中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率光纖激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在汽車用鋁合金搭接激光焊氣孔消除方面取得新進(jìn)展,提出一種鋁合金激光焊縫氣孔消除的新方法并揭示氣孔消除機(jī)理。傳統(tǒng)激光焊接主要通過單一模式進(jìn)行:熱傳導(dǎo)焊接模式和匙孔深熔焊模式。新的激光焊接方法通過混合模式來實(shí)現(xiàn)激光焊接:匙孔深熔焊模式+熱傳導(dǎo)焊接模式。相關(guān)成果發(fā)表于《材料加工技術(shù)雜志》(Journal of Materials Processing Technology)。
圖1.搭接板激光焊接示意圖
鋁合金廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天、軌道交通等行業(yè)用,傳統(tǒng)連接方式主要通過機(jī)械連接、電弧焊等實(shí)現(xiàn)。常規(guī)激光焊接鋁合金由于鋁合金表面氧化膜的存在以及液態(tài)鋁合金低表面張力等特性易導(dǎo)致匙孔坍塌、形成氣孔。氣孔大量存在焊縫處,降低了搭接工件之間的有效接合面積,使接頭力學(xué)性能弱,限制了激光焊技術(shù)在鋁合金上的應(yīng)用。
圖2.焊接路徑擺動(dòng)示意圖(其中A表示擺動(dòng)幅度,L表示周期長(zhǎng)度)
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種異于常規(guī)焊接工藝(3.0m/min)的超高掃描速度(43.5m/min)與擺動(dòng)激光束路徑相結(jié)合的新方法,并探明了擺動(dòng)路徑的擺動(dòng)幅度對(duì)焊縫氣孔消除的影響規(guī)律。結(jié)果表明,新方法能夠有效消除氣孔,并且當(dāng)擺動(dòng)幅度大于激光束焦點(diǎn)直徑時(shí),能夠生成幾乎無氣孔焊縫,接頭拉剪強(qiáng)度提升達(dá)到75%以上。一種由深溶焊與熱傳導(dǎo)焊組合的新型焊接模式被提出,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證解釋了該模式對(duì)抑制氣孔的作用機(jī)制。
圖3.焊接參數(shù)對(duì)焊縫縱截面氣孔變化的影響 (a) 直線路徑,3.0m/min焊接速度;(b) 擺動(dòng)路徑,擺幅0.4mm;(c) 擺動(dòng)路徑,擺幅0.6mm;(d) 擺動(dòng)路徑,擺幅0.8mm;(e) 擺動(dòng)路徑,擺幅1.0mm;(f) 擺動(dòng)路徑,擺幅1.2mm;其中(b)-(f)焊接速度為43.5m/min。
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