鋁合金激光焊的主要困難是它對激光束的反射率較高,例如鋁合金對CO,激光束的反射率高達90%以上。鋁是熱和電的良導體,高密度的自由電子使它成為光的良好反射體,起始表面反射率超過90%。也就是說,鋁合金激光深熔焊必須在小于10%的輸人能量開始,這就要求很高的輸人功率以保證焊接開始時必需的功率密度。而小孔一旦生成,它對光束的吸收率迅速提高,甚至可達90%,從而可使焊接過程順利進行。
鋁合金的熱導率大,焊接時必須采用高能量密度的激光束,對激光器的輸出功率和光束質量有較高的要求,因此鋁合金激光焊有一定的技術難度。以下就是鋁合金激光焊的主要問題及原因:
鋁合金激光焊接產生氣孔的原因
a.鋁及鋁合金激光焊時,隨溫度的升高,氫在鋁中的溶解度急劇升高,高溫下熔池金屬溶解的氫在冷卻過程中隨溶解度急劇下降而聚集形成氫氣孔,成為焊縫的缺陷源。
b.鋁合金中含有Si、Mg等高蒸氣壓的合金元素,易蒸發(fā)導致出現氣孔。
c.激光焊熔池深寬比大,液態(tài)熔池中的氣體不易上浮逸出:激光束引起熔池金屬波動,小孔形成不穩(wěn)定,熔池金屬紊流導致產生氣孔。
d.鋁合金表面氧化膜吸收水分導致出現氣孔。
此外,鋁合金激光焊產生氣孔還與材料表面狀態(tài)、保護氣體種類、流量及保護方法、焊接參數等有關。
鋁合金激光焊接裂紋產生的原因
a.鋁合金激光焊的焊縫凝固收縮率高達5%,焊接應力大。
b.鋁合金焊縫金屬結晶時沿晶界形成低熔點共晶組織,結晶溫度區(qū)間越寬,熱裂紋傾向越大。
C.保護效果不好時焊縫金屬與空氣中的氣體發(fā)生反應,形成的夾雜物也是裂紋源。
合金元素種類及數量對鋁合金焊接熱裂紋有很大影響,AI-Si、 A-Mn系鋁合金焊接性好,不易產生熱裂紋; Al-Mg、 AICu、 Al-Zn系鋁合金的熱裂紋傾向較大。
添加Zr、Ti、 B、V、Ta等合金元系細化晶粒有利于抑制熱裂紋,通過調整焊接參數控制加熱和冷卻速度也可以減小熱裂紋傾問。例如,激光脈沖焊時通過調節(jié)脈沖波形,控制熱輸人,降低凝固和冷卻速度,可以減少結晶裂紋:激光填絲媒也可以有效防止焊接熱裂紋。
鋁合金激光焊接產生的咬邊和未熔合
咬邊和未熔合:鋁合金的電離能低.焊接過程中光致等離子體易于過熱和擴展,焊接過程不穩(wěn)定。液態(tài)鋁合金流動性好、表面張力小,激光焊過程不穩(wěn)定會造成熔池劇烈波動,容易出現咬邊、未熔合缺陷(包括焊縫不連續(xù)、粗糙不平、 波紋不均勻等),嚴重時會造成小孔突然閉合而產生孔洞、熱裂紋等。