Kako riješiti problem laserskog zavarivanja legure aluminija

Trenutno, sa povećanjem složenosti automobilskih cjevovoda, sve više i više mjesta zavarivanja, što neminovno donosi mnogo problema zavarivanja plamenom. Naravno, svaka metoda zavarivanja ima svoje prednosti i nedostatke. Ovaj članak analizira izvodljivost laserskog zavarivanja cjevovoda za klimatizaciju.

Danas se lasersko zavarivanje široko koristi u mašinskoj industriji. Pored toga, laserska tehnologija ima i karakteristike malog unosa toplote zavarivanja, malog uticaja na toplotnu površinu zavarivanja, a nije laka za deformaciju, pa joj je posebna pažnja posvećena u oblasti zavarivanja legura aluminijuma.

S druge strane, zbog karakteristika obrade aluminijske legure, lasersko zavarivanje legure aluminija ima određene poteškoće pri zavarivanju. Kako riješiti ove probleme?

Problem 1: Aluminijska legura ima nisku stopu apsorpcije lasera. Ovaj problem je uglavnom zbog problema sa materijalom legure aluminijuma. Zbog visoke početne refleksivnosti i visoke toplinske provodljivosti legure aluminija prema laserskom snopu, stopa apsorpcije legure aluminija na laserski snop prije topljenja je vrlo niska. Aluminijumska legura ima snažan efekat refleksije na laser, što je zbog velike gustine slobodnih elektrona u čvrstom stanju aluminijumske legure, koja lako reflektuje energiju sa fotonom u snopu.

Istraživanja pokazuju da je reflektivnost aluminijske legure prema plinskom CO2 laseru čak 90%, a refleksivnost čvrstog lasera blizu 80%. U isto vrijeme, aluminijska legura ima jaku toplinsku provodljivost, što rezultira vrlo niskom stopom apsorpcije lasera od legure aluminija. Stoga se moraju poduzeti odgovarajuće mjere za poboljšanje brzine laserske apsorpcije legure aluminija.

Za rješavanje ovog problema rješenja uglavnom uključuju sljedeće aspekte:

1. Površinska predobrada materijala od legure aluminijuma. Aluminijske legure imaju visok odziv lasera. Pravilna prethodna obrada površine legure aluminija, kao što je anodna oksidacija, elektrolitičko poliranje, pjeskarenje, pjeskarenje, itd. Može značajno poboljšati površinsku apsorpciju energije zračenja. Rezultati pokazuju da je tendencija kristalizacije legure aluminija nakon uklanjanja oksidnog filma veća nego kod originalne legure aluminija. Kako se ne bi uništila završna obrada aluminijske legure i pojednostavio proces laserskog zavarivanja, proces zavarivanja se može koristiti za povećanje površinske temperature radnog komada i poboljšanje stope apsorpcije materijala u laser.

2. Smanjite veličinu tačke i poboljšajte gustinu snage lasera. Laserska apsorpcija legure aluminijuma je poboljšana povećanjem gustine snage lasera. Povećanje gustine snage lasera će uzrokovati efekat male rupe u bazenu za zavarivanje, što može uvelike poboljšati stopu apsorpcije materijala u laser.

3. Promenite strukturu zavarivanja tako da se laserski snop reflektuje u procepu mnogo puta kako bi se olakšalo lasersko zavarivanje legure aluminijuma. Oblik zgloba utiče na apsorpciju laserske svjetlosti. Kosina u obliku slova V i četvrtasta kosina pogodnija su za formiranje ključaonica nego spojevi bez kosina, a gustoća snage lasera se povećava, a brzina laserske apsorpcije legure aluminija također se povećava.

Problem 2: Lako je proizvesti pore i vruće pukotine, koje su lako proizvesti pore i vruće pukotine u procesu laserskog zavarivanja aluminijske legure. Poroznost je najčešći i najvažniji nedostatak kod laserskog zavarivanja aluminijske legure. Vrste stomata mogu se podijeliti u dvije kategorije.

Jedan je da zbog naglog pada rastvorljivosti vodonika u procesu hlađenja laserskog zavarivanja legure aluminijuma, sadržaj vodonika u istopljenoj leguri aluminijuma može dostići {{0}}.69mL/100g, sadržaj vodonika legure aluminijuma nakon hlađenja i skrućivanja iznosi 0,036 mL/100 g, a prezasićeni vodonik se taloži i formira vodonične pore. Osim toga, na površini aluminijske legure postoji oksidni film, a voda u kristalnoj vodi, zraku i zaštitnom plinu na površini aluminijske legure se direktno razlaže u vodonik tokom zavarivanja. Ove vodonične pore su prekasno da pobjegnu tokom procesa brzog hlađenja laserskog zavarivanja aluminijskih legura i ostaju u zavaru kako bi formirale vodonične pore.

Drugi je zbog nestabilnosti ključaonice koja nastaje u procesu laserskog zavarivanja i kolapsa, a tečni metal nema vremena da ispuni rupu. Prekomjerna poroznost će smanjiti gustoću zavara, smanjiti nosivost spoja i smanjiti čvrstoću i plastičnost spoja u različitim stupnjevima.

Postoje mnoge mjere za smanjenje nedostataka otvora za plin u laserskom zavarivanju, kao što su mogućnost miješanja rastopljenog bazena, dodavanje mogućnosti površine, punjenje žice ili punjenje prahom legure, te korištenje tehnologije dvostruke tačke i laserskog kompozitnog zavarivanja kako bi se smanjio efekat pora, ali je teško sve to eliminisati. Toplotna provodljivost aluminijuma je bolja, a talasni oblik laserske snage može se podesiti prema materijalu, debljini i stanju površine aluminijumske legure. Na slici vodećeg tipa talasnog zavarivanja, može se koristiti i za zavarivanje talasnog tipa koji je izolovan nakon predgrijavanja, što može igrati ulogu u smanjenju otvora za gas i gas. Može smanjiti nestabilnost pora, promijeniti ugao laserskog snopa i primijeniti magnetno polje u zavarivanju i može učinkovito kontrolirati pore srednje klase.

Razlog nastanka vrućih pukotina kod laserskog zavarivanja legure aluminijuma uglavnom je vezan za sopstvene karakteristike i proces zavarivanja. Tokom skrućivanja aluminijumske legure, brzina skupljanja je velika (do 5%), napon zavarivanja i deformacija su veliki, a metal šava će proizvesti eutektičku strukturu niske tačke topljenja duž granice zrna tokom kristalizacije, tako da granica zrna sila vezivanja je oslabljena, a pod djelovanjem vlačnog naprezanja nastaju vruće pukotine.

Sklonost vrućim pukotinama može se smanjiti punjenjem žice ili praha legure, a tendencija vrućih pukotina se također može smanjiti podešavanjem parametara procesa zavarivanja za kontrolu brzine grijanja i hlađenja. Kada koristite YAG lasere, unos toplote se može kontrolisati podešavanjem talasnog oblika impulsa kako bi se smanjilo pucanje kristala.

Problem 3: Mehanička svojstva zavarenih karika opadaju - omekšavanje

Gubitak sagorevanja legirajućih elemenata u procesu zavarivanja smanjuje mehanička svojstva zavarenih spojeva od legure aluminijuma.

„Omekšavanje“ je pojava smanjene čvrstoće i tvrdoće zavarenih spojeva. Kada se koristi lasersko zavarivanje spoja od legure aluminijuma, struktura zavara i zona zavarenog spoja takođe imaju problema sa omekšavanjem. Veliki broj studija je pokazao da je fenomen omekšavanja zavarivanja legure aluminijuma teško suštinski eliminisati, ali u poređenju sa zavarivanjem zaštićenim gasom, lasersko zavarivanje smanjuje unos toplote i čini zonu omekšavanja šava uskom. U poređenju sa MIG zavarivanjem, stepen "omekšavanja" laserski zavarenih spojeva od aluminijumske legure je niži, a zatezna čvrstoća raste sa povećanjem brzine zavarivanja. Uticaj plazme na proces zavarivanja Energija jonizacije aluminijumskog elementa je niska, laserskim zavarivanjem se lakše formira metalna plazma, plazma uzrokovana lomom lasera, skretanjem, čime se menja fokus laserskog snopa, tako da se smanjuje omjer prodiranja šava, utiče na kvalitet zavarenog spoja. Postavljanjem praha na površinu obratka, širenje i pulsiranje plazme u visinskom smjeru su oslabljeni, tako da plazma može održavati relativno stabilnu amplitudu pulsiranja na površini obratka.

Mehanička svojstva zavarenih spojeva legure aluminijuma se smanjuju zbog nestabilne poroznosti tokom zavarivanja. Aluminijske legure uglavnom uključuju Zn, Mg i Al. Tokom procesa zavarivanja, aluminijum ima višu tačku ključanja od druga dva elementa. Zbog toga se pri zavarivanju komponenti od legure aluminijuma mogu dodati neki legirajući elementi niske tačke ključanja, što doprinosi stvaranju malih rupa i čvrstoći zavarivanja.

1. Lasersko zavarivanje od aluminijumske legure

Lasersko samofuzijsko zavarivanje se odnosi na laserski snop velike gustoće energije kao izvor topline, utjecaj na površinu osnovnog materijala, tako da se sam osnovni materijal topi, formirajući metodu zavarivanja spoja. Za lasersko zavarivanje legure aluminijuma, površina aluminijumske legure ima visoku refleksivnost na laser, a potrebna je velika snaga lasera tokom zavarivanja. Promjer laserske tačke je mali, preciznost opreme za zavarivanje je visoka, a vrijednost tolerancije zazora dijelova je niska, a vrijednost zazora dijelova obično je potrebna da bude ispod 0. 2mm. Tokom procesa zavarivanja, brzina grijanja i hlađenja je velika, defekti poroznosti zavarivanja su brojni, gustina laserske energije je koncentrisana, a efekat ključaonice je lako izazvati pojavu konkavnog zavarivanja i ugriza rubova, tako da parametri procesa zavarivanja imaju višim zahtjevima. Lasersko samofuziono zavarivanje u zavarivanju aluminijskih legura odražava prednosti dobrog kvaliteta zavarivanja, velike brzine zavarivanja i lake automatizacije, te se široko koristi u automobilskoj industriji. U industriji električnih vozila, brtvljenje kućišta akumulatora uglavnom je izrađeno od aluminijske legure laserskim samofuzijskim zavarivanjem. U aluminijskoj karoseriji domaće automobilske kompanije nove energije, zavarivanje sklopa vrata i konstrukcije bočne stijenke također je napravljeno laserskim zavarivanjem od legure aluminija.

2. Zavarivanje laserskim punjenjem od legure aluminijuma

U zavarivanju laserskog punjenja, laser se još uvijek koristi kao glavni izvor topline za taljenje zavarenog metala, ali se uređaj za automatsko dovođenje žice koristi za kontinuirano dovođenje punjenog metala u bazen taline kako bi se postigao proces metalurškog povezivanja. U poređenju sa laserskim zavarivanjem samotaljenjem, zavarivanje punjenjem laserskom žicom olabavilo je zahtjeve za preciznošću procesa zavarivanja, punjenjem različitih komponenti žice za zavarivanje, poboljšanjem metalurških svojstava vara, sprječavanjem zavarivanja vrućih pukotina i pora, poboljšavanjem stabilnost procesa zavarivanja i mehanička svojstva spojeva.

Lasersko zavarivanje žice od aluminijumske legure ima karakteristike dobrog kvaliteta izgleda, tačnost zazora procesa je labavija od laserskog zavarivanja, itd. Obično se koristi na spoljašnjoj površini tela, kao što je između gornjeg poklopca i bočnog zida, i između gornje i donje ploče poklopca kofera. Postoje i neki modeli za postizanje veće kvalitete zavarivanja i korištenje laserskog žičanog zavarivanja za zavarivanje vrata od legure aluminija.

3. Lasersko lučno kompozitno zavarivanje aluminijumske legure

Lasersko-lučno kompozitno zavarivanje je kombinacija lasera i luka dvije vrste izvora topline s različitim fizičkim svojstvima i mehanizmom prijenosa energije, a rade zajedno na zavarenim dijelovima. Oba daju punu igru ​​prednostima dva izvora toplote i nadoknađuju jedan drugom nedostatke. Kod kompozitnog zavarivanja aluminijske legure laserskim lukom, luk može voditi laserski izvor topline, poboljšati kapacitet apsorpcije legure aluminija i stopu iskorištavanja energije u procesu zavarivanja, a oblikovnost površine zavara je bolja od laserskog. samotaljenjem zavarivanja. Osim toga, uvođenje luka može uvelike smanjiti točnost stezanja dijelova za zavarivanje, a luk ima razrjeđujući učinak na plazmu laserskog zavarivanja, što može smanjiti efekt zaštite plazme na laser. Laser igra važnu ulogu u stabilnosti luka, tako da luk može stabilno djelovati na spoj tokom zavarivanja velikom brzinom, što može poboljšati kvalitetu zavarivanja spoja i povećati brzinu zavarivanja.

Gustoća energije zraka laserskog zavarivanja legure aluminija može doseći 109W/cm2, a ima prednosti koncentriranog zagrijavanja, malih termičkih oštećenja, velikog omjera dubine zavarivanja i širine i male deformacije zavarivanja. Proces zavarivanja je lako integrirati, automatiziran i fleksibilan, što može ostvariti zavarivanje velike brzine i visoke preciznosti, a proces zavarivanja ne zahtijeva vakuumsko okruženje i ne proizvodi rendgenske zrake, posebno pogodne za visoko precizne zavarivanje složenih konstrukcija. Najatraktivnija karakteristika laserskog zavarivanja legure aluminijuma je njegova visoka efikasnost, a da bi se dala puna igra ovoj visokoj efikasnosti, potrebno ga je primeniti na duboko zavarivanje velike debljine. Stoga će istraživanje i primjena lasera velike snage za zavarivanje s dubokim prodiranjem velikih debljina biti neizbježan trend budućeg razvoja. Zavarivanje duboke penetracije velike debljine naglašava fenomen rupice i njen utjecaj na poroznost šava, tako da mehanizam formiranja i kontrola rupica postaje sve više i više, što će postati vruće pitanje u industriji.

Poboljšanje stabilnosti procesa laserskog zavarivanja, formiranje zavara i kvaliteta zavarivanja je cilj koji ljudi teže. Stoga će nove tehnologije kao što su kompozitni proces laserskog luka, lasersko zavarivanje žice za punjenje, lasersko zavarivanje bez prethodnog podešavanja, tehnologija dvostrukog fokusa, oblikovanje zraka biti dalje unapređene i razvijene.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko poduzeće specijalizirano za istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju automatskih mašina za lasersko oblaganje, brzih laserskih mašina za oblaganje, mašina za lasersko gašenje, mašina za lasersko zavarivanje i opreme za lasersko 3D štampanje. Naši proizvodi su isplativi i prodaju se u zemlji i inostranstvu. Ako ste zainteresovani za naše proizvode, kontaktirajte nas na bob@gshenglaser.com.