CN104028892A - 一种适用于铝合金的激光焊接方法 - Google Patents

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熊柏青
张永安
刘红伟
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Abstract

本发明公开了一种铝合金的激光焊接方法，该发明方法为对铝合金采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数，获得良好的焊缝。所述的铝合金为7000系铝合金，特别是汽车用的7000系铝合金。本发明的优点在于经该发明方法处理的铝合金，特别是汽车用的7000系铝合金，可以获得良好的焊缝组织，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。焊接件可得到较高的强度。

Description

一种适用于铝合金的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种适用于铝合金的激光焊接方法，特别是适用于汽车用的7000系铝合金的激光焊接方法。
背景技术
铝合金作为一种广泛应用的结构材料，不但要具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还应具有良好的成形工艺性和良好的焊接性。7000系铝合金是以Zn、Mg为主要合金元素的铝合金，属于热处理可强化铝合金。Al-Zn-Mg合金，合金具有良好的热变形性能，淬火范围很宽，在适当的热处理条件下能够得到较高的强度，焊接性能良好，一般耐腐蚀较好，有一定的应力腐蚀倾向，是高强可焊的铝合金。Al-Zn-Mg-Cu合金是在Al-Zn-Mg合金基础上通过添加Cu发展起来的，合金的屈服强度接近于抗拉强度，屈强比高，比强度也很高，但塑性和高温强度较低，宜做常温、120℃以下使用的承力构件，合金易于加工，有较好的耐腐蚀性能和较高的韧性。该系合金广泛应用于航空和航天领域，并为这个领域中最重要的结构材料之一。
由于铝合金具有高的热导率及热膨胀性，采用通常的焊接方式很难获得好的焊接效果。高功率密度的聚焦激光光束能实现传统技术所无法达到的焊接应用。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导焊，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度，能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其特定的优点，已成功用到微、小型零件的精密焊接中。激光焊接是将高强度的激光束辐射到金属表面，通过激光与物质的相互作用，使金属熔化达到连接的目的。由于铝合金的高热传导率，用通常的电弧融化焊接方法焊接铝合金时，由于功率密度低，加热时间长，导致热影响区宽、焊缝晶粒粗大，不仅焊接接头的机械性能差于母材，而且还已出现气孔、裂纹等缺陷，由于以上原因，利用高能密度的激光光束进行铝合金焊接是一高效的途径。激光束不仅可以聚焦成为很小的光斑，而且在焦点附近一定范围内光斑的大小和能量密度基本保持不变，即具有一定的焦深。同如今焊铝通常用的MIG焊接方式相比，由于激光焊接每单位长度焊缝的热输入量不足其十分之一，从而也就大大降低了焊接结构的变形。激光焊接是以激光作为能量的载体的高能密度焊接方法。由于铝合金对激光的反射很强，铝合金激光焊接首先遇到的问题就是如何有效地提高材料对激光的吸收。同时，作为一种熔焊方法，铝合金的激光焊接也不可避免地存在一般熔焊经常遇到的焊缝气孔、焊接热裂纹和接头软化等问题。
发明内容
本发明的目的在于开发一种适用于铝合金的激光焊接方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种铝合金的激光焊接方法，该发明方法为对铝合金采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数，获得良好的焊缝。
所述的铝合金为适用于汽车用铝合金。即一种适用于汽车用铝合金的激光焊接方法，该发明方法为对汽车用铝合金采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数，获得良好的焊缝。
所述的铝合金为7000系铝合金。即一种7000系铝合金的激光焊接方法，该发明方法为对7000系铝合金采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数，获得良好的焊缝。
所述的7000系铝合金为汽车用的7000系铝合金。即一种汽车用的7000系铝合金的激光焊接方法，该发明方法为对汽车用的7000系铝合金采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数，获得良好的焊缝。
为了使铝合金，特别是汽车用的7000系铝合金进行激光焊接得到良好的焊接性能，需要合理的匹配工艺参数，影响焊接效果的主要工艺参数有，激光功率（P），焊接速度（V），离焦量（ΔF），及保护气体流速。7000系铝合金在进行激光焊接时，焊缝区金属发生重熔，以较快的速度冷却凝固；热影响区的金属受热，组织也发生一定程度转变，受热较大的区域发生重熔，形成细晶，其他区域组织介于母材与焊缝组织之间。焊缝区域由于细晶强化作用，焊后硬度值高于母材，并沿着母材方向，硬度呈下降趋势。由于氢在固态与液态金属中溶解度不同，在焊接骤冷过程中，在焊缝中经常会残留气孔，在焊接接头受载过程中成为了裂纹萌生源。同时，由于焊接过程中，各区域温度、冷速不同，形成了不同组织的区域，这些区域存在一定的界面，这也成为焊接接头拉伸受载过程中的弱界面，与焊接气孔等其他缺陷一起，导致了焊接接头的迅速开裂。本发明针对铝合金，特别是针对汽车用的7000系铝合金进行了大量的激光焊接工作，获取了大量的实验数据，研究结果表明，采用本发明方法对铝合金，特别是汽车用的7000系铝合金进行电子束焊接，可以得到良好的焊缝组织和焊接性能。
本发明的优点在于经该发明方法处理的铝合金，特别是汽车用的7000系铝合金，可以获得良好的焊缝组织，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。焊接件可得到较高的强度。
附图说明
图1为实施例1中的7021铝合金（Al-5.5Zn-1.4Mg）的激光焊接形貌图。
具体实施方式
实施例1
对7021铝合金（Al-5.5Zn-1.4Mg铝合金）（应为5.5重量%的Zn，1.4重量%的Mg，其余为Al）采用本发明的激光焊接方法，具体工艺为激光功率为2200w，焊接速度1m/min，离焦量为0，保护气体为高纯氩气，保护气体流速为16L/min。结果表明，如图1所示，合金经过激光焊接后，焊缝组织均匀，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。
实施例2
对7029铝合金（Al-4.6Zn-1.6Mg-0.7Cu铝合金）（应为4.6重量%的Zn，1.6重量%的Mg，0.7重量%的Cu，其余为Al）采用本发明的电子束焊接方法，具体工艺为在激光功率为2000w，焊接速度1.1m/min，离焦量为0.25，保护气体为高纯氩气，保护气体流速为15L/min。结果表明，Al-Zn-Mg-Cu合金焊接接头具有较高的抗拉强度，可达340MPa，约为母材的82%。

Claims (4)

1.一种适用于铝合金的激光焊接方法，其特征在于，采用激光焊接对铝合金进行焊接的方法，其中，采用激光功率为2000～2400w，焊接速度0.8～1.2m/min，离焦量为-0.5～0.5，保护气体流速为12～18L/min的工艺参数。
2.根据权利要求1所述的适用于铝合金的激光焊接方法，其特征在于，所述的铝合金为适用于汽车用铝合金。
3.根据权利要求1所述的适用于铝合金的激光焊接方法，其特征在于，所述的铝合金为7000系铝合金。
4.根据权利要求3所述的适用于铝合金的激光焊接方法，其特征在于，所述的7000系铝合金为汽车用的7000系铝合金。
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