2024-03-22 11:34:00
6061铝合金由于其优良的机械性能、耐腐蚀性和较好的加工性，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。在6061铝合金薄板的激光焊接过程中，气孔是常见的焊接缺陷之一。气孔不仅影响焊接接头的力学性能，还会导致疲劳强度下降，甚至造成焊接接头的失效。因此，控制气孔的形成对于提高焊接质量至关重要。
一、铝合金薄板激光焊接气孔形成的主要原因
1.氢气的溶解与析出
氢气是铝合金焊接气孔形成的关键因素。在激光焊接过程中，由于熔池的高温，铝合金表面会吸附水分或空气中的氢气。水分分解后生成氢气并溶解在熔池中。随着焊接接头冷却，氢气的溶解度急剧下降，导致氢气析出并形成气孔。特别是在6061铝合金中，氢气溶解和析出的现象较为严重。
2.氧气参与反应与氧化膜的影响
铝合金表面会自然生成一层非常薄且坚固的氧化铝膜，这层氧化膜对焊接过程有着重要影响。一方面，氧化膜能隔离外部空气，但在高温激光照射下，氧化膜容易破裂，导致空气中的氧气进入熔池并与铝合金发生反应，生成氧化铝(Al₂O₃)和气体。未能及时排除这些气体可能导致气孔的形成。
3.熔池气体封闭
在激光焊接过程中，熔池内部会产生一定量的气体，如氢气、氧气等。如果这些气体无法及时从熔池中排出，熔池表面封闭，气体被困在熔池内，冷却时会导致气孔的产生。熔池的封闭性受到焊接热输入、焊接速度和熔池流动性的影响。
4.保护气体问题
保护气体流量、种类及其分布不当也会加剧气孔问题。保护气体的作用是避免氧化并帮助气体排出熔池。如果保护气体流量不足或气体种类选择不当，熔池可能暴露于空气中，引发氧化反应，增加气孔的风险。过多的保护气体流量则可能导致熔池表面不稳定，产生气泡，最终形成气孔。
二、控制激光焊接工艺参数对气孔的影响
在铝合金薄板激光焊接过程中，通过合理调整焊接工艺参数，可以有效减少气孔的形成。主要的工艺参数包括激光功率、焊接速度、聚焦距离、保护气体种类与流量等。
1.激光功率的影响
激光功率直接影响熔池的温度和深度，从而影响气孔的形成。
功率过高：过高的激光功率会导致熔池过大，熔池表面温度过高，气体溶解度增加，气体在冷却时易析出形成气孔。
功率过低：如果激光功率过低，熔池温度不足，焊接接头可能出现不完全融合，产生气孔。此外，低功率下熔池流动性差，气体排出困难，容易导致气孔。
建议：合理选择激光功率，确保熔池稳定，既能有效排气，又能避免气体溶解过多。对于6061铝合金薄板，建议功率范围为2-4kW，具体根据板材厚度和焊接位置进行调整。
2.焊接速度的影响
焊接速度控制熔池的停留时间，直接影响热输入和气体的排放。
焊接速度过快：焊接速度过快会导致热输入不足，熔池未能完全熔化，气体无法有效排出，容易产生气孔。
焊接速度过慢：焊接速度过慢会导致局部过热，气体溶解度增大，冷却过程中气体排出不畅，导致气孔形成。
建议：根据激光功率和板材厚度调整焊接速度，通常焊接速度应控制在2-10 mm/s范围内，以保证焊接接头的充分熔化和气体顺利排出。
3.聚焦距离的影响
聚焦距离影响激光束的能量密度和焊接深度。
聚焦距离过短：焦点过小，能量密度过高，容易导致局部过热，熔池过大，气体溶解度增加，冷却时更易析出气孔。
聚焦距离过长：聚焦距离过长会降低激光能量密度，熔池深度不足，可能导致熔池不完全融合，气体排出不畅。
建议：合理设置聚焦距离，确保激光束的高效能量利用。通常情况下，聚焦点应位于工件表面或略低于表面，保持合适的焊接深度。
4.保护气体种类和流量的影响
保护气体的种类和流量对气孔控制起着至关重要的作用。
气体种类：氩气是常用的保护气体，具有良好的惰性，可以有效隔离外界氧气，减少氧化反应;氮气在某些情况下用于增加熔池稳定性，但在铝合金焊接中，氮气过多导致脆性增加，因此要谨慎使用。
气体流量：保护气体流量过小时，容易导致焊接区域暴露于空气中，增加气孔的生成;流量过大时，则可能导致熔池表面不稳定，产生气泡，形成气孔。
建议：选择氩气作为主要保护气体，并调节气体流量。通常情况下，氩气流量应控制在10-20 L/min范围内，根据具体焊接条件适当调整。
三、如何抑制气孔的产生
1.焊前准备与表面处理
铝合金表面的氧化膜和水分是气孔形成的重要因素之一。因此，焊前必须进行充分的表面处理。
去除氧化膜：通过机械打磨或化学处理去除铝合金表面的氧化膜，减少水分和氢气的吸附。
控制湿度：确保焊接环境干燥，避免焊接过程中水分引入熔池。
2.选择合适的焊接位置与方式
焊接位置(如平焊、立焊等)和焊接方式(如连续焊接、间歇焊接等)对气孔的形成有直接影响。
焊接位置：不同焊接位置下，熔池流动性和气体排放方式不同，应选择合适的焊接位置，确保气体顺畅排出。
焊接方式：适当选择焊接方式可以避免局部过热或冷却不均匀，减少气孔的产生。
3.焊接过程控制
确保焊接过程中熔池的稳定性是防止气孔的重要手段。可通过调整工艺参数(如激光功率、焊接速度等)确保熔池温度和深度的稳定，使气体能够顺利排出。
4.焊后处理
焊后进行适当的热处理，如去应力退火，可以有效消除焊接过程中可能形成的残余应力，提高焊接接头的稳定性和抗疲劳性能，减少因气孔引发的后续问题。
6061铝合金薄板激光焊接过程中气孔的形成是一个复杂的多因素问题。通过合理调整激光功率、焊接速度、聚焦距离以及保护气体的种类和流量，可以有效控制气孔的产生。此外，焊前处理和焊接方式的选择、焊接过程的精准控制，以及焊后适当的热处理，都是减少气孔的重要手段。通过综合运用这些方法，可以显著提高铝合金薄板激光焊接的质量，确保焊接接头的机械性能和长期稳定性。
