铝合金的搅拌摩擦焊接
搅拌摩擦焊FSW是由英国焊接研究所TWI 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。
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铝合金激光焊接结构的应用研究
自20世纪90年代,随着科学技术的发展,大功率高亮度激光器的出现,激光焊技术集成化、智能化、柔性化、多样化发展日趋成熟,国内外更加关注激光焊在各领域铝合金结构中的应用。目前,我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术,随着铝合金厚板激光焊接技术的发展,激光焊接未来将应用于装甲车结构。
铝合金激光焊接的特点
与常规熔化焊相比,铝合金激光焊接加热集中、焊缝深宽比大、焊接结构变形小,但是也存在一些不足,归纳起来有:
(1)激光聚焦光斑直径细小导致工件焊接装配精度要求高,通常装配间隙、错边量需小于0.1mm或板厚的10%,增大了具有复杂三维焊缝焊接结构的实施难度;
(2)由于室温条件下铝合金对激光的反射率高达90%,因而铝合金激光深熔焊接要求激光器具有较高的功率。铝合金薄板激光焊接研究表明:铝合金激光深熔焊接取决于激光功率密度和线能量双阈值,激光功率密度和线能量共同制约着焊接过程的熔池行为,并终体现到焊缝的成形特征上,对于全熔透焊缝的工艺优化可通过焊缝成形特征参量背宽比进行评价;
(3)铝合金熔点低,液体金属流动性好,在大功率激光作用下产生强烈的金属汽化,在焊接过程中伴随小孔效应所形成的金属蒸汽/ 光致等离子体云影响铝合金对激光能量的吸收,导致深熔焊接过程不稳定,焊缝易于产生气孔、表面塌陷、咬边等缺陷;
(4)激光焊接加热冷却速度快,焊缝硬度比电弧的高,但由于铝合金激光焊接存在合金元素烧损,影响合金强化作用,铝合金焊缝仍然存在软化问题,从而降低铝合金焊接接头的强度。因此铝合金激光焊接的主要问题是控制焊缝缺陷和提高焊接接头性能。
铝合金激光焊接缺陷控制技术
在大功率激光的作用下,铝合金激光深熔焊缝的主要缺陷是气孔、表面塌陷和咬边,其中表面塌陷、咬边缺陷可以通过激光填丝焊接或激光电弧复合焊接改善;而焊缝气孔缺陷控制则比较困难。
现有的研究结果表明:铝合金激光深熔焊接存在两类特征气孔,一类为冶金气孔,同电弧熔化焊一样,由于焊接过程材料污染或空气侵入所导致的氢气孔;另一类为工艺气孔,是由于激光深熔焊接过程所固有的小孔不稳定波动所致。
在激光深熔焊过程中,小孔因液体金属粘滞作用往往滞后于光束移动,其直径和深度受等离子体/金属蒸汽的影响产生波动,随着光束的移动和熔池金属的流动,未熔透深熔焊接因熔池金属流动闭合在小孔出现气泡,全熔透深熔焊接则在小孔中部细腰处出现气泡。气泡随液体金属流动而迁移、翻滚,或逸出熔池表面,或被推回到小孔,当气泡被熔池凝固、被金属前沿俘获,即成为焊缝气孔。
以上信息由专业从事铝合金焊接公司的萧山不锈钢于2024/8/12 11:48:18发布
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