激光焊接鋁合金抑制氣孔的3種方式

鋁合金具有密度低，強度高以及良好的耐腐蝕性等優(yōu)點，因此在汽車工業(yè)、新能源、航空航天以及建筑工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前激光焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，與傳統(tǒng)焊接方式相比激光焊能提供更高的生產(chǎn)效率、更好的焊縫質(zhì)量，實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度焊接以及自動化等。

激光焊接是將高強度激光輻射至金屬表面，通過激光與金屬間熱力耦合作用使金屬熔化再冷卻結(jié)晶形成焊縫的技術(shù)。根據(jù)激光焊接的熱作用機制可分為熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種，熱導(dǎo)焊主要應(yīng)用于精密零件的封裝焊接或微納焊接；激光深熔焊主要用在需要完全熔透的材料焊接中，其焊接過程會使材料汽化，熔池中出現(xiàn)匙孔現(xiàn)象，是目前使用最廣泛的激光焊接方式，也是鋁合金焊接的首選方式。

激光熔焊特點：

優(yōu)勢：激光焊接鋁合金采用擺動激光焊接，不添加輔助材料，焊接設(shè)備簡單，無需耗材，便于自動化；

劣勢：對焊接間隙的要求高，否則焊縫容易塌陷；焊接起點與終點易產(chǎn)生重點；焊接過程穩(wěn)定性一般，易產(chǎn)生焊接缺陷；

案例：建筑裝修行業(yè)—5系鋁合金門框焊接

由于鋁合金固有的物理性質(zhì)，比如對激光低的吸收率、合金元素的低沸點、高的熱導(dǎo)率、高的熱膨脹系數(shù)、相對較寬的凝固溫度區(qū)間、高的凝固收縮率、低粘度以及液態(tài)下高的吸氫性等，因此在激光焊接過程中容易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷。

其中，氣孔是鋁合金激光焊接過程中最容易產(chǎn)生的缺陷形式，它會破壞焊縫金屬的致密性，削弱焊縫的有效截面積，降低焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性，因此必須采取有效措施防止氣孔產(chǎn)生，提升焊縫內(nèi)部質(zhì)量。

激光熔焊抑制氣孔方式：

1、通過焊前表面處理方式抑制焊接氣孔

焊前表面處理是控制鋁合金激光焊縫冶金氣孔的有效方法，通常表面處理方法有物理機械清理、化學(xué)清理。

經(jīng)過對比，采用化學(xué)方法處理試板表面（金屬清洗劑清洗－水洗－堿洗－水洗－酸洗－水洗－干燥）的流程處理最好。其中堿洗用25％NaOH（氫氧化鈉）水溶液去除材料表面厚度，酸洗用 20％ HNO3（硝酸）＋2％ HF（氟化氫）水溶液中和殘留的堿液。試板表面處理后在24小時內(nèi)實施焊接，試板處理后停留時間較長時焊前裝配再用無水酒精擦拭。

2、通過焊接工藝參數(shù)抑制焊接氣孔

焊縫氣孔的形成除了與焊件表面處理質(zhì)量有關(guān)，還與焊接工藝參數(shù)相關(guān)。焊接參數(shù)對焊縫氣孔的影響主要體現(xiàn)在焊縫熔透情況，即焊縫背寬比對氣孔的影響。

通過測試可知，焊縫背寬比R＞0．6時可以有效改善焊縫中鏈狀氣孔的集中分布，當背寬比R＞0．8 時，可以有效改善焊縫中大氣孔的存在，并很大程度上消除了焊縫中氣孔的殘留。

3、通過正確選擇保護氣體及流量抑制焊接氣孔

保護氣體的選用直接影響到焊接的質(zhì)量、效率及成本，激光焊接過程中，正確的吹入保護氣體可以有效減少焊縫氣孔。

如上圖，采用Ar（氬氣）和He（氦氣）對焊縫表面進行保護，在鋁合金激光焊接過程中，Ar和He對激光的電離程度不同，造成焊縫成形不盡相同。結(jié)果可見，選用Ar作為保護氣體所得焊縫的氣孔率整體少于選用He作為保護氣體時焊縫的氣孔率。

同時我們也要注意，氣流量過小（＜10L／min）焊接產(chǎn)生的大量等離子體無法吹走，使得焊接熔池不穩(wěn)定，氣孔形成幾率增加。氣體流量適中（15L／min左右）等離子體得到有效控制，保護氣對溶池起到了很好的防氧化作用，氣孔最少。過大的氣流量伴隨過大的氣體壓力，使得部分保護氣混入溶池內(nèi)部，使氣孔率上升。

激光焊接鋁合金抑制氣孔缺陷一直是行業(yè)難題，受鋁合金材料本身性能影響，在焊接過程中不能完全避免焊接無氣孔現(xiàn)象，只能降低氣孔率。

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