Συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου

 

Η τεχνολογία λέιζερ έχει τα χαρακτηριστικά της μικρής εισροής θερμότητας συγκόλλησης, μικρής επιρροής στην περιοχή θέρμανσης συγκόλλησης και δεν είναι εύκολο να παραμορφωθεί, επομένως έχει λάβει ιδιαίτερη προσοχή στον τομέα της συγκόλλησης κράματος αλουμινίου. Ωστόσο, λόγω των χαρακτηριστικών επεξεργασίας του κράματος αλουμινίου, υπάρχουν ορισμένες δυσκολίες συγκόλλησης στη συγκόλληση με λέιζερ του κράματος αλουμινίου. Πώς να λύσετε αυτά τα προβλήματα;

 

ερώτηση 1: Το κράμα αλουμινίου έχει χαμηλό ρυθμό απορρόφησης λέιζερ.
Αυτό το πρόβλημα οφείλεται κυρίως στο πρόβλημα των υλικών από κράμα αλουμινίου. Λόγω της υψηλής αρχικής ανακλαστικότητας και της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας του κράματος αλουμινίου στη δέσμη λέιζερ, το κράμα αλουμινίου έχει χαμηλό ρυθμό απορρόφησης της δέσμης λέιζερ πριν από την τήξη. Το κράμα αλουμινίου έχει ισχυρή επίδραση ανάκλασης στο φως λέιζερ. Αυτό οφείλεται στην υψηλή πυκνότητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα στο κράμα αλουμινίου σε στερεή κατάσταση, τα οποία αλληλεπιδρούν εύκολα με τα φωτόνια στη δέσμη και αντανακλούν την ενέργεια. Η έρευνα δείχνει ότι η ανακλαστικότητα του κράματος αλουμινίου σε λέιζερ αερίου CO2 είναι τόσο υψηλή όσο 90%, και η ανακλαστικότητα σε συμπαγές λέιζερ είναι επίσης κοντά στο 80%. Ταυτόχρονα, το κράμα αλουμινίου έχει ισχυρή θερμική αγωγιμότητα, με αποτέλεσμα πολύ χαμηλό ρυθμό απορρόφησης του κράματος αλουμινίου για το φως λέιζερ. Επομένως, πρέπει να ληφθούν κατάλληλα μέτρα για τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ των κραμάτων αλουμινίου.

 

Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, οι λύσεις περιλαμβάνουν κυρίως τις ακόλουθες πτυχές:
1. Επιφανειακή προεπεξεργασία υλικών από κράμα αλουμινίου. Τα κράματα αλουμινίου έχουν υψηλή απόκριση λέιζερ. Εκτελέστε κατάλληλη προεπεξεργασία στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου, όπως ανοδίωση, ηλεκτρολυτική στίλβωση, αμμοβολή, αμμοβολή κ.λπ. Μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απορρόφηση της ακτινοβολούμενης ενέργειας από την επιφάνεια. Μελέτες έχουν δείξει ότι η τάση κρυστάλλωσης των κραμάτων αλουμινίου μετά την αφαίρεση του φιλμ οξειδίου είναι υψηλότερη από αυτή των αρχικών κραμάτων αλουμινίου. Για να μην καταστραφεί το φινίρισμα της επιφάνειας του κράματος αλουμινίου και να απλοποιηθεί η διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ, η διαδικασία συγκόλλησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της θερμοκρασίας επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας και την αύξηση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ του υλικού.

2. Μειώστε το μέγεθος του σημείου και αυξήστε την πυκνότητα ισχύος λέιζερ. Η απορρόφηση λέιζερ του κράματος αλουμινίου βελτιώνεται με την αύξηση της πυκνότητας ισχύος λέιζερ. Η αύξηση της πυκνότητας ισχύος λέιζερ θα δημιουργήσει ένα φαινόμενο οπής καρφίτσας στη λιωμένη δεξαμενή συγκόλλησης, το οποίο μπορεί να αυξήσει σημαντικά τον ρυθμό απορρόφησης λέιζερ του υλικού.

3. Αλλάξτε τη δομή συγκόλλησης για να κάνετε τη δέσμη λέιζερ να αντανακλάται πολλές φορές στο κενό για να διευκολύνετε τη συγκόλληση λέιζερ από κράμα αλουμινίου. Η μορφή της άρθρωσης θα επηρεάσει την απορρόφηση του φωτός λέιζερ. Οι αυλακώσεις σε σχήμα V και οι τετράγωνες αυλακώσεις ευνοούν περισσότερο τον σχηματισμό κλειδαρότρυπων από τις αρθρώσεις χωρίς αυλακώσεις, οι οποίες αυξάνουν την πυκνότητα ισχύος του λέιζερ και αυξάνουν τον ρυθμό απορρόφησης λέιζερ των κραμάτων αλουμινίου.

 

 

Πρόβλημα 2:Είναι εύκολο να δημιουργήσετε πόρους και καυτές ρωγμές. Η διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ από κράμα αλουμινίου είναι επιρρεπής σε πόρους και θερμές ρωγμές.

Το πορώδες είναι το πιο κοινό και σημαντικότερο είδος ελαττώματος στη συγκόλληση με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου. Οι στοματικό τύποι μπορούν να χωριστούν σε 2 κατηγορίες.

Το ένα οφείλεται στην απότομη μείωση της διαλυτότητας του υδρογόνου κατά τη διαδικασία ψύξης της συγκόλλησης με λέιζερ κράματος αλουμινίου. Η περιεκτικότητα σε υδρογόνο του τετηγμένου κράματος αλουμινίου μπορεί να φτάσει τα {{0}},69 mL/100 g. Η περιεκτικότητα σε υδρογόνο του κράματος αλουμινίου μετά την ψύξη και τη στερεοποίηση είναι 0,036mL/100g, το οποίο είναι υπερκορεσμένο. Το υδρογόνο καθιζάνει για να σχηματίσει πόρους υδρογόνου. Επιπλέον, υπάρχει ένα φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου. Κατά τη συγκόλληση, το κρυσταλλικό νερό στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου, η υγρασία στον αέρα και το προστατευτικό αέριο αποσυντίθενται απευθείας σε υδρογόνο. Αυτοί οι πόροι υδρογόνου δεν έχουν χρόνο να διαφύγουν κατά τη διάρκεια της ταχείας διαδικασίας ψύξης της συγκόλλησης με λέιζερ κράματος αλουμινίου, αλλά παραμένουν στη συγκόλληση για να σχηματίσουν πόρους υδρογόνου.

 

Ο άλλος τύπος είναι η οπή που σχηματίζεται επειδή η κλειδαρότρυπα που δημιουργείται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ είναι ασταθής και καταρρέει και το υγρό μέταλλο δεν έχει χρόνο να την γεμίσει. Οι υπερβολικοί πόροι θα μειώσουν την πυκνότητα της συγκόλλησης, θα μειώσουν τη φέρουσα ικανότητα του συνδέσμου και θα μειώσουν την αντοχή και την πλαστικότητα του συνδέσμου σε διάφορους βαθμούς.

 

Υπάρχουν πολλά μέτρα για τη μείωση των ελαττωμάτων πόρων στη συγκόλληση λέιζερ από κράμα αλουμινίου, όπως αλλαγή της τροχιάς της δέσμης λέιζερ, χρήση ταλάντωσης δέσμης για ανάδευση της λιωμένης λίμνης, αύξηση της πιθανότητας διαφυγής πόρων από την επιφάνεια, χρήση πλήρωσης σύρματος ή σκόνης κράματος. και Μέτρα όπως η τεχνολογία διπλού σημείου και η υβριδική συγκόλληση με λέιζερ μπορούν να επιτύχουν το αποτέλεσμα της μείωσης των πόρων, αλλά είναι δύσκολο να εξαλειφθούν ουσιαστικά. Το αλουμίνιο έχει σχετικά καλή θερμική αγωγιμότητα και η κυματομορφή ισχύος λέιζερ μπορεί να ρυθμιστεί κατά τη διαδικασία συγκόλλησης σύμφωνα με το υλικό, το πάχος και την κατάσταση της επιφάνειας του κράματος αλουμινίου. Όπως φαίνεται στο σχήμα, η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο κύματος μπροστινού άκρου ή η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο κύματος με μπροστινή προθέρμανση και στη συνέχεια διατήρηση θερμότητας, τα οποία παίζουν κάποιο ρόλο στη μείωση των σημείων έκρηξης και των πόρων. Μπορεί να μειώσει την ασταθή κατάρρευση των πόρων, να αλλάξει τη γωνία ακτινοβολίας της δέσμης λέιζερ και να εφαρμόσει μαγνητικό πεδίο κατά τη συγκόλληση. Μπορεί επίσης να ελέγξει αποτελεσματικά τους πόρους που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης.

 

Η αιτία των θερμών ρωγμών στη συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου σχετίζεται κυρίως με τα δικά της χαρακτηριστικά και τη διαδικασία συγκόλλησης. Όταν το κράμα αλουμινίου στερεοποιείται, ο ρυθμός συρρίκνωσης είναι μεγάλος (έως 5%), η τάση συγκόλλησης και η παραμόρφωση είναι μεγάλες και το μέταλλο συγκόλλησης θα παράγει μια ευτηκτική δομή χαμηλού σημείου τήξης κατά μήκος των ορίων των κόκκων κατά την κρυστάλλωση, η οποία εξασθενεί το όριο των κόκκων δύναμη σύνδεσης και παίζει ρόλο στην εφελκυστική τάση. Από κάτω σχηματίζονται θερμικές ρωγμές.

Η τάση των θερμών ρωγμών μπορεί να μειωθεί με πλήρωση σκόνης σύρματος ή κράματος. Η τάση των θερμών ρωγμών μπορεί επίσης να μειωθεί ρυθμίζοντας τις παραμέτρους της διαδικασίας συγκόλλησης για τον έλεγχο της ταχύτητας θέρμανσης και ψύξης. Όταν χρησιμοποιείτε λέιζερ YAG, η είσοδος θερμότητας μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την κυματομορφή παλμού για τη μείωση των κρυσταλλικών ρωγμών.

 

 

Πρόβλημα 3:Οι μηχανικές ιδιότητες του συγκολλημένου συνδέσμου μειώνονται - μαλακώνουν.

 

Η απώλεια της καύσης των στοιχείων κράματος κατά τη διαδικασία συγκόλλησης μειώνει τις μηχανικές ιδιότητες των συγκολλημένων συνδέσεων από κράμα αλουμινίου.

 

«Μαλάκυνση» είναι η μείωση της αντοχής και της σκληρότητας μιας συγκολλημένης άρθρωσης. Όταν χρησιμοποιούνται αρμοί από κράμα αλουμινίου με συγκόλληση με λέιζερ, η δομή συγκόλλησης και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα του συγκολλημένου συνδέσμου έχουν επίσης προβλήματα μαλάκυνσης. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι το φαινόμενο μαλάκυνσης της συγκόλλησης κράματος αλουμινίου είναι δύσκολο να εξαλειφθεί ουσιαστικά. Ωστόσο, σε σύγκριση με τη συγκόλληση με θωράκιση αερίου, η συγκόλληση με λέιζερ μειώνει την εισροή θερμότητας και καθιστά τη ζώνη μαλακώματος της συγκόλλησης στενότερη. Σε σύγκριση με τη συγκόλληση με τόξο μετάλλου αερίου της συγκόλλησης με λέιζερ από κράμα αλουμινίου, ο βαθμός "μαλάκωσης" των συγκολλημένων αρμών με λέιζερ είναι χαμηλότερος και η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητας συγκόλλησης. Η επίδραση του πλάσματος στη διαδικασία συγκόλλησης Η ενέργεια ιονισμού του στοιχείου αλουμινίου είναι χαμηλή. Είναι ευκολότερο να σχηματιστεί μεταλλικό πλάσμα κατά τη συγκόλληση με λέιζερ. Το πλάσμα προκαλεί διάθλαση και εκτροπή του λέιζερ, αλλάζοντας έτσι τη θέση εστίασης της δέσμης λέιζερ, μειώνοντας την αναλογία διείσδυσης συγκόλλησης και επηρεάζοντας την ποιότητα της συγκολλημένης άρθρωσης. Η μέθοδος της προτοποθέτησης σκόνης στην επιφάνεια του τεμαχίου προς κατεργασία χρησιμοποιείται για να αποδυναμώσει το άλμα διαστολής του πλάσματος στην κατεύθυνση του ύψους, έτσι ώστε το πλάσμα να μπορεί να διατηρήσει ένα σχετικά σταθερό πλάτος άλματος στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.

 

Οι ασταθείς πόροι κατά τη διαδικασία συγκόλλησης των κραμάτων αλουμινίου οδηγούν σε μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων των συγκολλημένων αρμών. Τα κράματα αλουμινίου περιλαμβάνουν κυρίως Zn, Mg και Al. Κατά τη συγκόλληση, το αλουμίνιο έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από τα άλλα δύο στοιχεία. Επομένως, ορισμένα στοιχεία από κράμα χαμηλού σημείου βρασμού μπορούν να προστεθούν κατά τη συγκόλληση εξαρτημάτων από κράμα αλουμινίου, κάτι που είναι ευεργετικό για το σχηματισμό μικρών οπών και τη σταθερότητα της συγκόλλησης.

 

1. Αυτοσυγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Η αυτογενής συγκόλληση με λέιζερ αναφέρεται σε μια μέθοδο συγκόλλησης που χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας ως πηγή θερμότητας για να προσκρούσει στην επιφάνεια του υλικού βάσης, προκαλώντας την τήξη του υλικού βάσης για να σχηματίσει μια συγκολλημένη άρθρωση. Για τη συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου, η επιφάνεια του κράματος αλουμινίου έχει υψηλή ανακλαστικότητα λέιζερ, η οποία απαιτεί μεγάλη ισχύ λέιζερ κατά τη συγκόλληση. η διάμετρος του σημείου λέιζερ είναι μικρή, οι απαιτήσεις ακρίβειας για τα εργαλεία συγκόλλησης είναι υψηλές και η ανοχή για κενά εξαρτημάτων είναι χαμηλή, κάτι που συνήθως απαιτεί εξαρτήματα. Η τιμή του διακένου είναι κάτω από 0.2 mm. η ταχύτητα θέρμανσης και ψύξης είναι γρήγορη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, υπάρχουν πολλά ελαττώματα πόρων συγκόλλησης, η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ είναι συγκεντρωμένη και το φαινόμενο της κλειδαρότρυπας μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε κοίλες και κάτω συγκολλήσεις. Επομένως, οι παράμετροι της διαδικασίας συγκόλλησης έχουν υψηλότερες απαιτήσεις. Η αυτογενής συγκόλληση με λέιζερ έχει τα πλεονεκτήματα της καλής ποιότητας συγκόλλησης, της γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης και του εύκολου αυτοματισμού στη συγκόλληση κράματος αλουμινίου και χρησιμοποιείται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία. Στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, η συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου χρησιμοποιείται κυρίως για τη σφράγιση του περιβλήματος της μπαταρίας ισχύος. Στο αμάξωμα αλουμινίου μιας εγχώριας εταιρείας οχημάτων νέας ενέργειας, η συγκόλληση συγκροτημάτων θυρών και πλαϊνών πλαισίων χρησιμοποιεί επίσης συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου με αυτοσύντηξη.

 

2. Συγκόλληση σύρματος πλήρωσης λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Στη συγκόλληση σύρματος πλήρωσης με λέιζερ, το λέιζερ εξακολουθεί να χρησιμεύει ως η κύρια πηγή θερμότητας για την τήξη του προς συγκόλληση μετάλλου, αλλά χρησιμοποιείται μια αυτόματη συσκευή τροφοδοσίας σύρματος για τη συνεχή τροφοδοσία μετάλλου πλήρωσης στη λιωμένη δεξαμενή για την επίτευξη της διαδικασίας μεταλλουργικής σύνδεσης. Σε σύγκριση με την αυτογενή συγκόλληση με λέιζερ, η συγκόλληση πλήρωσης με σύρμα λέιζερ χαλαρώνει τις απαιτήσεις για ακρίβεια κενού στη διαδικασία συγκόλλησης. Γεμίζοντας τα σύρματα συγκόλλησης με διαφορετικά εξαρτήματα, βελτιώνει τις μεταλλουργικές ιδιότητες της συγκόλλησης, αποτρέπει τη συγκόλληση θερμών ρωγμών και πόρων και βελτιώνει τη σταθερότητα της διαδικασίας συγκόλλησης. ιδιότητες και μηχανικές ιδιότητες αρμών.

 

Η συγκόλληση πληρωτικού σύρματος λέιζερ από κράμα αλουμινίου έχει τα χαρακτηριστικά της καλής ποιότητας εμφάνισης και της χαλαρότερης ακρίβειας του κενού διαδικασίας από την αυτογενή συγκόλληση με λέιζερ. Συνήθως χρησιμοποιείται στις εξωτερικές επιφάνειες του αμαξώματος του αυτοκινήτου, όπως μεταξύ του επάνω καλύμματος και των πλαϊνών πλαισίων, και μεταξύ των άνω και κάτω εξωτερικών πλαισίων του καπό του πορτμπαγκάζ. Υπάρχουν επίσης ορισμένα μοντέλα που χρησιμοποιούν συγκόλληση με σύρμα λέιζερ για τη συγκόλληση θυρών από κράμα αλουμινίου προκειμένου να επιτευχθεί υψηλότερη ποιότητα συγκόλλησης.

 

3. Υβριδική συγκόλληση με τόξο λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Η υβριδική συγκόλληση τόξου λέιζερ συνδυάζει δύο πηγές θερμότητας, το λέιζερ και το τόξο, με εντελώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες και μηχανισμούς μετάδοσης ενέργειας, και λειτουργεί μαζί στο προς συγκόλληση τεμάχιο. Όχι μόνο δίνει πλήρη απόδοση στα αντίστοιχα πλεονεκτήματα των δύο πηγών θερμότητας, αλλά και αλληλοσυμπληρώνεται. ελλείψεις. Στην υβριδική συγκόλληση με τόξο λέιζερ κραμάτων αλουμινίου, το τόξο μπορεί να καθοδηγήσει την πηγή θερμότητας λέιζερ, να βελτιώσει την ικανότητα απορρόφησης λέιζερ του κράματος αλουμινίου και τη χρησιμοποίηση ενέργειας κατά τη διαδικασία συγκόλλησης και η μορφοποίηση της επιφάνειας της συγκόλλησης είναι καλύτερη από αυτή του λέιζερ αυτογενής συγκόλληση. Επιπλέον, η εισαγωγή τόξου μπορεί να μειώσει σημαντικά την ακρίβεια σύσφιξης του τεμαχίου συγκόλλησης. Ταυτόχρονα, το τόξο έχει μια αραιωτική επίδραση στο πλάσμα της συγκόλλησης με λέιζερ, η οποία μπορεί να μειώσει την επίδραση θωράκισης του πλάσματος στο λέιζερ. Το λέιζερ παίζει σημαντικό ρόλο στη σταθερότητα του τόξου, έτσι ώστε το τόξο να μπορεί να ενεργεί σταθερά στον σύνδεσμο κατά τη συγκόλληση υψηλής ταχύτητας, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει την ποιότητα συγκόλλησης του αρμού και να αυξήσει την ταχύτητα συγκόλλησης.

 

 

 

συμπέρασμα
Η ενεργειακή πυκνότητα της δέσμης συγκόλλησης λέιζερ από κράμα αλουμινίου μπορεί να φτάσει τα 109W/cm2. Έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της συγκεντρωμένης θέρμανσης, της μικρής θερμικής βλάβης, της μεγάλης αναλογίας βάθους προς πλάτος συγκόλλησης και μικρής παραμόρφωσης συγκόλλησης. Η διαδικασία συγκόλλησης είναι εύκολο να ενσωματωθεί, να αυτοματοποιηθεί και να είναι ευέλικτη και μπορεί να επιτύχει υψηλή ταχύτητα και υψηλή ταχύτητα. Η συγκόλληση ακριβείας και η διαδικασία συγκόλλησης δεν απαιτεί περιβάλλον κενού και δεν παράγει ακτίνες Χ. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για συγκόλληση σύνθετων κατασκευών υψηλής ακρίβειας. Το πιο ελκυστικό χαρακτηριστικό της συγκόλλησης με λέιζερ από κράμα αλουμινίου είναι η υψηλή απόδοση. Για να δοθεί πλήρης απόδοση σε αυτή την υψηλή απόδοση, πρέπει να εφαρμοστεί σε βαθιά συγκόλληση μεγάλου πάχους. Επομένως, η έρευνα και η εφαρμογή λέιζερ υψηλής ισχύος για συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης μεγάλου πάχους θα είναι μια αναπόφευκτη τάση στη μελλοντική ανάπτυξη. Η συγκόλληση με βαθιά διείσδυση μεγάλου πάχους υπογραμμίζει το φαινόμενο της οπής καρφίτσας και την επίδρασή του στο πορώδες της συγκόλλησης. Ως εκ τούτου, ο μηχανισμός σχηματισμού και ο έλεγχος των οπών έχουν γίνει ολοένα και πιο συνηθισμένοι και θα γίνουν ένα καυτό θέμα ευρέως διαδεδομένου ενδιαφέροντος και έρευνας στη βιομηχανία.

 

Η βελτίωση της σταθερότητας, ο σχηματισμός ραφών συγκόλλησης και η ποιότητα συγκόλλησης της διαδικασίας συγκόλλησης με λέιζερ είναι ο στόχος που επιδιώκεται από τους ανθρώπους. Επομένως, νέες τεχνολογίες όπως η τεχνολογία σύνθετου τόξου λέιζερ, η συγκόλληση με λέιζερ με σύρμα πλήρωσης, η συγκόλληση με λέιζερ χωρίς προκαθορισμένη σκόνη, η τεχνολογία διπλής εστίασης και η διαμόρφωση δέσμης θα βελτιωθούν και θα αναπτυχθούν περαιτέρω.