在铝合金激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊接可以获得更多的能量,但由于低熔点合金元素的蒸发,使得光致等离子体易于过程和散热,小孔的稳定性差,从而影响焊接成形和接头的力学性能,并且容易产生气孔等焊接缺陷,所以小孔的诱导性和稳定成为研究一个重点。
根据相关资料可知,在不同的铝合金焊接中均均存在一个激光能量密度阀值,低于此值时熔点很低,而一旦达到或者超过此值,熔深会大大提高,当工件上的激光功率密度达到3.5*106W/cm2时,产生等离子体,这是深熔焊开始的标志;功率密度低于此值时,进行热传导焊接;而深熔焊与热传导焊之间的过度区,两者交替进行,使得焊深波动很大。
研究表明,诱导小孔所需的能量密度阀值的高低主要和铝合金中某些低沸点合金元素(如Mg\Zn等)的含量成反比。合金元素含量越高,其阀值越低。主要原因是铝合金元素Mg\Zn的沸点大大低于铝的沸点。Mg的沸点为1090度,Zn的沸点低于1000度,而铝的沸点为2467度。合金元素大量蒸发形成蒸汽压有利于小孔的形成,所以某些低沸点合金元素(Li)的加入有利于小孔的形成,使得铝合金易焊。
有的研究指出,在相同的条件下用氦气作保护气比用氩气作保护气获得的熔深小。原因是与氩气相比,氦气重量轻,气压低,对凹陷熔深的作用小;氦的离子化能量高,等离子体温度低,难以对熔池表面加热。但在采用高功率激光器低速焊时,氦气可以获得深熔焊。但现在很多研究采用两种气体联合保护,调整其混合比例,可以获得很好的熔深和焊缝成形。采用氮气保护时,即使焊速很高,也能获得深熔焊。但容易产生未焊透,焊缝成形不良。
激光焊接过程中产生的等离子体能吸收激光能量,改变光束的聚焦状态,使焊缝的深宽比减小。等离子体的不稳定会导致熔深不等,影响焊缝成形及其接头的力学性能。近几年来,有的学者采用在工件表面预置粉未来减弱等离子体在高度方向上的膨胀跳动,使等离子在工件表面能维持跳动幅度的相对稳定。
转载请注明出处。