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          焊前預熱對鋁合金激光脈沖點焊的影響

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          焊前預熱對鋁合金激光脈沖點焊的影響

          發布日期:2019-07-03 00:00 來源:http://www.ayoakad.com 點擊:

          1、焊前預熱對焊點拉力的影響  

          鋁合金是典型的共晶型合金,焊縫結晶組織方向性強,并且激光點焊加熱冷卻速度很快,容易產生焊接熱裂紋,主要是結晶裂紋,這是由熔池金屬結晶時在柱狀晶邊界形成Al-Si或Mg-Si,A1-Mg2Si等低熔點共晶導致的。相關學者的研究表明,當激光點焊的脈沖寬度增大到一定程度時,可以有效抑制裂紋的產生,但這需要將激光脈沖寬度延長到秒級,遠遠大于一般脈沖激光器毫秒級的出光能力。同時在激光連續焊接鋁合金時,很少出現焊接裂紋,對比這幾種焊接方式,其熱循環存在較大差異,這兩種焊接方式的熔池存在時間遠遠大于脈沖點焊的時間。受消費類電子產品對外觀、變形量、經濟性的要求,大部分場合只能使用脈沖激光點焊工藝。因此,太倉激光焊接通過增加焊前預熱,延長脈沖激光點焊熔池存在的時間,同時減小局部加熱產生的焊接應力,以抑制裂紋的產生。  

          隨著預熱溫度的提高,焊點拉力逐漸上升。當預熱溫度達到300℃時,其焊點拉力能達到室溫下脈沖點焊拉力的4倍,因此,焊前預熱對提高脈沖激光點焊焊點拉力有非常顯著的效果。  

          室溫下激光脈沖點焊裂紋嚴重,并存在較多氣孔,而預熱到300℃時焊點裂紋幾乎消失,同時氣孔明顯減少,這也證明了焊前預熱能有效減少焊點裂紋和氣孔,從而大大提高焊點拉力。  

          2、焊前預熱對激光吸收率的影響  

          材料對激光的吸收率與溫度有較大關系,當溫度達到熔點時,材料吸收率急劇上升,當溫度超過沸點時,吸收率甚至可以達到90%。由于實驗中的預熱溫度控制在材料熔點的一半左右,那么焊前預熱對激光吸收率產生的影響應該不會太明顯。在此,通過考察焊點熔深來評價焊前預熱對激光吸收率的影響,圖5給出了相關實驗結果。數據顯示,焊前預熱確實會對激光吸收率產生影響,在300℃預熱條件下的焊點熔深,相當于無預熱條件下激光功率峰值增加0.5kW的焊點熔深,因此焊前預熱對激光吸收率的影響是有限的。  

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          3、焊前預熱對焊接穩定性的影響  

          隨著焊前預熱的溫度逐漸提高,裂紋將逐漸減少,焊點拉力的穩定性應該隨之提高。通過計算每組預熱溫度拉力的標準偏差,獲得如圖6所示的變化曲線。隨著預熱溫度的提高,焊點拉力增加較多,而標準偏差與各組數據數值大小有較大關系,很難準確地表現每組數值之間穩定性的差異,在此引入變異系數來評價各組數據之間最終的穩定性差異。  

          變異系數是標準偏差與平均值的比值,較好地體現了各預熱溫度下不同大小數據之間穩定性的差異,圖7給出了相關變化曲線。從圖上看出,隨著預熱溫度的提高,焊點拉力的穩定性有顯著的提高,很好地印證了之前的推斷。  

          4、預熱條件下不同峰值功率的焊點拉力  

          由于在預熱條件下可以獲得遠高于室溫條件下的焊點拉力,因此可以考慮以更低的激光峰值功率進行焊接,在得到一個比較適中的焊點拉力的同時,能夠提高激光器的使用效率。圖6是在300℃預熱條件下不同峰值功率的焊點拉力變化曲線,與虛線部分對比,在預熱條件下3.5kW即可獲得室溫下正常激光功率2倍的焊點拉力,在拉力與激光效用方面取得了比較好的平衡。


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