铝合金激光焊的主要困难是它对激光束的反射率较高,例如铝合金对CO,激光束的反射率高达90%以上。铝是热和电的良导体,高密度的自由电子使它成为光的良好反射体,起始表面反射率超过90%。也就是说,铝合金激光深熔焊必须在小于10%的输人能量开始,这就要求很高的输人功率以保证焊接开始时必需的功率密度。而小孔一旦生成,它对光束的吸收率迅速提高,甚至可达90%,从而可使焊接过程顺利进行。
铝合金的热导率大,焊接时必须采用高能量密度的激光束,对激光器的输出功率和光束质量有较高的要求,因此铝合金激光焊有一定的技术难度。以下就是铝合金激光焊的主要问题及原因:
铝合金激光焊接产生气孔的原因
a.铝及铝合金激光焊时,随温度的升高,氢在铝中的溶解度急剧升高,高温下熔池金属溶解的氢在冷却过程中随溶解度急剧下降而聚集形成氢气孔,成为焊缝的缺陷源。
b.铝合金中含有Si、Mg等高蒸气压的合金元素,易蒸发导致出现气孔。
c.激光焊熔池深宽比大,液态熔池中的气体不易上浮逸出:激光束引起熔池金属波动,小孔形成不稳定,熔池金属紊流导致产生气孔。
d.铝合金表面氧化膜吸收水分导致出现气孔。
此外,铝合金激光焊产生气孔还与材料表面状态、保护气体种类、流量及保护方法、焊接参数等有关。
铝合金激光焊接裂纹产生的原因
a.铝合金激光焊的焊缝凝固收缩率高达5%,焊接应力大。
b.铝合金焊缝金属结晶时沿晶界形成低熔点共晶组织,结晶温度区间越宽,热裂纹倾向越大。
C.保护效果不好时焊缝金属与空气中的气体发生反应,形成的夹杂物也是裂纹源。
合金元素种类及数量对铝合金焊接热裂纹有很大影响,AI-Si、 A-Mn系铝合金焊接性好,不易产生热裂纹; Al-Mg、 AICu、 Al-Zn系铝合金的热裂纹倾向较大。
添加Zr、Ti、 B、V、Ta等合金元系细化晶粒有利于抑制热裂纹,通过调整焊接参数控制加热和冷却速度也可以减小热裂纹倾问。例如,激光脉冲焊时通过调节脉冲波形,控制热输人,降低凝固和冷却速度,可以减少结晶裂纹:激光填丝媒也可以有效防止焊接热裂纹。
铝合金激光焊接产生的咬边和未熔合
咬边和未熔合:铝合金的电离能低.焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展,焊接过程不稳定。液态铝合金流动性好、表面张力小,激光焊过程不稳定会造成熔池剧烈波动,容易出现咬边、未熔合缺陷(包括焊缝不连续、粗糙不平、 波纹不均匀等),严重时会造成小孔突然闭合而产生孔洞、热裂纹等。