脉冲激光焊接铝合金模具试验研究

《脉冲激光焊接铝合金模具试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、脉冲激光焊接铝合金模具试验研究·铝合金的激光焊接是近年来最热门的研究项目。不少单位研究了许多激光焊接铝合金的工艺方法。激光焊接是近20年才研发的制造新技术，正在成为通用加工工具，必将取代传统的制造技术，得到了各国政府及企业的高度重视。激光焊接的诸多优点为铝合金焊接提供了条件。激光焊接的最大特点是能把光束聚焦到很小的范围内，并且能很方便的输送到任何需要的地方。        激光焊接的主要优点        1）能量密度高，热输入量少，工件热变形量小；       2）熔化区、热影响区窄，而熔深很大；       3）焊后自然冷却速度

2、极高，可达106℃/S,从而焊接熔化区组织非常细微，使接头性能良好；       4）激光焊接不同一般焊接，不需要电极，因而降低了成本；       5）激光焊接不同于电子束焊接，不需要真空，提高了工作效率。所用保护气体压力，流量可调节；被焊工件形状、大小不受限制；       6）激光可远距离输送，工艺适应性好；       7）激光与计算机、机械手等配合，很容易实现焊接过程自动化，大大提高了焊接效率；       8）YAG激光焊接铝合金，激光被吸收的效率高，约为20%。远远超过对CO2激光的吸收率。         激光焊接铝

3、合金的难点        激光焊接由于有上列诸多优点，广泛地应用于各种材料的焊接，而应用于铝合金焊接却遇到了一系列困难，研究者充分注意到了下列激光焊接铝合金的难点：       1）铝熔点低，在光束作用下很容易离子化，焊接时熔池上方等离子体气团较大，焊接时必须予以冲散，否则影响激光吸收效率；       2）铝合金焊接时，由于熔池内元素不均匀挥发，致使焊接接头软化，强度下降；                 3）铝合金表面存在难熔的氧化膜（Al2O3熔点2060℃），只有大功率密度的激光才能熔化；       4）铝合金焊接焊缝容易

4、产生气孔，产生气孔的原因有三个：①溶解在熔池中的氢（铝在液态易吸氢）在冷却过程中析出又未溢出溶池，形成气孔，称冶金气孔；②未完全熔化的氧化膜中水分热分解析出氢，它依附于氧化膜而形成气孔，称为氧化膜孔；③深熔焊时匙孔不稳定，留下未填满的孔，称为焊根孔；       5）铝合金焊缝冷却速度相当快，可达106℃/S，熔池凝固时柱状晶发展极快，极易在柱状晶截面产生裂纹，称为结晶裂纹；由于冷却收缩也会在焊缝附近形成裂纹，称为液化裂纹。一般来说合金元素含量越高则产生裂纹的可能性越大，焊接速度越大则焊缝中裂纹数越多；       6）铝合金的膨胀

5、系数大，在冷却过程中极易使焊件变形；       7）铝合金的导热率大，约为钢的4倍，用样的焊接就需要更高的功率密度。                 试验方法及工艺选择        YAG脉冲激光焊接设备        我公司于2006年由德国罗芬公司引进“SWTOOLOPENⅡ”激光加工机，其主要指标如下：       （1）激光类型：Nd:YAG       （2）激光波长：1.6um       （3）脉冲宽度：0.3～20ms       （4）脉冲频率：1～20Hz       （5）最大脉冲能量：100J      

6、 （6）最大平均功率：150W       （7）最大峰值脉冲功率：10kW       （8）光斑直径：200～1200um       （9）光束发散角：235mrad       （10）模式：多模        研究用铝合金材料        由于2A12铝合金的合金元素含量较高，焊后极易出现裂纹及强度下降。       基于铝合金对激光反射比较强，2A12铝合金表面需要黑化处理，以增加2A12铝合金对激光的吸收。实验先采取表面不处理的2A12铝合金，如果不可以，再采用经过表面黑化处理的2A12铝合金。        保护气

7、体的选择        根据资料介绍，铝合金激光焊接保护气体最好使用He-Ar混合气体，保护气体流速约为10L/minHe+5L/minAr。       保护气体需要有足够的纯度，尤其要求H2和H2O含量要低。铝在液态极易吸收氢，而在冷却过程中析出，形成气孔；H2O高温下与AL发生反应放出H2，也会形成气孔。       氢是很好的保护气体，但对于铝合金的激光焊接不仅带走的余热少，而且熔池上方的等离子气团严重，因此采用纯氩做保护气体不是十分有利。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打

8、标机       尽管如此，考虑到目前条件及焊接成本，本研究还是选择纯氩Ar做保护气体。        YAG脉冲激光工艺参数的选择        YAG脉冲激光焊接时可供选择的工艺参数有：脉冲能量J、脉冲宽度t、脉冲频率F、光斑直径