Ø氣孔問題,鋁合金種類不同,產生的氣孔類型也不同。一般認為,鋁合金在焊接過程中產生以下幾類氣孔:
氫氣孔。鋁合金在有氫的環境中熔化后,其內部的含氫量可達到0.69ml/100g以上。但凝固以后,其平衡狀態下的溶氫能力最多只有0.036ml/100g,兩者相差近20倍。因此,在由液態向固態轉變的過程中,液態鋁上多余的氫氣必定要析出。如果析出的氫不能順利上浮逸出,就會聚集成氣泡殘留在固態鋁合金成為氣孔。
日本學者在封閉的條件下將焊縫氣孔中的氣體收集起來進行分析,得出的結果為:氫氣占90%,氮氣占10%。因此通常認為減少焊縫氣孔的有效措施就是斷焊接時的供氫源。
保護氣體產生的氣孔。有研究認為,在高能激光焊接鋁合金的過程中,由于熔池底部小孔前沿金屬的強烈蒸發,使保護氣體被卷入熔池形成氣泡,當氣泡來不及逸出而殘留在固態鋁合金中即成為氣孔。表2是A5083合金激光焊接氣孔中保護氣體的含量。
表2A5083合金激光焊接氣孔中保護氣體的含量
激光種類保護氣體成份功率/KwAr(%)He(%)H2(%)其他
CO2激光Ar541----59---
CO2激光He100.686.812.6---
CO2激光He100.695.93.30.2N2
YAG激光He3----99.20.60.2N2
小孔塌陷產生的氣孔。在激光焊接過程中,當表面張力大于蒸氣壓力時,小孔將不能維持穩定而塌陷,金屬來不及填充就形成了孔洞。
Matsunawa教授的實時小孔觀察試驗引起了激光焊接領域的極大關注,相關的小孔模型研究和直接觀察研究工作大量涌現。隨之而來,對減少或避免鋁合金激光焊接中的氣孔缺陷也提出了很多實際措施,如調整激光功率波形,減少小孔不穩定塌陷,改變光束焦點高度和傾斜照射,在焊接過程時施加電磁經場作用以及在真空中進行焊接等。近幾年來,又有研究者采用填絲或預置合金粉未、復合熱源和雙焦點技術來減少氣孔的產生,取得了不錯的效果。
Ø裂紋問題
鋁合金屬于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固下更容易產生熱裂紋,焊縫金屬結晶時在柱狀晶邊界形成AL-Si或Mg-Si等低熔點共晶是導致裂紋產生的原因。
為減少熱裂紋,可以采用填絲或預置合金粉未等方法進行激光焊接。使用YAG激光器時,調節脈沖波形,控制熱輸入也可以減少結晶裂紋。
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