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激光焊接解決方案，鋁合金車體焊接技術(shù)的革新
2016年11月07日
鋁合金車架目前已經(jīng)在汽車中廣泛地應(yīng)用。鋁合金材質(zhì)相比以前造車常用的鋼鐵，性質(zhì)上有著很大的差異。這就使得生產(chǎn)商在對鋁合金進(jìn)行焊接的過程中遇到了不少的難點(diǎn)。因而工程師們針對鋁合金焊接上的難點(diǎn)，積極革新傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，為鋁合金車架未來更廣泛地應(yīng)用到汽車中鋪橋搭路。
鋁合金在焊接中主要存在以下難點(diǎn)：
1. 鋁合金與氧的親和力很強(qiáng)。在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密而結(jié)實(shí)的氧化鋁薄膜。在焊接過程中，氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結(jié)合，并易造成夾渣。氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫形成氣孔。這些缺陷，都會降低焊接接頭的性能。
2. 鋁合金的導(dǎo)熱率和比熱大。鋁及鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容都很大，在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導(dǎo)到集體金屬內(nèi)部。
3. 鋁合金車體的線膨脹系數(shù)大。鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時體積收縮率達(dá)6.5%～6.6%，因此易產(chǎn)生焊接變形。另外，某些鋁及鋁合金焊接時，在焊縫金屬中形成結(jié)晶裂紋的傾向性和在熱影響區(qū)形成液化裂紋的傾向性均較大，往往由于過大的內(nèi)應(yīng)力而在脆性溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生熱裂紋，這是鋁合金，尤其是高強(qiáng)度鋁合金焊接時最常見的嚴(yán)重缺陷之一。
4. 鋁合金部件焊接時容易形成氣孔。焊接接頭中的氣孔是鋁及鋁合金焊接時極易產(chǎn)生的缺陷，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。
5. 鋁合金在高溫時的強(qiáng)度和塑性低。鋁在370℃時強(qiáng)度僅為10MPa，焊接時會因為不能支撐住液體金屬而使焊縫成形不良，甚至形成塌陷或燒穿。
而近年來針對鋁合金這位“新成員”，車廠開始廣泛應(yīng)用激光焊接技術(shù)，也針對性地進(jìn)行了一系列的改進(jìn)。隨著合金元素的添加，八組可鍛合金出現(xiàn)了，將鋁的整體應(yīng)用擴(kuò)展到了一個廣泛的制造業(yè)應(yīng)用。同時，使用激光器能夠解決困擾傳統(tǒng)技術(shù)如金屬惰性氣體電弧焊等的難題。和金屬惰性氣體電弧焊相比，激光加工的焊接速度更快，熱量輸入更少，熱影響區(qū)域更小，扭曲變形更少，在很多情況下可以自焊接。
過去鋁的高反射性對于激光焊接來說是一個問題。但是，隨著高功率、高光束質(zhì)量的二氧化碳激光器的逐步發(fā)展，以及高功率、高亮度固體光纖激光器的出現(xiàn)，將能量耦合至鋁上不再成其為問題。這里有一個需要注意的錯誤觀念：現(xiàn)在很多人認(rèn)為由于固體激光器(如碟片激光器和光纖激光器)的波長較短，被鋁吸收得更多，因此就是所有應(yīng)用的最佳選擇。事實(shí)并非這樣，對于厚度約4或5mm的材料來說，波長最好是1μm。但是如果材料厚度是在6mm以上，二氧化碳激光器(10.6μm波長)更好。雖然確切的物理效果仍存在爭議，但是簡單的解釋是吸收率更高意味著材料的上層部分吸收了更多來自1μm 波長的能量。而使用二氧化碳激光器， 10.6μm的波長能夠反射到鎖孔，從而更深地穿透材料。
激光焊接已應(yīng)用于汽車業(yè)，用以連接如車架、車頂、車門、后備箱、駕駛桿、輪轂和燃油過濾器等多種鋁質(zhì)零部件。
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