同质镁合金焊接技术真的那么环保吗?

2021-10-12
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OFweek激光网讯:随着低碳环保、节能降耗等绿色制造理念的不断发展,减轻装备的整体重量,实现结构轻量化,已经逐渐成为航空航天及交通运输领域的重要发展方向。镁合金作为目前工业制造领域中最轻的金属材料之一,因其能显著降低结构重量,而在上述领域不断得到深入应用。

  焊接技术作为装备制造领域的共性技术,已经成为影响镁合金在航空航天装备制造领域应用的关键技术之一。

  1 镁合金激光诱导电弧复合焊接机理

  镁合金脉冲激光诱导电弧复合焊接具有焊接速度快、焊接缺陷少、焊接性能高等技术优势。焊接过程中,激光热源在焊接熔池中产生焊接“匙孔”,对电弧起到了显著的诱导增强效果。图1 为激光诱导电弧复合焊接结构示意图。

  

  脉冲激光与电弧之间的耦合作用直接影响了镁合金的焊接质量和效率。采用高速摄像机对电弧状态进行分析,发现在激光作用前后,热源等离子体状态发生了明显变化。在脉冲激光作用前:电弧形态与一般焊接过程类似,电弧等离子体比较松散,沿着钨极尖端方向延伸(图2(a));在脉冲激光作用区间,激光在电弧熔池中形成焊接“匙孔”,熔池波动剧烈,电弧等离子体主要与复合焊接“匙孔”直接连通,等离子体明显被压缩至“匙孔”附近,形成电弧钨极与焊接“匙孔”间的耦合放电(图2(b)),电弧亮度及能量密度均显著提高;当脉冲激光作用消失后可以发现,“匙孔”出口在激光脉冲作用结束后并未立刻闭合(图2(c)),而是持续存在大约7.0~10.0ms,即发生了“匙孔”的延迟闭合现象,这主要是由于电弧与“匙孔”产生耦合放电,为“匙孔”提供了足够的高温气体,对“匙孔”侧壁及底部产生压力,维持“匙孔”打开状态,“匙孔”延迟闭合诱导焊接电弧持续压缩,增强了热源整体作用效果。

  

  从上述结果可以发现,伴随着耦合放电发生,通过激光的脉冲作用改变电弧等离子体的放电状态,提高电弧等离子体的能量密度,以及激光诱导电弧复合热源的穿透能力和制造效率。激光脉冲作用消失后,耦合放电的延迟效应使激光对电弧等离子体的增强效果仍可持续一定时间。采用脉冲激光诱导电弧复合焊及电弧焊方法进行6mm 镁合金板材焊接,焊接接头横截面如图3 所示。从图中可以发现,激光诱导电弧复合焊接镁合金熔深约是电弧焊的3 倍。


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