相比于傳統焊接工藝,激光焊接更適合鋁合金材料的焊接,光束能量密度可達109W/cm2。激光焊接鋁合金有著熱量集中、熱損傷小、焊縫深寬比大和焊接變形量小的優勢,焊接優勢明顯,應用面廣,易于集成化于自動化,十分適用于復雜結構的高精密焊接。
在焊接鋁合金材料時,激光焊接雖然有著一些優勢,但其中也存在著一定的不足,簡單概括有如下四點:
1、 激光聚焦光斑直徑細小導致工件焊接裝配精度要求高,通常要求裝配間隙小于1mm或小于板厚的10%,在許多下料不精密的工件焊接中操作極為不便。
2、 在常溫環境下,鋁合金對激光的反射率高達90%,因此鋁合金的激光焊接對激光器功率有著很高的要求。鋁合金激光焊接取決于激光功率密度和線能量雙閾值,激光功率密度和線能量共同制約著焊接過程的熔池行為,并最終體現到焊縫的成形特征上。
3、 鋁合金的熔點低,液體金屬流動性好,在大功率激光作用下會產生汽化,在焊接過程中金屬蒸汽會影響鋁合金對激光能量的吸收,導致深熔焊接過程不穩定,焊縫易于產生氣孔、表面塌陷、咬邊等缺陷。
4、 激光焊接加熱冷卻速度快,焊縫硬度比電弧的高,但由于鋁合金激光焊接存在合金元素燒損,影響合金強化作用,鋁合金焊縫仍然存在軟化問題,從而降低鋁合金焊接接頭的強度。因此鋁合金激光焊接的主要問題是控制焊縫缺陷和提高焊接接頭性能。
針對鋁合金激光焊接缺陷的三種解決方案
鋁的導熱性比較好,可根據鋁合金的材質、厚度和表面狀態等設置不同的焊接波形。前置的尖端波型進行焊接,也可以采用前預熱后保溫的波型進行焊接,均對減少炸點和氣孔起到一定的作用。
高光束質量激光器可以在較低功率條件下形成焊縫,并可提升焊接速度和減少氣孔。高光束質量激光器配合常用的擺動頭進行焊接,會對熔池有攪拌作用,可減少低熔點共晶物匯集,降低裂紋傾向。高光束質量也會擴大焊接工藝窗口,提升焊接的穩定性。
點環光斑光纖激光器可有效減少焊接飛濺。它以穩定匙孔來降低飛濺和有效提高焊接速度增加產能做為核心優勢點,可廣泛地應用在各類金屬加工行業,尤其是針對鋁合金、銅等材料在新能源汽車電池盒和鋁合金車身方面的焊接應用;同時針對鍍鋅鋼板、中高碳鋼等材料在減少氣孔和裂紋等方面也展示出了優異的性能。