焊接工艺革命——高功率激光焊接设备之铝合金焊接
铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。目前在航空、航天、汽车、动力电池、机械制造、船舶、化学工业及生活用品等行业广泛应用。
先进铝合金焊接工艺：激光焊接
铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。
激光焊接铝合金有以下优点:
①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;
②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好;
③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本;
④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线;
⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接;
⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。
铝合金激光焊接常见激光器对比
现在应用的激光器主要是CO2激光器 、YAG 激光器、光纤激光器。
CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。
YAG激光器一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等，但YAG输出功率和光电转化功率低。
光纤激光器具有体积小、运行成本低、使用寿命长，稳定性好，光束质量高等优点。同时，光纤激光器发出的光是1070纳米的波长，吸收率更高，光电转化率是YAG激光器的10倍，焊接速度比YAG和CO2激光器快。
激光焊接作为一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。低功率激光焊接设备，对铝合金厚板焊接困难，同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。
铝合金激光焊接机最为引人关注的特点是其高效率，而要充分发挥这种高效率就要把它运用到大厚度深熔焊接中。使用高功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。大厚度深熔焊更加突出了小孔现象及其对焊缝气孔的影响，因此小孔形成机理及其控制变得更加重要，它必将成为未来焊接工艺一场革命。