Как да решим проблема с лазерното заваряване на алуминиева сплав

В момента, с увеличаването на сложността на автомобилния тръбопровод, все повече и повече заваръчни точки, което неизбежно води до много проблеми с пламъчното заваряване. Разбира се, всеки метод на заваряване има своите предимства и недостатъци. Тази статия анализира осъществимостта на тръбопровода за климатизация с лазерно заваряване.

Днес лазерното заваряване се използва широко в машинната индустрия. В допълнение, лазерната технология също има характеристиките на малко входяща топлина при заваряване, малко влияние върху топлинната площ на заваряване и не е лесна за деформация, така че тя получи специално внимание в областта на заваряването на алуминиеви сплави.

От друга страна, поради характеристиките на обработка на алуминиевата сплав, лазерното заваряване на алуминиева сплав има някои трудности при заваряване. Как да решим тези проблеми?

Проблем 1: Алуминиевата сплав има ниска степен на абсорбция на лазера. Този проблем се дължи главно на проблема с материала от алуминиева сплав. Поради високата първоначална отразяваща способност и високата топлопроводимост на алуминиевата сплав спрямо лазерния лъч, степента на абсорбция на алуминиевата сплав от лазерния лъч преди топене е много ниска. Алуминиевата сплав има силен отразяващ ефект върху лазера, което се дължи на високата плътност на свободните електрони в твърдото състояние на алуминиевата сплав, която лесно отразява енергията с фотона в лъча.

Проучванията показват, че коефициентът на отразяване на алуминиевата сплав към газовия CO2 лазер достига до 90%, а коефициентът на отражение на твърдия лазер е близо до 80%. В същото време алуминиевата сплав има силна топлопроводимост, което води до много ниска степен на абсорбция на лазера от алуминиева сплав. Следователно трябва да се вземат подходящи мерки за подобряване на скоростта на лазерно поглъщане на алуминиевата сплав.

За да се реши този проблем, решенията включват главно следните аспекти:

1. Повърхностна предварителна обработка на материал от алуминиева сплав. Алуминиевите сплави имат висока лазерна реакция. Правилна предварителна обработка на повърхността на алуминиевата сплав, като анодно окисляване, електролитно полиране, пясъкоструене, пясъкоструене и др. Може значително да подобри повърхностното поглъщане на лъчиста енергия. Резултатите показват, че тенденцията на кристализация на алуминиевата сплав след отстраняване на оксидния филм е по-висока от тази на оригиналната алуминиева сплав. За да не се разруши повърхностното покритие 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 подобряване на степента на абсорбция на материала от лазера.

2. Намалете размера на петна и подобрете 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 малка дупка в заваръчната вана, което може значително да подобри степента на абсорбция на материала от лазера.

3. Променете заваръчната структура, така че лазерният лъч да се отразява многократно в празнината, за да улесните лазерното заваряване на алуминиева сплав. Ставната форма влияе върху абсорбцията на лазерна светлина. V-образното скосяване и квадратното скосяване са по-благоприятни за образуването на ключови дупки, отколкото фугите без скосяване, и плътността на мощността на лазера се увеличава, както и скоростта на лазерно поглъщане на алуминиевата сплав също се увеличава.

Проблем 2: Лесно е да се произвеждат пори и горещи пукнатини, които са лесни за получаване на пори и горещи пукнатини в процеса на лазерно заваряване на алуминиева сплав. Порьозността е най-често срещаният и най-важен дефект при лазерно заваряване на алуминиева сплав. Видовете устица могат да бъдат разделени на две категории.

Единият е, че поради рязкото намаляване на разтворимостта на водорода в процеса на охлаждане на лазерно заваряване на алуминиева сплав, съдържанието на водород в разтопената алуминиева сплав може да достигне {{0}}.69mL/100g, съдържанието на водород от алуминиева сплав след охлаждане и втвърдяване е 0,036 mL/100 g, а пренаситеният водород се утаява, за да образува водородни пори. Освен това върху повърхността на алуминиевата сплав има оксиден филм, а водата в кристалната вода, въздухът и защитният газ на повърхността на алуминиевата сплав се разлагат директно на водород по време на заваряване. Тези водородни пори закъсняват да избягат по време на процеса на бързо охлаждане на лазерно заваряване на алуминиеви сплави и остават в заваръчния шев, за да образуват водородни пори.

Другият се дължи на нестабилността на ключалката, генерирана в процеса на лазерно заваряване и колапс, и течният метал няма време да запълни дупката. Прекомерната порьозност ще намали плътността на заваръчния шев, ще намали носещата способност на съединението и ще намали здравината и пластичността на съединението в различна степен.

Има много мерки за намаляване на дефектите на газовия отвор при лазерното заваряване, като например възможността за смесване на разтопения басейн, добавяне на възможност за повърхност, пълнене на телта или пълнене на прах от сплав и използване на двойна точкова технология и лазерно композитно заваряване за намаляване на ефекта на порите, но е трудно да се елиминира цялото нещо. Топлинната проводимост на алуминия е по-добра и формата на вълната на лазерната мощност може да се регулира според материала, дебелината и състоянието на повърхността на алуминиевата сплав. В изображението на водещия тип заваряване тип вълна, той може да се използва и за заваряване на тип вълна, който е изолиран след предварително нагряване, което може да играе роля за намаляване на газа и газовите дупки. Може да намали нестабилността на порите, да промени ъгъла на лазерния лъч и да приложи магнитното поле при заваряването и може ефективно да контролира порите на средната класа.

Причината за гореща пукнатина при лазерно заваряване на алуминиева сплав е свързана главно с нейните собствени характеристики и процес на заваряване. По време на втвърдяването на алуминиевата сплав степента на свиване е голяма (до 5%), напрежението и деформацията при заваряване са големи и заваръчният метал ще произведе евтектична структура с ниска точка на топене по границата на зърното по време на кристализация, така че границата на зърното силата на свързване е отслабена и под действието на напрежението на опън се образуват горещи пукнатини.

Тенденцията към горещи пукнатини може да бъде намалена чрез запълване на тел или прах от сплав, а тенденцията към горещи пукнатини може също да бъде намалена чрез регулиране на параметрите на процеса на заваряване, за да се контролира скоростта на нагряване и охлаждане. Когато се използват YAG лазери, входящата топлина може да се контролира чрез регулиране на формата на вълната на импулса, за да се намали напукването на кристалите.

Проблем 3: Намаляване на механичните свойства на заварените връзки – размекване

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

"Омекотяване" е явлението на намалена якост и твърдост на заварените съединения. Когато се използва съединение от алуминиева сплав за лазерно заваряване, структурата на заваръчния шев и засегнатата от топлината зона на завареното съединение също имат проблеми с омекването. Голям брой проучвания показват, че феноменът на омекване при заваряване на алуминиева сплав е трудно да бъде фундаментално елиминиран, но в сравнение със заваряването в защитен газ, лазерното заваряване намалява входящата топлина и прави зоната на омекване на заваръчния шев по-тясна. В сравнение със заваряването MIG, степента на "омекване" на лазерно заварени съединения от алуминиева сплав е по-ниска, а якостта на опън се увеличава с увеличаване на скоростта на заваряване. Влиянието на плазмата върху процеса на заваряване Енергията на йонизация на алуминиевия елемент е ниска, лазерното заваряване е по-лесно за формиране на метална плазма, плазма, причинена от лазерно пречупване, отклонение, като по този начин се променя фокусът на лазерния лъч, така че коефициентът на проникване на заваръчния шев се намалява, влияещи върху качеството на заваръчната фуга. Чрез предварително нагласяне на праха върху повърхността на детайла, разширяването и пулсацията на плазмата във височина се отслабват, така че плазмата може да поддържа относително стабилна амплитуда на пулсации върху повърхността на детайла.

Механичните свойства на заварените съединения от алуминиева сплав намаляват поради нестабилна порьозност по време на заваряване. Алуминиевите сплави включват главно Zn, Mg и Al. По време на процеса на заваряване алуминият има по-висока точка на кипене от другите два елемента. Следователно, някои легиращи елементи с ниска точка на кипене могат да се добавят при заваряване на компоненти от алуминиева сплав, което благоприятства образуването на малки дупки и здравината на заваряването.

1. Лазерно самозаваряване на алуминиева сплав

Лазерното самозаваряване се отнася до лазерния лъч с висока енергийна плътност като източник на топлина, въздействие върху повърхността на основния материал, така че самият основен материал се топи, образувайки метод за заваряване на заваръчна фуга. За лазерно заваряване на алуминиева сплав повърхността на алуминиевата сплав има висока отразяваща способност за лазера и е необходима голяма мощност на лазера по време на заваряване. Диаметърът на лазерното петно ​​е малък, точността на заваръчното оборудване е висока и стойността на толеранса на празнината на частите е ниска и обикновено се изисква стойността на празнината на частите да бъде под 0. 2 мм. По време на процеса на заваряване скоростта на нагряване и охлаждане е бърза, дефектите на порьозността на заваряване са много, плътността на лазерната енергия е концентрирана и ефектът на ключалката е лесен за причиняване на феномена на вдлъбнат заваръчен шев и ухапване на ръба, така че параметрите на процеса на заваряване имат по-високи изисквания. Лазерното самозаваряване при заваряване на алуминиеви сплави отразява предимствата на доброто качество на заваряване, бързата скорост на заваряване и лесната автоматизация и се използва широко в автомобилната индустрия. В индустрията за електрически превозни средства уплътнението на обвивката на захранващата батерия е направено главно от лазерно самозаваряване от алуминиева сплав. В алуминиевото тяло на местна автомобилна компания с нова енергия, заваряването на модула на вратата и структурата на страничната стена също е направено от алуминиева сплав чрез лазерно самозаваряване.

2. Заваряване с лазерно запълване на тел от алуминиева сплав

При заваряване с лазерно пълнене на тел лазерът все още се използва като основен източник на топлина за стопяване на заварения метал, но устройството за автоматично подаване на тел се използва за непрекъснато подаване на напълнения метал в резервоара за стопилка, за да се постигне процесът на металургично свързване. В сравнение с лазерното заваряване със самотопене, заваряването с лазерно пълнене на тел облекчава изискванията за точността на пролуката на процеса на заваряване, като запълва различни компоненти на заваръчната тел, подобрява металургичните свойства на заваръчния шев, предотвратява горещи пукнатини и пори при заваряване, подобрява стабилност на процеса на заваряване и механични свойства на съединението.

Лазерното заваряване с тел от алуминиева сплав има характеристиките на добро качество на външния вид, точността на междината на процеса е по-слаба от лазерното самозаваряване и т.н. Обикновено се използва във външната повърхност на тялото, като например между горния капак и страничната стена, и между горната и долната плоча на капака на куфара. Има и някои модели за постигане на по-високо качество на заваряване и използване на лазерно заваряване с тел за заваряване на врати от алуминиева сплав.

3. Лазерно дъгово композитно заваряване на алуминиева сплав

Лазерно-дъгово композитно заваряване е комбинация от лазер и дъга на два вида източници на топлина с различни физични свойства и механизъм за предаване на енергия и работят заедно върху заварените части. И двата разкриват напълно предимствата на двата източника на топлина и взаимно компенсират недостатъците си. При лазерно дъгово композитно заваряване на алуминиева сплав, дъгата може да направлява източника на лазерна топлина, да подобри абсорбционния капацитет на алуминиевата сплав и степента на използване на енергията в процеса на заваряване, а способността за формоване на повърхността на заваръчния шев е по-добра от тази на лазера заваряване чрез самотопене. В допълнение, въвеждането на дъга може значително да намали точността на затягане на заваръчните части, а дъгата има разреждащ ефект върху лазерната заваръчна плазма, 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.

Енергийната плътност на лазерния заваръчен лъч от алуминиева сплав може да достигне 109 W/cm2 и има предимствата на концентрирано нагряване, малки термични повреди, голямо съотношение на дълбочина на заваръчния шев към ширина и малка деформация при заваряване. Процесът на заваряване е лесен за интегриране, автоматизиран и гъвкав, който може да реализира високоскоростно и високопрецизно заваряване, а процесът на заваряване не се нуждае от вакуумна среда и не произвежда рентгенови лъчи, особено подходящи за висока точност заваряване на сложни конструкции. Най-привлекателната характеристика на лазерното заваряване на алуминиеви сплави е неговата висока ефективност и за да се даде пълноценен ефект на тази висока ефективност, е необходимо да се приложи към дълбокото заваряване на голяма дебелина. Следователно изследването и прилагането на високомощен лазер за заваряване с дълбоко проникване с голяма дебелина ще бъде неизбежна тенденция на бъдещо развитие. Заваряването с дълбоко проникване с голяма дебелина подчертава феномена на дупките и влиянието му върху порьозността на заваръчния шев, така че механизмът за образуване и контролът на отворите стават все повече и повече, което ще се превърне в горещ проблем в индустрията.

Подобряването на стабилността на процеса на лазерно заваряване, формирането на заваръчните шевове и качеството на заваряване е целта, която хората преследват. Поради това нови технологии като композитен процес с лазерна дъга, лазерно заваряване с пълнежна тел, прахово лазерно заваряване без предварително зададено състояние, технология с двоен фокус, оформяне на лъч ще бъдат допълнително подобрени и развити.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. е високотехнологично предприятие, специализирано в научноизследователска и развойна дейност, производство и продажба на автоматична машина за лазерно облицоване, високоскоростна лазерна машина за облицовка, машина за лазерно охлаждане, машина за лазерно заваряване и оборудване за лазерно 3D принтиране. Нашите продукти са рентабилни и се продават в страната и чужбина. Ако се интересувате от нашите продукти, моля свържете се с нас на bob@gshenglaser.com.