浅析活性剂对6013铝合金薄板CO2激光焊接工艺的影响

刘宏伟

引言：本文从6013铝合金的简介入手，通过实验的方法分析了活性剂对6013铝合金薄板CO2激光焊接工艺的影响。研究结果表明，活性剂的加入能够使焊接效果获得有效改善。

一、6013铝合金简介

6013型铝合金（以下简称6013）属于一种新型的铝合金，它是由美国铝业公司研制开发的，其综合性能较佳，具有抗腐蚀性、上等的损伤容限、优良的成形性以及热暴露稳定性等性能，这使其成为目前世界上最为先进的铝合金之一，正因如此，6013被广泛应用于航空航天、军事、汽车制造等领域当中。6013中含有的主要化学成分为Mg、Si、Cu、Mo、Fe，它的密度较高约为2.71g/m3，熔点约为582-650℃，比热为963J/kg•℃，拉伸与扭转弹性模量分别为68.2和26.2（GPa）。

由于6013在应用过程中需要加工成各种形状，此时便需要对其进行焊接处理，比较常用的焊接工艺为激光焊。然而，在长期的实践中发现，采用激光焊对铝合金进行焊接的过程中，焊缝容易出现了气孔，并且裂纹的敏感性也相对较大，焊缝成形后存在严重的质量缺陷，并且焊缝的力学性能要比铝合金本身低很多。针对这一问题，业内的专家学者进行了大量深入具体的研究，相关研究结果表明，在铝合金CO2激光焊的过程中，加入适量的活性剂能够提高铝合金对激光的吸收率，有助于提高焊接质量。为此，本文以6013作为母材，并通过实验的方法分析活性剂对C02激光焊接工艺的影响。

二、活性剂对6013铝合金薄板CO2激光焊接工艺的影响研究

（一）实验材料与仪器

1.实验材料。本次实验中选择的母材为6013铝合金薄板，厚度为1.8mm，试验中使用的活性剂主要有以下几种：Na3AlF6、TiO2、CaF2、LiF、NaF、Ni2O3。

2.实验设备。本次实验中选用的CO2气体激光焊接机为国内某公司生产的高压直流电激励连续CO2激光器，其激发气体主要包括CO2、N2和Ar，激光功率为1.6-3.6kW，整个焊接过程采用纯度超过99.9%的氩气进行保护，流量控制在15-25L/min。

（二）实验方法

在实验过程中，使用CO2气体激光焊对6013薄板进行焊接，在正式焊接前，需要做好如下准备工作：母材表面清污，可以使用丙酮对母材进行擦拭；随后在母材表面均匀地涂上活性剂，并做好标记。将处理好的试件放置在试验台上，调整好焊接工艺参数，并在单一活性剂的激光焊接试验中，通过观察，获取效果明显的活性剂组分，配置出满足试验要求的复合活性剂进行试验。焊接完毕后，对试验结果进行处理和记录，并以金相显微镜对焊缝进行观察，主要观察焊缝的熔深和表面成形情况，最后分析不同活性剂对焊接工艺的影响。

（三）实验结果与讨论

1.不同活性剂对焊缝成形的影响。实验结果表明，选用不同的活性剂对6013焊缝有着不同的影响效果。图1为焊接参数不变的前提下，不同活性剂的焊缝成形效果。

（a）Na3AlF6（b）LiF （c）Ni2O3

（d）TiO2 （e）CaF2 （f）NaF

图1 不同活性剂的焊缝成形情况

由图1中可以清楚的看出，不同活性剂对焊缝的成形效果均有着较为明显的影响，其中以LiF作为活性剂时获得的焊缝效果最佳，NaF的效果也相对较好，且焊缝比较美观，无咬边和夹渣等质量缺陷；虽然加入TiO2之后焊缝的熔深深度有所加深，但表面成形较差，并且能够看到明显的气孔；Na3AlF6的效果基本与TiO2相同，只是表面无明显的气孔；CaF2对熔深的效果不太明显；Ni2O3的表面形成虽然相对比较一般，但总体上要比TiO2和Na3AlF6的效果要好一些。为了进一步验证活性剂对焊缝效果的影响，将不同的活性剂进行组合，并在原有的焊接参数下再次进行试验，结果表明，LiF+NaF的组合所得的焊缝效果最佳， LiF+ Na3AlF6的效果次之，如图2所示。

（a）LiF+NaF（b）LiF+ Na3AlF6

图2 活性剂组合后的焊缝成形效果

2.活性剂对熔深的影响。由于本次实验中选用的6013薄板厚度为1.8mm，在焊接参数不变的前提下，采用各种活性剂均能将母材焊透。故此，重点分析活性剂对熔深宽度的影响。采用不同活性剂获得的焊缝熔深比均不相同。在全部焊透的情况下，熔深宽度越大，则表明热输入越大，即对激光的利用效率越高，由实验结果可知，LiF的熔宽最小，TiO2和Ni2O3的熔宽最大。

结论

综上所述，本文通过实验的方法分析了不同活性剂对6013铝合金薄板CO2激光焊接工艺的影响，由实验得出如下结论：在焊接过程中，使用活性剂能够有效改善焊接效果，其中TiO2和Ni2O3在焊缝熔深方面的效果最好，但焊缝成形相对较差，在对活性剂进行组合后，可以使焊缝的成形效果获得改善，其中LiF+NaF的组合形式效果最佳。鉴于此，在实际焊接过程中，可依据焊接要求合理选用活性剂，或将不同的活性剂组合后使用。

参考文献

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