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铝合金车身的激光焊接工艺
2022-06-06 行业资讯

  铝是一种通用型金属,和大多数金属相比其原子质量极低,在很多方面的性能甚至令人惊叹。这种低原子质量,加上极强的耐腐蚀性和绝佳的导热导电性,让铝成为极其独特的金属。对于制造商们来说,好消息是铝易于加工、铸造、拉伸和挤压,而且原料充足。

  与钢铁材质对比

  将铝和其它主要制造金属——钢铁——相比较,就会发现不少重要区别。一个主要区别在于耐腐蚀性。铝对氧的亲和力归因于其三个价电子,由于氧能够接受两个价电子,从而形成氧化铝(三氧化二铝)。氧化铝是一种活跃的1纳米厚的表面膜,保护基底金属免受腐蚀,也不会与其它元素发生反应。如果这一氧化层受到损害,且暴露在氧气的情况下会立即重新形成氧化层。钢铁就没有这种活跃的机制,事实上,在面对氧或水的情况下,钢铁中的铁会形成氧化腐蚀物——铁锈。

  第二个重要区别在于质量。铝的质量是钢铁的三分之一,而在很多行业里使用铝的重要驱动力在于可以减轻重量,特别是在交通运输业。一般说来,同样的结构性能,铝组件的薄板厚度是钢铁的两倍,从而能够将整体质量减少33%。这为汽车业提供了一个很好的前景,因为到2025年必须将燃油经济性提高到一加仑汽油可以行驶54.5英里。

  铝的附加属性让其更为通用,如高导热性对于冷却器这类部件极为有用,低电阻率使其成为好的电流导体。但是如果铝不是具有高度的可制造性,那么所有这些独特而有用的特性就不值一提了。铝易于成形、加工、焊接,这些对于铝的可利用性至关重要。

  焊接方法

  随着合金元素的添加,八组可锻合金出现了,将铝的整体应用扩展到了一个广泛的制造业应用(见图表)。但是,不管是合金还是整体应用,还是存在可焊性问题。幸运的是,大多数合金可以成功地进行熔焊,这取决于合金填充材料。使用激光器能够解决困扰传统技术如金属惰性气体电弧焊等的难题。和金属惰性气体电弧焊相比,激光加工的焊接速度更快,热量输入更少,热影响区域更小,扭曲变形更少,在很多情况下可以自焊接。

  但是,铝和铝合金仍具有一些棘手的属性,如果不适当处理就会对焊接造成影响。合金蒸发和凝固温度的广泛范围会导致锁孔不稳定、多孔性、气泡、丧失机械性能以及在焊接冶金中出现各种缺陷,例如热裂纹。熔融铝的高氢解度会导致大量焊缝气孔和气泡。低粘度和高度流动性的熔融铝会造成焊道底的沉降和松垂。最后,铝的高反射性加上高导热性会引起光能量耦合到材料上。虽然上述这些听起来让人很沮丧,但其实激光焊接铝的历史和成功案例恰恰相反。这些棘手的特性以及相关的焊接问题都有明确和证实过的解决方案。