搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点: ①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊; ②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板;③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除; ④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快; ⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单,主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。
2.2 铝合金的激光焊接
铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。
激光焊接铝合金有以下优点: ①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大; ②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好; ③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本; ④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线; ⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接; ⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。
现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。
在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。图3 为激光焊接时的小孔形状。图4 为激光深熔焊示意图[5]。
铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束(波长为10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %;对YAG激光束(波长为1. 06 μm)吸收率接近5 %。图5 为不同金属对激光的吸收率。比较复杂,高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动,起弧后稳定性不强,同时在电弧的高温状态下,电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度[11] 。
铝合金激光- 电弧复合焊工艺中可控参数较多,主要有以下几方面。①激光功率和电弧电流电压等:复合焊接对激光功率要求降低,同时功率因素对工艺影响很大,激光功率越大,熔深越大,而且这种影响力远大于激光单独焊接时对熔深的影响,增加电弧电源功率,熔化区宽度增加,热影响区增大,若采用脉冲YAG激光器,可调节脉冲频率和宽度以能提高工艺稳定性,减少气孔的形成; ②焊接速度参数:随焊接速度的增加,焊接热输入降低,焊缝熔深降低,而且不同的焊接速度影响匙孔的作用有所不同,从而影响焊接的稳定性; ③激光与电弧中心的距离:在一定范围内,激光与电弧中心距DLA11越小则熔深越大,此时增加电弧电流不仅增加熔宽,而且增加熔深; ④激光与电弧配合方式:国际上对复合焊的研究一般采用激光垂直入射,电弧与激光束成一定角度,沿焊接方向激光或在电弧前或在电弧后,不同的设计安排影响复合焊接的工艺稳定性和焊接气孔、裂纹的形成; ⑤填充材料的影响:通过填充焊丝、粉末来补充合金元素的烧损,增加焊缝强度,改善工艺性能,防止热裂纹; ⑥保护气体成分及流速:复合焊中保护气体一般为Ar 、He 或Ar/ He 混合气体,Ar 的电离能低,易于形成等离子体,与激光束光子形成耦合作用,不利于保护,所以纯He 气比纯Ar 气保护效果好,但从经济角度来看Ar气更经济一些,国外有用Ar75%+He25%混合气保护进行激光焊接,效果良好,且可改善工艺性能。其它还有一些因素影响,如焊前铝合金表面的清洁,氧化膜的去除,焊后热处理等。当焊接高强度厚板铝合金时,可采用多道焊工艺达到完全熔透焊接,但厚板铝合金焊接易产生气孔、热裂纹及焊缝软化等问题,且其过程比较复杂。厚板铝合金焊接变形严重,所以必须采用一些防变形的工艺[10~12]。
2.4 铝合金的电子束焊接
电子束焊是指在真空环境下,利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接,由于能量密度高可大大减小热影响区,提高焊接接头强度,避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密度高,穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。 |