鋁合金搭接雷射焊氣孔消除研究取得進展

2020-08-19 中科院之聲

中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在汽車用鋁合金搭接雷射焊氣孔消除方面取得新進展，提出一種鋁合金雷射焊縫氣孔消除的新方法並揭示氣孔消除機理。傳統雷射焊接主要通過單一模式進行：熱傳導焊接模式和匙孔深熔焊模式。新的雷射焊接方法通過混合模式來實現雷射焊接：匙孔深熔焊模式+熱傳導焊接模式。相關成果發表於《材料加工技術雜誌》（Journal of Materials Processing Technology）上。

鋁合金廣泛應用在汽車、航空航天、軌道交通等行業，傳統連接方式主要通過機械連接、電弧焊等實現。常規雷射焊接鋁合金由於鋁合金表面氧化膜的存在以及液態鋁合金低表面張力等特性易導致匙孔坍塌、形成氣孔。氣孔大量存在焊縫處，降低了搭接工件之間的有效接合面積，使接頭力學性能弱，限制了雷射焊技術在鋁合金上的應用。

研究團隊提出了一種異於常規焊接工藝（3.0m/min）的超高掃描速度（43.5m/min）與擺動雷射束路徑相結合的新方法，並探明了擺動路徑的擺動幅度對焊縫氣孔消除的影響規律。結果表明，新方法能夠有效消除氣孔，並且當擺動幅度大於雷射束焦點直徑時，能夠生成幾乎無氣孔焊縫，接頭拉剪強度提升達到75%以上。研究提出了一種深溶焊與熱傳導焊組合的新型焊接模式，並通過實驗驗證解釋了該模式對抑制氣孔的作用機制。

相關研究工作得到中科院人才計劃、上海市工業強基等項目支持。

圖1.搭接板雷射焊接示意圖

圖2.焊接路徑擺動示意圖（其中A表示擺動幅度，L表示周期長度）

圖3.焊接參數對焊縫縱截面氣孔變化的影響 (a) 直線路徑，3.0m/min焊接速度；(b) 擺動路徑，擺幅0.4mm；(c) 擺動路徑，擺幅0.6mm；(d) 擺動路徑，擺幅0.8mm；(e) 擺動路徑，擺幅1.0mm；(f) 擺動路徑，擺幅1.2mm；其中(b)-(f)焊接速度為43.5m/min。

來源：中國科學院昆明動物研究所

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