝对于气孔的影响：AA4043（5.2%的硅），AA4047（12%的硅），跟 AA3004（0.3%的硅、1-1.5%的锰及0.8-1.3%的镁）在镭射焊接AA6014合金时的气孔构成情形。硅跟镁的含量越高彷佛有助于减少气孔构成。硅添加了资料的流动性，减少了液体阶段的粘性，因而可以减少气孔。锰/镁只管更容易气化，但可以填补铝合金中这些元素的缺掉。锰跟镁会下降资料名义的张力，从而下降锁孔崩溃的几率。
图3：以5300W镭射功率跟50mm/s焊接速率进行焊接时，3种不同焊丝对于气孔构成的影响。
