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焊前预热对铝合金激光脉冲点焊的影响

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焊前预热对铝合金激光脉冲点焊的影响

发布日期:2019-07-03 00:00 来源:http://www.uglybootsshop.com 点击:

1、焊前预热对焊点拉力的影响  

铝合金是典型的共晶型合金,焊缝结晶组织方向性强,并且激光点焊加热冷却速度很快,容易产生焊接热裂纹,主要是结晶裂纹,这是由熔池金属结晶时在柱状晶边界形成Al-Si或Mg-Si,A1-Mg2Si等低熔点共晶导致的。相关学者的研究表明,当激光点焊的脉冲宽度增大到一定程度时,可以有效抑制裂纹的产生,但这需要将激光脉冲宽度延长到秒级,远远大于一般脉冲激光器毫秒级的出光能力。同时在激光连续焊接铝合金时,很少出现焊接裂纹,对比这几种焊接方式,其热循环存在较大差异,这两种焊接方式的熔池存在时间远远大于脉冲点焊的时间。受消费类电子产品对外观、变形量、经济性的要求,大部分场合只能使用脉冲激光点焊工艺。因此,太仓激光焊接通过增加焊前预热,延长脉冲激光点焊熔池存在的时间,同时减小局部加热产生的焊接应力,以抑制裂纹的产生。  

随着预热温度的提高,焊点拉力逐渐上升。当预热温度达到300℃时,其焊点拉力能达到室温下脉冲点焊拉力的4倍,因此,焊前预热对提高脉冲激光点焊焊点拉力有非常显著的效果。  

室温下激光脉冲点焊裂纹严重,并存在较多气孔,而预热到300℃时焊点裂纹几乎消失,同时气孔明显减少,这也证明了焊前预热能有效减少焊点裂纹和气孔,从而大大提高焊点拉力。  

2、焊前预热对激光吸收率的影响  

材料对激光的吸收率与温度有较大关系,当温度达到熔点时,材料吸收率急剧上升,当温度超过沸点时,吸收率甚至可以达到90%。由于实验中的预热温度控制在材料熔点的一半左右,那么焊前预热对激光吸收率产生的影响应该不会太明显。在此,通过考察焊点熔深来评价焊前预热对激光吸收率的影响,图5给出了相关实验结果。数据显示,焊前预热确实会对激光吸收率产生影响,在300℃预热条件下的焊点熔深,相当于无预热条件下激光功率峰值增加0.5kW的焊点熔深,因此焊前预热对激光吸收率的影响是有限的。  

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3、焊前预热对焊接稳定性的影响  

随着焊前预热的温度逐渐提高,裂纹将逐渐减少,焊点拉力的稳定性应该随之提高。通过计算每组预热温度拉力的标准偏差,获得如图6所示的变化曲线。随着预热温度的提高,焊点拉力增加较多,而标准偏差与各组数据数值大小有较大关系,很难准确地表现每组数值之间稳定性的差异,在此引入变异系数来评价各组数据之间最终的稳定性差异。  

变异系数是标准偏差与平均值的比值,较好地体现了各预热温度下不同大小数据之间稳定性的差异,图7给出了相关变化曲线。从图上看出,随着预热温度的提高,焊点拉力的稳定性有显著的提高,很好地印证了之前的推断。  

4、预热条件下不同峰值功率的焊点拉力  

由于在预热条件下可以获得远高于室温条件下的焊点拉力,因此可以考虑以更低的激光峰值功率进行焊接,在得到一个比较适中的焊点拉力的同时,能够提高激光器的使用效率。图6是在300℃预热条件下不同峰值功率的焊点拉力变化曲线,与虚线部分对比,在预热条件下3.5kW即可获得室温下正常激光功率2倍的焊点拉力,在拉力与激光效用方面取得了比较好的平衡。


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