Лазерно заваряване на алуминиева сплав

 

Лазерната технология има характеристиките на малко входяща топлина при заваряване, малко влияние върху зоната на нагряване на заваряване и не е лесно да се деформира, така че е получила специално внимание в областта на заваряването на алуминиеви сплави. Въпреки това, поради характеристиките на обработка на алуминиевата сплав, има някои трудности при заваряване при лазерно заваряване на алуминиева сплав. Как да решим тези проблеми?

 

Въпрос 1: Алуминиевата сплав има ниска степен на лазерно поглъщане.
Този проблем се дължи главно на проблема с материалите от алуминиева сплав. Поради високата първоначална отразяваща способност и високата топлопроводимост на алуминиевата сплав към лазерния лъч, алуминиевата сплав има ниска степен на поглъщане на лазерния лъч преди разтопяване. Алуминиевата сплав има силен ефект на отразяване на лазерната светлина. Това се дължи на високата плътност на свободните електрони вътре в алуминиевата сплав в твърдо състояние, които лесно взаимодействат с фотоните в лъча и отразяват енергията. Изследванията показват, че коефициентът на отражение на алуминиева сплав към лазер с газов CO2 е до 90%, а коефициентът на отражение към лазер с твърдо вещество също е близо до 80%. В същото време алуминиевата сплав има силна топлопроводимост, което води до много ниска степен на абсорбция на алуминиева сплав за лазерна светлина. Следователно трябва да се вземат подходящи мерки за подобряване на скоростта на лазерно поглъщане на алуминиевите сплави.

 

За справяне с този проблем, решенията включват главно следните аспекти:
1. Повърхностна предварителна обработка на материали от алуминиева сплав. Алуминиевите сплави имат висока лазерна реакция. Извършете подходяща предварителна обработка на повърхността на алуминиевата сплав, като анодиране, електролитно полиране, пясъкоструене, пясъкоструене и др. Това може значително да подобри абсорбцията на лъчиста енергия от повърхността. Проучванията показват, че тенденцията на кристализация на алуминиевите сплави след отстраняване на оксидния филм е по-висока от тази на оригиналните алуминиеви сплави. За да не се повреди повърхността на алуминиевата сплав и да се опрости процеса на лазерно заваряване, процесът на заваряване може да се използва за повишаване на повърхностната температура на детайла и увеличаване на скоростта на лазерно поглъщане на материала.

2. Намалете размера на петното и увеличете плътността на лазерната мощност. Лазерната абсорбция на алуминиевата сплав се подобрява чрез увеличаване на плътността на лазерната мощност. Увеличаването на плътността на мощността на лазера ще доведе до ефект на дупка в заваръчната стопена вана, което може значително да увеличи скоростта на лазерна абсорбция на материала.

3. Променете заваръчната структура, за да накарате лазерния лъч да се отразява многократно в пролуката, за да улесните лазерното заваряване на алуминиева сплав. Формата на ставата ще повлияе на абсорбцията на лазерната светлина. V-образните канали и квадратните канали са по-благоприятни за образуването на дупки за ключове, отколкото съединенията без канали, които увеличават плътността на лазерната мощност и увеличават скоростта на лазерно поглъщане на алуминиевите сплави.

 

 

Проблем 2:Лесно се създават пори и горещи пукнатини. Процесът на лазерно заваряване на алуминиева сплав е склонен към пори и горещи пукнатини.

Порьозността е най-често срещаният и най-важен вид дефект при лазерно заваряване на алуминиеви сплави. Видовете устица могат да бъдат разделени на 2 категории.

Единият се дължи на рязкото намаляване на разтворимостта на водород по време на процеса на охлаждане при лазерно заваряване на алуминиева сплав. Съдържанието на водород в разтопената алуминиева сплав може да достигне {{0}}.69mL/100g. Съдържанието на водород в алуминиевата сплав след охлаждане и втвърдяване е 0,036 ml/100 g, което е свръхнаситено. Водородът се утаява, за да образува водородни пори. Освен това върху повърхността на алуминиевата сплав има оксиден филм. По време на заваряване кристалната вода на повърхността на алуминиевата сплав, влагата във въздуха и защитният газ директно се разграждат до водород. Тези водородни пори нямат време да избягат по време на процеса на бързо охлаждане при лазерно заваряване на алуминиева сплав, но остават в заваръчния шев, за да образуват водородни пори.

 

Другият тип е образуваната дупка, тъй като ключалката, генерирана по време на процеса на лазерно заваряване, е нестабилна и се срутва, а течният метал няма време да я запълни. Прекомерните пори ще намалят плътността на заваръчния шев, ще намалят носещата способност на съединението и ще намалят здравината и пластичността на съединението в различна степен.

 

Има много мерки за намаляване на дефектите на порите при лазерно заваряване на алуминиева сплав, като промяна на траекторията на лазерния лъч, използване на трептене на лъча за разбъркване на разтопения басейн, увеличаване на възможността за излизане на пори от повърхността, използване на пълнеж от тел или прах от сплав, и Мерки като двуточкова технология и лазерно хибридно заваряване могат да постигнат ефекта на намаляване на порите, но те са трудни за основно премахване. Алуминият има сравнително добра топлопроводимост и формата на вълната на мощността на лазера може да се регулира по време на процеса на заваряване според материала, дебелината и състоянието на повърхността на алуминиевата сплав. Както е показано на фигурата, заваряването може да се извърши, като се използва тип вълна на предния край, или заваряването може да се извърши, като се използва тип вълна с предно предварително нагряване и след това запазване на топлината, като и двете играят определена роля за намаляване на точките на експлозия и порите. Може да намали нестабилното свиване на порите, да промени ъгъла на излъчване на лазерния лъч и да приложи магнитно поле по време на заваряване. Той може също така ефективно да контролира порите, генерирани по време на процеса на заваряване.

 

Причината за горещи пукнатини при лазерно заваряване на алуминиева сплав е свързана главно със собствените му характеристики и процес на заваряване. Когато алуминиевата сплав се втвърди, степента на свиване е голяма (до 5%), напрежението при заваряване и деформацията са големи и заваръчният метал ще произведе евтектична структура с ниска точка на топене по границите на зърното по време на кристализация, което отслабва границата на зърното сила на свързване и играе роля в напрежението на опън. Отдолу се образуват термични пукнатини.

Склонността към горещи пукнатини може да бъде намалена чрез запълване на тел или сплав на прах. Тенденцията към горещи пукнатини също може да бъде намалена чрез регулиране на параметрите на процеса на заваряване, за да се контролира скоростта на нагряване и охлаждане. Когато използвате YAG лазери, входящата топлина може да се контролира чрез регулиране на формата на вълната на импулса, за да се намалят кристалните пукнатини.

 

 

Проблем 3:Механичните свойства на заварената връзка са намалени - омекотени.

 

Загубата при изгаряне на елементи от сплав по време на процеса на заваряване намалява механичните свойства на заварените съединения от алуминиева сплав.

 

"Омекотяване" е намаляването на якостта и твърдостта на заварено съединение. Когато се използват фуги от алуминиева сплав за лазерно заваряване, структурата на заваръчния шев и засегнатата от топлина зона на заваръчното съединение също имат проблеми с омекването. Голям брой изследвания показват, че феноменът на омекване при заваряване на алуминиева сплав е трудно да се елиминира основно. Въпреки това, в сравнение със заваряването в защитен газ, лазерното заваряване намалява входящата топлина и прави зоната на омекване на заваръчния шев по-тясна. В сравнение с газовото електродъгово заваряване на лазерно заваряване на алуминиева сплав, степента на "омекотяване" на лазерно заварените съединения е по-ниска, а якостта на опън се увеличава с увеличаване на скоростта на заваряване. Въздействието на плазмата върху процеса на заваряване Енергията на йонизация на алуминиевия елемент е ниска. По-лесно е да се образува метална плазма по време на лазерно заваряване. Плазмата причинява пречупване и отклонение на лазера, като по този начин променя позицията на фокуса на лазерния лъч, намалява коефициента на проникване на заваръчния шев и влияе върху качеството на заварените съединения. Методът за предварително позициониране на праха върху повърхността на детайла се използва за отслабване на скока на разширение на плазмата във височина, така че плазмата да може да поддържа относително стабилна амплитуда на скока върху повърхността на детайла.

 

Нестабилните пори по време на процеса на заваряване на алуминиеви сплави водят до намаляване на механичните свойства на заварените съединения. Алуминиевите сплави включват главно Zn, Mg и Al. По време на заваряване алуминият има по-висока точка на кипене от другите два елемента. Следователно, някои сплавни елементи с ниска точка на кипене могат да се добавят при заваряване на компоненти от алуминиева сплав, което е от полза за образуването на малки отвори и здравината на заваряването.

 

1. Лазерно самозаваряване на алуминиева сплав
Лазерното автогенно заваряване се отнася до метод на заваряване, който използва лазерен лъч с висока енергийна плътност като източник на топлина за въздействие върху повърхността на основния материал, което кара основния материал да се разтопи, за да образува заварено съединение. За лазерно заваряване на алуминиева сплав повърхността на алуминиевата сплав има висока отразяваща способност на лазера, което изисква голяма мощност на лазера по време на заваряване; диаметърът на лазерното петно ​​е малък, изискванията за точност на инструментите за заваряване са високи и толерансът за празнините на частите е нисък, което обикновено изисква части. Стойността на празнината е под 0.2 mm; скоростта на нагряване и охлаждане е бърза по време на процеса на заваряване, има много дефекти на заваръчните пори, плътността на лазерната енергия е концентрирана и ефектът на ключалката може лесно да доведе до вдлъбнати и подрязани заварки. Следователно параметрите на процеса на заваряване имат по-високи изисквания. Лазерното автогенно заваряване има предимствата на добро качество на заваряване, висока скорост на заваряване и лесна автоматизация при заваряване на алуминиеви сплави и се използва широко в автомобилната индустрия. В индустрията за електрически превозни средства лазерното самозаваряване на алуминиева сплав се използва главно за уплътняване на корпуса на захранващата батерия. В алуминиевата каросерия на местна компания за нови енергийни превозни средства, заваряването на модулите на вратите и страничните панели също използва лазерно самозаваряване на алуминиева сплав.

 

2. Лазерно заваряване на тел за пълнене на алуминиева сплав
При лазерно заваряване с тел за пълнене лазерът все още служи като основен източник на топлина за стопяване на метала, който ще бъде заварен, но се използва устройство за автоматично подаване на тел за непрекъснато подаване на метал за пълнене в разтопения басейн, за да се постигне процесът на металургично свързване. В сравнение с лазерното автогенно заваряване, лазерното заваряване с пълнеж на тел облекчава изискванията за точност на междините в процеса на заваряване. Чрез запълване на заваръчните телове с различни компоненти, той подобрява металургичните свойства на заваръчния шев, предотвратява заваръчните горещи пукнатини и пори и подобрява стабилността на процеса на заваряване. свойства и механични свойства на ставите.

 

Лазерното заваряване с тел с алуминиева сплав има характеристиките на добро качество на външен вид и по-слаба точност на междината на процеса в сравнение с лазерното автогенно заваряване. Обикновено се използва върху външните повърхности на купето на автомобила, като например между горния капак и страничните панели и между горния и долния външен панел на капака на багажника. Има и някои модели, които използват лазерно заваряване на тел за заваряване на врати от алуминиева сплав, за да се получи по-високо качество на заваряване.

 

3. Лазерно-дъгово хибридно заваряване на алуминиева сплав
Лазерно-дъговото хибридно заваряване комбинира два източника на топлина, лазер и дъга, с напълно различни физични свойства и механизми за предаване на енергия, и работят заедно върху детайла, който ще бъде заварен. Той не само дава пълноценно използване на съответните предимства на двата източника на топлина, но и взаимно се допълва. недостатъци. При лазерно-дъгово хибридно заваряване на алуминиеви сплави, дъгата може да насочва източника на лазерна топлина, да подобри капацитета на лазерна абсорбция на алуминиевата сплав и използването на енергия по време на процеса на заваряване, а способността за формоване на повърхността на заваръчния шев е по-добра от тази на лазера автогенно заваряване. В допълнение, въвеждането на дъга може значително да намали точността на затягане на заваръчния детайл. В същото време дъгата има разреждащ ефект върху плазмата при лазерно заваряване, което може да намали екраниращия ефект на плазмата върху лазера. Лазерът играе важна роля за стабилността на дъгата, така че дъгата да може стабилно да действа върху съединението по време на високоскоростно заваряване, което може да подобри качеството на заваряване на съединението и да увеличи скоростта на заваряване.

 

 

 

Заключение
Енергийната плътност на лазерния заваръчен лъч от алуминиева сплав може да достигне 109 W/cm2. Освен това има предимствата на концентрирано нагряване, малки термични повреди, голямо съотношение на дълбочина към ширина на заваръчния шев и малка деформация при заваряване. Процесът на заваряване е лесен за интегриране, автоматизиране и гъвкавост и може да постигне висока скорост и висока скорост. Прецизно заваряване и процесът на заваряване не изисква вакуумна среда и не произвежда рентгенови лъчи. Особено подходящ е за високопрецизно заваряване на сложни конструкции. Най-привлекателната характеристика на лазерното заваряване на алуминиева сплав е високата ефективност. За да се даде пълноценен ефект на тази висока ефективност, тя трябва да се приложи за дълбоко заваряване на голяма дебелина. Следователно изследването и прилагането на високомощен лазер за заваряване с дълбоко проникване с голяма дебелина ще бъде неизбежна тенденция в бъдещото развитие. Заваряването с дълбоко проникване при голяма дебелина подчертава феномена на пинхол и неговото въздействие върху порьозността на заваръчния шев. Поради това механизмът за образуване и контролът на дупките стават все по-често срещани и ще се превърнат в горещ въпрос, който предизвиква широко безпокойство и изследвания в индустрията.

 

Подобряването на стабилността, формирането на заваръчния шев и качеството на заваряване на процеса на лазерно заваряване е целта, преследвана от хората. Поради това новите технологии като композитна технология с лазерна дъга, лазерно заваряване с пълнежна тел, прахово лазерно заваряване без предварителна настройка, технология с двоен фокус и оформяне на лъча ще бъдат допълнително подобрени и развити.