信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-04-12
3003 鋁合金標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分表
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
在焊接前使用丙酮溶液超聲波清洗器 25 min，以清除試樣表面的油污等雜質(zhì)。采用連續(xù)激光和脈沖激光對(duì)試樣分別進(jìn)行焊接，焊接完成后在精密測量顯微鏡觀察焊縫表面形貌。
1.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)
由于鋁合金對(duì)激光具有高反射性，為防止回反光燒毀激光器，對(duì)焊頭做了5度的傾斜。在連續(xù)激光進(jìn)行焊接時(shí)，分別對(duì)離焦量、激光器輸出功率和焊接速度 3 個(gè)工藝參量進(jìn)行優(yōu)化，以獲得連續(xù)激光焊的最佳工藝參量； 同時(shí)，在脈沖激光進(jìn)行焊接時(shí)，脈沖波形為方波，對(duì)脈沖能量進(jìn)行了優(yōu)化，以獲得脈沖激光焊的最佳工藝參量。優(yōu)化后焊接工藝參數(shù)如表 1和表 2 所示。
表1：連續(xù)激光焊接參數(shù)優(yōu)化
表2：脈沖激光焊接參數(shù)優(yōu)化
2．實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 連續(xù)激光焊接
連續(xù)激光焊接焊縫表面成型如下圖：
通過實(shí)驗(yàn)，我們將離焦量、焊接速度、激光功率對(duì)焊縫表面的影響總結(jié)如下：
激光深熔焊的離焦方式有三種：正離焦，零離焦與負(fù)離焦，一般要求焊接深度較大時(shí)采用負(fù)離焦，而針對(duì)薄材料焊接時(shí)多采用零離焦或者正離焦。在鋁合金激光焊接中，離焦量的變化對(duì)焊縫的表面成形和熔深都有較大的影響。如上圖1－4所示，在零焦點(diǎn)和正離焦量條件下焊縫成型比較平滑，但熔深隨之變淺，甚至出現(xiàn)焊不透的現(xiàn)象。隨著負(fù)離焦的增大，焊縫表面變得粗糙，熔深也隨之增加。當(dāng)離焦量為－2mm時(shí)，焊縫表面蒸發(fā)劇烈而出現(xiàn)溝壑，下表面也出現(xiàn)明顯下塌。所以3003鋁合金焊接的聚焦范圍在－1mm左右時(shí)可獲得較好的表面成型以及良好熔深。
激光焊接速度對(duì)焊縫表面成型影響也較大，如圖5－8所示，在高速焊接時(shí)表面成型較為粗糙，隨著速度的降低焊縫表面成型較為平滑，但速度過低由于單位輸入的線能量較大，下表面也會(huì)出現(xiàn)下塌現(xiàn)象。
在進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化時(shí)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在保持零離焦量和焊接速度等其他工藝參數(shù)不變的條件下，當(dāng)功率低于1500W時(shí)，焊接基本不能進(jìn)行，只是對(duì)表面進(jìn)行一定加熱。當(dāng)高于1500W時(shí)，可以進(jìn)行正常焊接。所以針對(duì)3系鋁合金材料激光焊接，存在一個(gè)激光功率密度的閾值，當(dāng)高于此閾值時(shí)才能實(shí)現(xiàn)焊接。
2.2 脈沖激光焊接
脈沖激光焊接焊縫表面成型如下圖：
采用脈沖模式對(duì)3003鋁合金進(jìn)行焊接，如圖1－4所示，在激光功率為2000W，離焦量為0的位置時(shí)進(jìn)行焊接，發(fā)現(xiàn)無論是改變調(diào)制頻率還是占空比，焊點(diǎn)的成型均由于功率密度過大，造成焊縫熔池中低熔點(diǎn)Mn金屬元素的蒸發(fā)汽化，蒸汽壓力造成金屬飛濺，焊縫表面粗糙，焊縫不連續(xù)，有孔洞。當(dāng)占空接近100％（及接近連續(xù)焊接時(shí)），焊縫上表面會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的溝壑，下表面會(huì)出現(xiàn)下塌，如圖5所示。
通過對(duì)比改變離焦量發(fā)現(xiàn)在離焦量為＋1時(shí)焊縫表面成型最好，在離焦量為＋2時(shí)雖然焊縫表面成型較好，但由于離焦太大激光功率密度不足，直接由深熔焊變?yōu)闊醾鲗?dǎo)焊，僅熔化工件表面，如圖5－7所示。
采用單一變量法對(duì)6－7、6－11、7－8、8－9、10－11、12－13進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，激光功率密度對(duì)3003鋁合金焊成型影響最大。激光頻率與焊接速度兩個(gè)參數(shù)共同決定了光斑重合率的大小，所以要獲得致密魚鱗紋可以增加激光焊接頻率或者降低焊接速度，一般工業(yè)加工對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)能有嚴(yán)格的要求，所以在進(jìn)行需要控制魚鱗紋致密性的焊接時(shí)，例如微波組件的激光封裝焊接，要適當(dāng)?shù)奶岣呒す夂附宇l率。激光焊接占空比不僅影響焊縫的深度和整個(gè)焊接件的變形程度，也會(huì)影響焊縫的熱影響區(qū)晶粒的大小，這對(duì)焊接接頭的承受抗拉壓應(yīng)力是極其重要的。
3．結(jié)論
綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過連續(xù)－脈沖激光焊接的相比較，發(fā)現(xiàn)：在單位時(shí)間內(nèi)線能量一定的條件下，激光功率密度對(duì)3003鋁合金的焊縫成型起著關(guān)鍵作用。
所以在對(duì)3003鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)不僅要考慮離焦量的變化，更重要的是選擇激光器時(shí)要充分考慮激光器的光斑模式（即光纖激光器的模塊組成分為單模和多模兩種，單模激光器的纖芯比較細(xì)，光束質(zhì)量優(yōu)于多模，能量分布呈高斯分布，中間能量密度最高，三維圖是一個(gè)尖圓的山峰狀。多模激光器的纖芯相比粗一些，光束質(zhì)量相比單模要差一些，能量分布相比單模光斑平均一些，三維圖像一個(gè)倒扣的杯子，從邊緣陡峭程度來看，多模的比單模的陡峭很多）。同時(shí)影響激光功率密度也有激光焊接頭的準(zhǔn)直聚焦的配比。東莞盈創(chuàng)激光科技有限公司。
