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车用铝合金滤清器激光焊接工艺研究

导读: 本文以车用铝合金滤清器为研究对象,分析了车用铝合金滤清器焊接的工艺要点及相关影响因素。

前言

节能降耗和减轻环境污染是世界各国交通运输业面临的紧迫问题。为解决这一问题,各种轻质合金(如铝、镁合金) 越来越多地应用于交通运输工具上。其中铝合金具有十分优良的物理、机械力学性能,且重量轻,在汽车制造业得到了广泛应用,其中滤清器就是较典型的应用之一。由于铝合金的化学活泼性很强,表面极易形成氧化膜,且具有难熔性质,加之铝合金导热性强,焊接时容易造成不熔合现象;同时,氧化膜可以吸收较多的水分,从而导致焊缝气孔的形成;此外,铝合金的线膨胀系数大,导热导电性强,焊接时容易产生咬边、翘曲变形等缺陷,并且焊后接头力学性能下降。采用常规的氩弧焊( TIG) 和惰性气体熔化级电弧(MIG)方法焊接铝合金时,容易产生气孔、焊接裂纹以及焊接变形大等问题,制约了其在工业中的应用推广。与常规的焊接方法相比,激光焊接是一种功能多、适应性强、可靠性高的精密焊接方法,且易于实现自动化。由于激光高的功率密度,焊接时热输入量低,在保证熔深的基础上,焊接热影响区小,焊接变形小,激光焊接不需要真空装置,因此激光焊接具有质量高、精度高、速度高的特点。同时随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发, 使得铝合金激光焊接技术在汽车制造业得到了广泛应用。

本文以车用铝合金滤清器为研究对象,分析了车用铝合金滤清器焊接的工艺要点及相关影响因素。滤清器焊缝为环焊缝,接头为锁底对接,要求焊缝表观均匀美观,熔宽达2mm以上,熔深达1.5mm以上,样件如图1所示。

图1 样件

1 设备、材料及方法

设备:Trumpf 3001激光器和焊接头(光学配置:聚焦镜焦长为300mm、准直镜200mm、光纤芯径300μm),如图2所示;

图2 Trumpf激光器和焊接头

材料:6系铝合金;

方法:激光焊接头在固定位置不动,工件绕固定轴旋转实现环焊缝焊接,焊接过程采用高纯Ar气旁轴保护。

2 焊接工艺易出现的问题

1、保护气吹向导致的问题:当保护气吹向与工件旋转方向同向时,即保护气后吹,因而焊接过程中保护气不能及时将待焊焊缝处空气排开,易导致焊接过程中空气的混入,从而使得焊缝极易氧化,焊后焊缝表面发黑且成形很差(如图3所示)。

图3 保护气吹向与工件旋转方向同向形成的焊缝形貌

2、使用小内径气管导致保护范围过窄,且单位面积气体吹力过大:如当采用内径为4mm单铜管保护气保护,且样件是竖直摆放时(如图4所示),由于液态铝合金流动性较大,在保护气吹力和自身重力等因素的作用下,熔池中的铝合金易往重力方向下流,导致焊后焊缝下塌(如图5所示)。另外,小内径铜管的气体吹向面积小,气体吹力较大,也易导致焊缝成形不稳定。

3、保护气不纯导致焊缝局部氧化,表面发黄:由于铝合金化学性质较活泼,在高温下极易氧化,因而焊接铝合金滤清器时保护气要采用高纯氩气(纯度99.99%),采用纯氩(纯度99.9%)保护时,由于高温焊接时气体杂质的侵入,也会导致焊缝局部氧化,甚至焊接不良,如图6所示。

图6 保护气不纯导致的焊缝不良

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