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    鋁合金車身的激光焊接工藝
    2022-06-06 行業資訊

      鋁是一種通用型金屬,和大多數金屬相比其原子質量極低,在很多方面的性能甚至令人驚歎。這種低原子質量,加上極強的耐腐蝕性和絕佳的導熱導電性,讓鋁成為極其獨特的金屬。對于制造商們來說,好消息是鋁易于加工、鑄造、拉伸和擠壓,而且原料充足。

      與鋼鐵材質對比

      将鋁和其它主要制造金屬——鋼鐵——相比較,就會發現不少重要區别。一個主要區别在于耐腐蝕性。鋁對氧的親和力歸因于其三個價電子,由于氧能夠接受兩個價電子,從而形成氧化鋁(三氧化二鋁)。氧化鋁是一種活躍的1納米厚的表面膜,保護基底金屬免受腐蝕,也不會與其它元素發生反應。如果這一氧化層受到損害,且暴露在氧氣的情況下會立即重新形成氧化層。鋼鐵就沒有這種活躍的機制,事實上,在面對氧或水的情況下,鋼鐵中的鐵會形成氧化腐蝕物——鐵鏽。

      第二個重要區别在于質量。鋁的質量是鋼鐵的三分之一,而在很多行業裡使用鋁的重要驅動力在于可以減輕重量,特别是在交通運輸業。一般說來,同樣的結構性能,鋁組件的薄闆厚度是鋼鐵的兩倍,從而能夠将整體質量減少33%。這為汽車業提供了一個很好的前景,因為到2025年必須将燃油經濟性提高到一加侖汽油可以行駛54.5英裡。

      鋁的附加屬性讓其更為通用,如高導熱性對于冷卻器這類部件極為有用,低電阻率使其成為好的電流導體。但是如果鋁不是具有高度的可制造性,那麼所有這些獨特而有用的特性就不值一提了。鋁易于成形、加工、焊接,這些對于鋁的可利用性至關重要。

      焊接方法

      随着合金元素的添加,八組可鍛合金出現了,将鋁的整體應用擴展到了一個廣泛的制造業應用(見圖表)。但是,不管是合金還是整體應用,還是存在可焊性問題。幸運的是,大多數合金可以成功地進行熔焊,這取決于合金填充材料。使用激光器能夠解決困擾傳統技術如金屬惰性氣體電弧焊等的難題。和金屬惰性氣體電弧焊相比,激光加工的焊接速度更快,熱量輸入更少,熱影響區域更小,扭曲變形更少,在很多情況下可以自焊接。

      但是,鋁和鋁合金仍具有一些棘手的屬性,如果不适當處理就會對焊接造成影響。合金蒸發和凝固溫度的廣泛範圍會導緻鎖孔不穩定、多孔性、氣泡、喪失機械性能以及在焊接冶金中出現各種缺陷,例如熱裂紋。熔融鋁的高氫解度會導緻大量焊縫氣孔和氣泡。低粘度和高度流動性的熔融鋁會造成焊道底的沉降和松垂。最後,鋁的高反射性加上高導熱性會引起光能量耦合到材料上。雖然上述這些聽起來讓人很沮喪,但其實激光焊接鋁的曆史和成功案例恰恰相反。這些棘手的特性以及相關的焊接問題都有明确和證實過的解決方案。


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