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鋁合金激光焊接工藝分析


近幾年快速發展的鋁合金激光焊接技術將鋁合金應用推廣的更加廣泛,該技術能夠將兩種熱源的優點同時結合起來,同時又能彌補各自的不足,是一種新型的焊接方法,越來越備受人們的歡迎。
自動激光焊接機

1 鋁合金及其焊接的概述

鋁和鋁合金都具有非常優良的性能,比如比強度高、耐腐蝕性強,在許多的產業中都具有非常廣泛的應用,尤其在國防工業、機械等產業,并且鋁合金屬于有色金屬,在應用的過程中需要進行焊接,所以隨著科學技術的飛速發展,鋁合金的焊接技術的研究也越來越深入。因此,激光焊接技術是科學技術的一大進步。


激光焊接技術的概述:激光焊接作為一種新型的焊接技術,焊接熱源直接是激光,既可以避免能源的浪費,又可以大大地提高焊接的效率。同時,激光焊接把機器人或者是數控機床作為運動系統,減少人員的參與,可以減少勞動力的浪費,提高焊接的效率。激光熱源除了具有可再生性和清潔無污染的優點之外,還可以高度的聚焦和良好性能的傳輸,因此可以將能量全部匯聚集中于一點,避免熱量的散失和浪費。所以,激光焊接能夠提高焊接的效率和速度以及焊接的質量。因為激光焊接的光束是通過脈沖或者連續的激光束來實現的,因此當激光束直接照射鋁合金的表面時,能夠把金屬表面的熱量迅速擴散到鋁合金的內部,使鋁合金快速的熔化形成一條焊縫,同時在融化后的金屬上形成一種反作用力,最終將熔化的鋁合金表面向下凹陷形成小孔。這個小孔具有強大的功效,可以全部吸收激光光束照射時產生的能量,并同時產生高溫蒸汽,蒸汽壓力與壁層表面的張力形成一種動態的平衡。


1.1 激光焊接的功率

激光焊接具有一定的功率,只有當焊接功率達到一定的高度時,才能讓焊接得以穩定、持續的進行,否則焊接只能在鋁合金的表面進行工作,使得鋁合金表面發生熔化,從而焊接不能成功的進行。激光焊接的功率可以達到將鋁合金表面以及內部全部焊接的高度,甚至比此還要高,所以激光焊接鋁合金級可以提高效率和速度以及質量。


1.2 激光焊接的速度

因激光焊接功率高,所以焊接時速度也相應得到提高,焊接的速度不斷提高能夠使得熔深不斷減小,相反,如果速度減慢,就會使鋁合金被過度的焊接甚至被焊接穿透,因此,選擇激光焊接可以降低焊接失敗的比例從而大大降低焊接成本。


1.3 激光焊接的優勢

提高能量密度、提高焊接質量、增加焊接的精度和密度、焊接的效率速度高、焊接成本較低、可以在特殊條件下進行焊接、焊接時對鋁合金其他部位影響小。


2 激光焊接在各個領域中的應用


2.1 在石油管道中的應用

在石油管道中,應用鋁合金管道可以增加管道的口徑、增厚石油管道的管道壁,讓管道能夠在一定時間內運輸更多的石油。石油的運輸具有非常高的危險性,如石油發生泄漏,會造成難以估計的財產損失、人員傷亡以及環境的污染和地下水的污染,因此鋁合金管道在焊接時一定要特別注意,提高焊接的質量,激光焊接在此時就可以發揮巨大作用,通過激光焊接,可以控制符合焊接的工藝,可以在不用開坡口的前提下進行焊接的操作,焊接時一次成型,焊縫的質量高,充分的避免了石油泄漏的風險,提高了石油運輸的安全性。


2.2 在汽車制造業中的應用

隨著時代的高速發展和人們生活水平的日益高速化,出門乘坐汽車已經習以為常了,并且人們對于汽車的質量要求也越來越高,因此汽車工業也在不斷地尋找新型的材料和技術手段提高汽車的質量,激光焊接技術在汽車工業中的到了越來越廣泛地應用。美國最先將激光焊接鋁合金技術引入到汽車制造業當中來,經過一系列的實驗,激光焊接的鋁合金制造出來的汽車,將薄鋁合金激光焊接之后制造成型,不僅大大減輕了車身的重量,而且減少了制造汽車的工序,提高了制作效率,得到了廣大汽車制造業的歡迎與青睞。


2.3 在航空航天工業中的應用

眾所周知,航空航天工業需要高度精準高度精確的材料進行制造飛機等一系列航天器,并且對于機器本身的重量要求也是非常的嚴苛,用激光焊接的鋁合金制造飛機等機器,能夠使得機身比平時可減輕20%左右,制造成本也得到了大大降低。比如,德國共管的部件生產廠運用激光焊接鋁合金技術生產出的A350系列飛機的零件取得了巨大的成功。


3 激光焊接鋁合金技術的難點


3.1 鋁合金表面對激光具有反射性

因為鋁合金是一種有色金屬,對各種光線都具有很強烈的反射性,激光作為一種更加激烈的光束,在鋁合金的表面更加容易造成反射,換句話說,鋁合金這種有色金屬對于激光具有高反射率和較小的吸收率。除此之外,金屬都具有導熱性,因此鋁合金也具有很強的導熱性,容易在用激光焊接的時候,反射激光或者是將激光的熱量迅速導移出去,最終導致鋁合金的焊接失敗。因此,在激光焊接鋁合金的時候,要嚴格注意并且迅速提高激光的功率密度,防止被反射或者被傳導,爭取在極端的時間用極高的密度對鋁合金進行焊接,這樣就可以避免反射性等問題的出現。


3.2 在激光焊接鋁合金時要做好充分的準備

因為鋁合金有活潑、易被氧化等特性,在其表面容易附著大量的灰塵水分等,因此在焊接的過程中,如果沒有做好充足的準備,表面附著的東西容易隨著激光的快速焊接留在鋁合金表面,從而影響鋁合金的質量和焊接的效果。因此,在對鋁合金進行焊接之前,需要對鋁合金表面進行清潔,將表面的油污等清理掉。同時防止在焊接時發生氧化作用造成爆炸等安全威脅,也需要對金屬表面的氧化膜進行徹底的清潔,徹底除去氧化膜。


4 鋁合金的激光焊接存在的缺陷

盡管激光焊接有高效率、高速度并且能夠大量降低成本,激光焊接也存在著許多的缺點,只有將這些缺陷全部弄清楚并且解決了,才能夠使得激光焊接鋁合金技術得到更加廣泛的應用。


4.1 氣孔的缺陷

在上文中提出,適度的氣孔能夠保持鋁合金的內外平衡,但是,過量的氣泡就會存在大量的缺陷,避免出現大量氣孔比較困難,出現大量氣孔時氣孔不穩定,在鋁合金內部亂竄,容易使得焊接部位出現裂縫,所以清除氣孔將是鋁合金激光焊接技術需要突破的一大重要缺陷。


4.2 熱裂紋缺陷

應用激光技術時,需要提高溫度和密度以達到快速焊接的目的,這樣容易在鋁合金表面出現特裂紋,從而使得焊接失敗,為了應對熱裂紋,科學家們已經想出應對的辦法,即在激光焊接時運用填充材料,但是這種方法容易導致資源的浪費和勞動力的大量耗費。采取更加簡便的辦法應對熱裂紋也是該技術即將解決的一項重大問題。


5 結束語

鋁合金的激光焊接速度存在大量的優點,在多種制造領域得到了廣泛的應用,也提高了機器本身的質量和制造速度,但是激光焊接技術同樣也存在許多的缺陷,導致焊接的失敗,相信在科學家們的不斷努力下,該焊接技術會越來越成熟,應用也越來越廣泛。

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