淺析活性劑對6013鋁合金薄板CO2激光焊接工藝的影響

劉宏偉

引言：本文從6013鋁合金的簡介入手，通過實驗的方法分析了活性劑對6013鋁合金薄板CO2激光焊接工藝的影響。研究結(jié)果表明，活性劑的加入能夠使焊接效果獲得有效改善。

一、6013鋁合金簡介

6013型鋁合金（以下簡稱6013）屬于一種新型的鋁合金，它是由美國鋁業(yè)公司研制開發(fā)的，其綜合性能較佳，具有抗腐蝕性、上等的損傷容限、優(yōu)良的成形性以及熱暴露穩(wěn)定性等性能，這使其成為目前世界上最為先進的鋁合金之一，正因如此，6013被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車制造等領(lǐng)域當中。6013中含有的主要化學成分為Mg、Si、Cu、Mo、Fe，它的密度較高約為2.71g/m3，熔點約為582-650℃，比熱為963J/kg?℃，拉伸與扭轉(zhuǎn)彈性模量分別為68.2和26.2（GPa）。

由于6013在應(yīng)用過程中需要加工成各種形狀，此時便需要對其進行焊接處理，比較常用的焊接工藝為激光焊。然而，在長期的實踐中發(fā)現(xiàn)，采用激光焊對鋁合金進行焊接的過程中，焊縫容易出現(xiàn)了氣孔，并且裂紋的敏感性也相對較大，焊縫成形后存在嚴重的質(zhì)量缺陷，并且焊縫的力學性能要比鋁合金本身低很多。針對這一問題，業(yè)內(nèi)的專家學者進行了大量深入具體的研究，相關(guān)研究結(jié)果表明，在鋁合金CO2激光焊的過程中，加入適量的活性劑能夠提高鋁合金對激光的吸收率，有助于提高焊接質(zhì)量。為此，本文以6013作為母材，并通過實驗的方法分析活性劑對C02激光焊接工藝的影響。

二、活性劑對6013鋁合金薄板CO2激光焊接工藝的影響研究

（一）實驗材料與儀器

1.實驗材料。本次實驗中選擇的母材為6013鋁合金薄板，厚度為1.8mm，試驗中使用的活性劑主要有以下幾種：Na3AlF6、TiO2、CaF2、LiF、NaF、Ni2O3。

2.實驗設(shè)備。本次實驗中選用的CO2氣體激光焊接機為國內(nèi)某公司生產(chǎn)的高壓直流電激勵連續(xù)CO2激光器，其激發(fā)氣體主要包括CO2、N2和Ar，激光功率為1.6-3.6kW，整個焊接過程采用純度超過99.9%的氬氣進行保護，流量控制在15-25L/min。

（二）實驗方法

在實驗過程中，使用CO2氣體激光焊對6013薄板進行焊接，在正式焊接前，需要做好如下準備工作：母材表面清污，可以使用丙酮對母材進行擦拭；隨后在母材表面均勻地涂上活性劑，并做好標記。將處理好的試件放置在試驗臺上，調(diào)整好焊接工藝參數(shù)，并在單一活性劑的激光焊接試驗中，通過觀察，獲取效果明顯的活性劑組分，配置出滿足試驗要求的復(fù)合活性劑進行試驗。焊接完畢后，對試驗結(jié)果進行處理和記錄，并以金相顯微鏡對焊縫進行觀察，主要觀察焊縫的熔深和表面成形情況，最后分析不同活性劑對焊接工藝的影響。

（三）實驗結(jié)果與討論

1.不同活性劑對焊縫成形的影響。實驗結(jié)果表明，選用不同的活性劑對6013焊縫有著不同的影響效果。圖1為焊接參數(shù)不變的前提下，不同活性劑的焊縫成形效果。

（a）Na3AlF6（b）LiF （c）Ni2O3

（d）TiO2 （e）CaF2 （f）NaF

圖1 不同活性劑的焊縫成形情況

由圖1中可以清楚的看出，不同活性劑對焊縫的成形效果均有著較為明顯的影響，其中以LiF作為活性劑時獲得的焊縫效果最佳，NaF的效果也相對較好，且焊縫比較美觀，無咬邊和夾渣等質(zhì)量缺陷；雖然加入TiO2之后焊縫的熔深深度有所加深，但表面成形較差，并且能夠看到明顯的氣孔；Na3AlF6的效果基本與TiO2相同，只是表面無明顯的氣孔；CaF2對熔深的效果不太明顯；Ni2O3的表面形成雖然相對比較一般，但總體上要比TiO2和Na3AlF6的效果要好一些。為了進一步驗證活性劑對焊縫效果的影響，將不同的活性劑進行組合，并在原有的焊接參數(shù)下再次進行試驗，結(jié)果表明，LiF+NaF的組合所得的焊縫效果最佳， LiF+ Na3AlF6的效果次之，如圖2所示。

（a）LiF+NaF（b）LiF+ Na3AlF6

圖2 活性劑組合后的焊縫成形效果

2.活性劑對熔深的影響。由于本次實驗中選用的6013薄板厚度為1.8mm，在焊接參數(shù)不變的前提下，采用各種活性劑均能將母材焊透。故此，重點分析活性劑對熔深寬度的影響。采用不同活性劑獲得的焊縫熔深比均不相同。在全部焊透的情況下，熔深寬度越大，則表明熱輸入越大，即對激光的利用效率越高，由實驗結(jié)果可知，LiF的熔寬最小，TiO2和Ni2O3的熔寬最大。

結(jié)論

綜上所述，本文通過實驗的方法分析了不同活性劑對6013鋁合金薄板CO2激光焊接工藝的影響，由實驗得出如下結(jié)論：在焊接過程中，使用活性劑能夠有效改善焊接效果，其中TiO2和Ni2O3在焊縫熔深方面的效果最好，但焊縫成形相對較差，在對活性劑進行組合后，可以使焊縫的成形效果獲得改善，其中LiF+NaF的組合形式效果最佳。鑒于此，在實際焊接過程中，可依據(jù)焊接要求合理選用活性劑，或?qū)⒉煌幕钚詣┙M合后使用。

參考文獻

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