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5083的激光传导焊接

2010-09-16吴静然

承德石油高等专科学校学报 2010年3期
关键词:渗透深度激光束锁孔

吴静然

(承德石油高等专科学校机械工程系,河北承德 067000)

5083的激光传导焊接

吴静然

(承德石油高等专科学校机械工程系,河北承德 067000)

研究了利用高能量的二氧化碳和 YAG激光器作为于激光传导焊接 2mm~3mm板厚的AA5083。结果表明,焊接2mm~3mm板厚的AA5083时产生的粗大的焊接区并充分渗透。通过观察,在这个过程中渗透深度最初开始增加并达到最大值,然后随着斑点大小的增加而逐渐减小。

铝合金 5083;传热焊;锁孔焊

激光焊接是一种国际性的焊接技术,并且锁孔焊焊接在工业领域中被不同的部门广泛的应用。它可以很快的改变焊接材料的厚度并产生小的热影响区,同时有效的吸引越来越多的工业人士对激光焊接产生更多的兴趣[1-2]。但是锁孔焊焊接 (>106W/cm2)由于自身存在的问题而导致它的不稳定性,如匙孔振荡,和匙孔间歇性的关闭而导致的多孔性。在一些合金中,焊接速度高会导致焊缝或热影响区变脆。传热焊激光焊接(LCW)(<106W/cm2)比较稳定并且可以提供一种可以选择的焊接方法用来焊接传统上的难焊材料,例如铝合金。到目前为止,在传热焊和锁孔焊激光焊接中,从焦距到射程之间的一段距离即:– 10mm到 +10mm范围内高功率的散焦激光束受到限制。工件在焦距以下 +5mm到 + 100mm距离范围内采用的是传热焊焊接模式。

1 实验方法

为了促进吸收在焊前要对工件进行喷丸处理。焊接完成后,工件被锯断并安装在 Buehler Pneumet II机械压力机上。在 100℃的热处理设备中加热 15 min后完成。每个工件都要进行抛光和打磨,直到得到所需要的表面为止。然后再用氢化钠溶液腐蚀工件。采用氩气作为保护气体。

采用两种类型的激光来做实验。第一种是MultiWave-AutoT MLumonics AM356YAG型的激光器。用直径为 600μm的光学纤维时最大功率可达到 4.5 kW。另一种是最大功率可达到 1.8 kW的 PRC/ OPL CO2激光器和 TEM01激光束。抗拉强度实验试样在 Instron测试仪上进行测试,

2 结果分析

传热焊焊接采用高能量散焦激光束应用于规格为 2-3 mm板厚的AA5083。图 1(i-vii)展示了规格为 2-3 mm板厚的AA5083的传热焊焊接的显微照片。图的编号是根据斑点数量的逐渐增多而制定的。预期的传热焊焊接的半球形特征已经得到。渗透深度随着斑点半径的增加而变化并且焦距变得易于观察。多数情况下焊缝的成型率比另一个低(透深度与焊缝宽度分开)。在传导模式中,渗透深度与斑点半径的曲线图显示开始是增长趋势 (达到一个最大值)然后随着斑点半径的增加而逐渐减小。这个归结于减小能量密度增加相互作用的时间之间的相互影响。同时斑点半径变大。这表明激光束的扩散和提前加热是导致激光束的外部边缘与工件之间的相互影响的原因。图2表示了焊接2-3 mm板厚的AA5083,焊速为 600mm/min和 720mm/min.时渗透深度随斑点半径的变化而变化的情况。

图 2(i)用 CO2激光器焊 2 mm板厚的AA5083,焊速为 600mm/min时渗透深度随斑点半径的变化而改变的情况;图 2(ii)用 YAG激光器焊 3 mm板厚的AA5083,焊速为 600 mm/min和 720 mm/min时渗透深度随斑点半径的变化而改变的情况。

图 3(i)是用 YAG激光器在焊速为 360 mm/min并且工件的摆放的距离距焦距 20 mm处所得到的粗大的焊缝的显微图。这个位置将产生激光设备渗透深度的最大值。可以看出焊缝是完整细致的。图3(ii)是用 CO2激光器焊 2mm板厚的AA5083.最大功率为 1750W,焊速为 1600 mm/min。沟槽是表面的薄弱区。应为表面用钢丝刷清理过,所以匙孔清晰可见。图 3(iiia)—用锁孔焊焊接法焊 2mm板厚的AA5083时匙孔可以看得见。但是在传热焊焊接中如图 3(iiib)(角接)和图 3(iiic)(对接焊缝)匙孔就相对稀松。可见传热焊焊接渗透得十分完全。

3 结论

实验研究对激光传导焊接(LCW)AA5083进行调查,不完全数据表明使用高能量散焦 CO2激光束和 YAG激光束使熔深增大到最大值之后便随着熔斑半径的增加而减小。其具体的内容如下:

1)对LCW过程的不完全数量分析表示,当表面温度还处在沸点时熔深随着斑点半径的增加而增加。当沸点的温度随着斑点半径的进一步增加而不在变化时这个趋势开始向相反方向变化。这表明,熔深/斑点半径变化发生在传导焊接中,理想意义上传导焊接中不应该有气化现象存在。

2)通过讨论,这种现象可能归结于能量密度减小和相互作用时间增加之间的影响、激光束的分布、由于激光束的外部边线被提前加热等原因。

3)这个过程也许可以提供一个供选择的方法,通过减小冷却速度来提高传统上的难焊材料的焊缝质量,如铝合金被应用在航天工业。激光传导焊接时在某一原材料上应用高能量的散焦激光束将会被充分的熔透,但如果不除去匙孔的缺陷将很大程度上影响焊接质量。

[1] 王希靖.铝合金 5083和 5052的激光焊接[J].甘肃工业大学学报,1994(4):1-6.

[2] 孙福娟,刘洪军,张丹峰.LY12CZ铝合金激光焊接工艺[J].中国激光,2006(2):273-277.

Laser Conduction W elding of 5083

WU Jing-ran
(Department ofMechanical Engineering,Chengde Petroleum College,Chengde 067000,Hebei,China)

There are two laser welding mechanisms:keyhole mode and conduction mode.Keyhole welding iswidely used because it produces welds with high aspect ratios and narrow heat affected zones.However keyhole welding can be unstable,as the keyhole oscillates and closes inter mittently. This intermittent closure causes porosity due to gas entrapment. In this work,high-power CO2and YAG lasers have been used to produce laser conduction welds on 2mm and 3mm gauge AA5083 respectively by means of defocused beams.Full penetration butt-welds of 2mm and 3mm gauge AA5083 using this process has been produced. It has been observed that in this reg ime the penetration depth increases initially up to a maximum and then decreases with increasing spot size (corresponding to increase in distance of focus above the workpiece).

Aluminium Alloy 5083;conduction welding;keyhole welding

TG44

:B

1008-9446(2010)03-0051-02

2010-04-19

吴静然(1976-),女,辽宁沈阳人,承德石油高等专科学校机械工程系讲师,硕士研究生,主要从事新材料研究。

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