Soldadura làser d'aliatge d'alumini

 

La tecnologia làser té les característiques d'una entrada de calor de soldadura petita, una petita influència en la zona d'escalfament de la soldadura i no és fàcil de deformar, de manera que ha rebut una atenció especial en el camp de la soldadura d'aliatge d'alumini. Tanmateix, a causa de les característiques de processament de l'aliatge d'alumini, hi ha algunes dificultats de soldadura en la soldadura làser d'aliatge d'alumini. Com resoldre aquests problemes?

 

Pregunta 1: L'aliatge d'alumini té una baixa taxa d'absorció del làser.
Aquest problema es deu principalment al problema dels materials d'aliatge d'alumini. A causa de l'alta reflectivitat inicial i l'alta conductivitat tèrmica de l'aliatge d'alumini al feix làser, l'aliatge d'alumini té una baixa taxa d'absorció del raig làser abans de fondre's. L'aliatge d'alumini té un fort efecte de reflexió sobre la llum làser. Això es deu a l'alta densitat d'electrons lliures dins de l'aliatge d'alumini en estat sòlid, que interactuen fàcilment amb els fotons del feix i reflecteixen l'energia. La investigació mostra que la reflectivitat del làser d'aliatge d'alumini al gas CO2 és tan alta com el 90% i la reflectivitat al làser sòlid també és propera al 80%. Al mateix temps, l'aliatge d'alumini té una forta conductivitat tèrmica, el que resulta en una taxa d'absorció molt baixa de l'aliatge d'alumini per a la llum làser. Per tant, s'han de prendre mesures adequades per millorar la taxa d'absorció del làser dels aliatges d'alumini.

 

Per solucionar aquest problema, les solucions inclouen principalment els aspectes següents:
1. Pretractament superficial de materials d'aliatge d'alumini. Els aliatges d'alumini tenen una alta resposta làser. Realitzeu un pretractament adequat a la superfície d'aliatge d'alumini, com ara anodització, polit electrolític, sorra, sorra, etc. Pot millorar significativament l'absorció d'energia radiant de la superfície. Els estudis han demostrat que la tendència a la cristal·lització dels aliatges d'alumini després d'eliminar la pel·lícula d'òxid és superior a la dels aliatges d'alumini originals. Per no danyar l'acabat superficial de l'aliatge d'alumini i simplificar el procés de soldadura làser, el procés de soldadura es pot utilitzar per augmentar la temperatura superficial de la peça de treball i augmentar la taxa d'absorció del làser del material.

2. Redueix la mida del punt i augmenta la densitat de potència del làser. L'absorció del làser de l'aliatge d'alumini es millora augmentant la densitat de potència del làser. L'augment de la densitat de potència del làser produirà un efecte de forat a la piscina fosa de soldadura, que pot augmentar molt la taxa d'absorció del làser del material.

3. Canvieu l'estructura de soldadura perquè el raig làser reflecteixi diverses vegades a l'espai per facilitar la soldadura làser d'aliatge d'alumini. La forma de l'articulació afectarà l'absorció de la llum làser. Les ranures en forma de V i les ranures quadrades afavoreixen la formació de forats de clau que les juntes sense ranures, que augmenten la densitat de potència del làser i augmenten la taxa d'absorció del làser dels aliatges d'alumini.

 

 

Problema 2:És fàcil produir porus i esquerdes calentes. El procés de soldadura per làser d'aliatge d'alumini és propens a porus i esquerdes calentes.

La porositat és el tipus de defecte més comú i més important en la soldadura làser d'aliatges d'alumini. Els tipus estomàtics es poden dividir en 2 categories.

Un es deu a la forta disminució de la solubilitat de l'hidrogen durant el procés de refredament de la soldadura làser d'aliatge d'alumini. El contingut d'hidrogen de l'aliatge d'alumini fos pot arribar a {{0}},69 ml/100 g. El contingut d'hidrogen de l'aliatge d'alumini després del refredament i la solidificació és de 0,036 ml/100 g, que està sobresaturat. L'hidrogen precipita formant porus d'hidrogen. A més, hi ha una pel·lícula d'òxid a la superfície de l'aliatge d'alumini. Durant la soldadura, l'aigua cristal·lina a la superfície de l'aliatge d'alumini, la humitat de l'aire i el gas protector es descomponen directament en hidrogen. Aquests porus d'hidrogen no tenen temps d'escapar durant el procés de refredament ràpid de la soldadura làser d'aliatge d'alumini, però romanen a la soldadura per formar porus d'hidrogen.

 

L'altre tipus és el forat format perquè el forat generat durant el procés de soldadura làser és inestable i es col·lapsa, i el metall líquid no té temps d'omplir-lo. Els porus excessius reduiran la densitat de la soldadura, reduiran la capacitat de càrrega de la junta i reduiran la resistència i la plasticitat de la junta en diferents graus.

 

Hi ha moltes mesures per reduir els defectes dels porus en la soldadura làser d'aliatge d'alumini, com ara canviar la trajectòria del feix làser, utilitzar l'oscil·lació del feix per agitar la piscina fosa, augmentar la possibilitat que els porus s'escapin de la superfície, utilitzant farciment de filferro o pols d'aliatge, i Mesures com la tecnologia de doble punt i la soldadura híbrida làser poden aconseguir l'efecte de reduir els porus, però són difícils d'eliminar fonamentalment. L'alumini té una conductivitat tèrmica relativament bona i la forma d'ona de potència làser es pot ajustar durant el procés de soldadura segons el material, el gruix i l'estat de la superfície de l'aliatge d'alumini. Com es mostra a la figura, la soldadura es pot dur a terme amb el tipus d'ona de punta frontal, o la soldadura es pot realitzar amb el tipus d'ona amb preescalfament frontal i després conservació de la calor, ambdós tenen un cert paper en la reducció de punts d'explosió i porus. Pot reduir el col·lapse inestable dels porus, canviar l'angle d'irradiació del feix làser i aplicar un camp magnètic durant la soldadura. També pot controlar eficaçment els porus generats durant el procés de soldadura.

 

La causa de les esquerdes calentes en la soldadura làser d'aliatge d'alumini està relacionada principalment amb les seves pròpies característiques i procés de soldadura. Quan l'aliatge d'alumini es solidifica, la taxa de contracció és gran (fins a un 5%), la tensió i la deformació de la soldadura són grans i el metall de soldadura produirà una estructura eutèctica de baix punt de fusió al llarg dels límits del gra durant la cristal·lització, cosa que debilita el límit del gra. força d'enllaç i té un paper en l'esforç de tracció. A continuació es formen esquerdes tèrmiques.

La tendència a les esquerdes calentes es pot reduir omplint filferro o pols d'aliatge. La tendència a les esquerdes calentes també es pot reduir ajustant els paràmetres del procés de soldadura per controlar la velocitat de calefacció i refrigeració. Quan s'utilitzen làsers YAG, l'entrada de calor es pot controlar ajustant la forma d'ona del pols per reduir les esquerdes del cristall.

 

 

Problema 3:Les propietats mecàniques de l'enllaç soldat es redueixen - suavitzen.

 

La pèrdua de combustió dels elements d'aliatge durant el procés de soldadura redueix les propietats mecàniques de les connexions soldades d'aliatge d'alumini.

 

El "suavització" és la reducció de la força i la duresa d'una unió soldada. Quan s'utilitzen juntes d'aliatge d'alumini de soldadura per làser, l'estructura de soldadura i la zona afectada per la calor de la junta soldada també tenen problemes de suavització. Un gran nombre d'estudis han demostrat que el fenomen de suavització de la soldadura d'aliatge d'alumini és difícil d'eliminar fonamentalment. Tanmateix, en comparació amb la soldadura protegida amb gas, la soldadura làser redueix l'entrada de calor i fa que la zona de suavització de la soldadura sigui més estreta. En comparació amb la soldadura per arc de metall amb gas de soldadura làser d'aliatge d'alumini, el grau de "suavització" de les juntes soldades per làser és menor i la resistència a la tracció augmenta amb l'augment de la velocitat de soldadura. L'impacte del plasma en el procés de soldadura L'energia d'ionització de l'element d'alumini és baixa. És més fàcil formar plasma metàl·lic durant la soldadura làser. El plasma provoca la refracció i la deflexió del làser, canviant així la posició del focus del raig làser, reduint la relació de penetració de la soldadura i afectant la qualitat de la junta soldada. El mètode de preposicionament de la pols a la superfície de la peça s'utilitza per debilitar el salt d'expansió del plasma en la direcció de l'alçada, de manera que el plasma pugui mantenir una amplitud de salt relativament estable a la superfície de la peça.

 

Els porus inestables durant el procés de soldadura d'aliatges d'alumini condueixen a una disminució de les propietats mecàniques de les unions soldades. Els aliatges d'alumini inclouen principalment Zn, Mg i Al. Durant la soldadura, l'alumini té un punt d'ebullició més alt que els altres dos elements. Per tant, es poden afegir alguns elements d'aliatge de baix punt d'ebullició quan es solden components d'aliatge d'alumini, cosa que és beneficiosa per a la formació de petits forats i la fermesa de la soldadura.

 

1. Soldadura d'autofusió per làser d'aliatge d'alumini
La soldadura autògena làser es refereix a un mètode de soldadura que utilitza un feix làser d'alta densitat d'energia com a font de calor per impactar la superfície del material base, fent que el material base es fongui per formar una junta soldada. Per a la soldadura làser d'aliatge d'alumini, la superfície de l'aliatge d'alumini té una alta reflectivitat del làser, que requereix una gran potència làser durant la soldadura; el diàmetre del punt làser és petit, els requisits de precisió per a les eines de soldadura són alts i la tolerància per als buits de les peces és baixa, cosa que normalment requereix peces. El valor de la bretxa és inferior a 0,2 mm; la velocitat d'escalfament i refrigeració és ràpida durant el procés de soldadura, hi ha molts defectes de porus de soldadura, la densitat d'energia del làser es concentra i l'efecte forat de la clau pot provocar fàcilment soldadures còncaves i socavades. Per tant, els paràmetres del procés de soldadura tenen uns requisits més elevats. La soldadura autògena per làser té els avantatges d'una bona qualitat de soldadura, una ràpida velocitat de soldadura i una fàcil automatització en la soldadura d'aliatges d'alumini, i s'utilitza àmpliament a la indústria de l'automòbil. A la indústria del vehicle elèctric, la soldadura per làser d'aliatge d'alumini s'utilitza principalment per segellar la carcassa de la bateria. A la carrosseria d'alumini d'una empresa nacional de vehicles d'energia nova, la soldadura de conjunts de portes i panells laterals també utilitza soldadura d'autofusió per làser d'aliatge d'alumini.

 

2. Soldadura de filferro de farciment làser d'aliatge d'alumini
En la soldadura de filferro de farciment làser, el làser encara serveix com a font de calor principal per fondre el metall a soldar, però s'utilitza un dispositiu d'alimentació automàtica de filferro per alimentar contínuament metall de farciment a la piscina fosa per aconseguir el procés de connexió metal·lúrgica. En comparació amb la soldadura autògena per làser, la soldadura per farciment de filferro làser relaxa els requisits de precisió del buit en el procés de soldadura. En omplir filferros de soldadura amb diferents components, millora les propietats metal·lúrgiques de la soldadura, evita la soldadura d'esquerdes i porus calents i millora l'estabilitat del procés de soldadura. propietats i propietats mecàniques de les articulacions.

 

La soldadura de filferro làser d'aliatge d'alumini té les característiques d'una bona qualitat d'aparença i una precisió de buit de procés més fluix que la soldadura autògena per làser. Normalment s'utilitza a les superfícies exteriors de la carrosseria del cotxe, com ara entre la coberta superior i els panells laterals, i entre els panells exteriors superior i inferior de la tapa del maleter. També hi ha alguns models que utilitzen la soldadura de filferro làser per soldar portes d'aliatge d'alumini amb la finalitat d'obtenir una major qualitat de soldadura.

 

3. Soldadura híbrida làser-arc d'aliatge d'alumini
La soldadura híbrida làser-arc combina dues fonts de calor, làser i arc, amb propietats físiques i mecanismes de transmissió d'energia completament diferents, i treballa conjuntament sobre la peça a soldar. No només dóna joc als respectius avantatges de les dues fonts de calor, sinó que també es complementa. mancances. En la soldadura híbrida làser-arc d'aliatges d'alumini, l'arc pot guiar la font de calor làser, millorar la capacitat d'absorció del làser de l'aliatge d'alumini i la utilització d'energia durant el procés de soldadura, i la formabilitat superficial de la soldadura és millor que la del làser. soldadura autògena. A més, la introducció d'arc pot reduir considerablement la precisió de subjecció de la peça de soldadura. Al mateix temps, l'arc té un efecte de dilució sobre el plasma de soldadura làser, que pot reduir l'efecte de blindatge del plasma sobre el làser. El làser té un paper important en l'estabilitat de l'arc, de manera que l'arc pot actuar de manera estable sobre la junta durant la soldadura d'alta velocitat, la qual cosa pot millorar la qualitat de la soldadura de l'articulació i augmentar la velocitat de soldadura.

 

 

 

Conclusió
La densitat d'energia del feix de soldadura làser d'aliatge d'alumini pot arribar als 109 W/cm2. També té els avantatges de la calefacció concentrada, un petit dany tèrmic, una gran relació profunditat-amplada de la soldadura i una petita deformació de la soldadura. El procés de soldadura és fàcil d'integrar, automatitzar i flexible, i pot aconseguir alta velocitat i alta velocitat. La soldadura de precisió i el procés de soldadura no requereix un ambient de buit i no produeix raigs X. És especialment adequat per a la soldadura d'alta precisió d'estructures complexes. La característica més atractiva de la soldadura làser d'aliatge d'alumini és la seva alta eficiència. Per donar un joc total a aquesta alta eficiència, s'ha d'aplicar a la soldadura profunda de gran gruix. Per tant, la investigació i l'aplicació del làser d'alta potència per a la soldadura de penetració profunda de gran gruix serà una tendència inevitable en el desenvolupament futur. La soldadura de penetració profunda de gran gruix posa de manifest el fenomen del forat i el seu impacte en la porositat de la soldadura. Per tant, el mecanisme de formació i el control dels forats s'han tornat cada cop més habituals i es convertiran en un tema candent de preocupació i investigació generalitzada a la indústria.

 

Millorar l'estabilitat, la formació de la soldadura i la qualitat de la soldadura del procés de soldadura per làser és l'objectiu que persegueixen les persones. Per tant, es milloraran i desenvoluparan noves tecnologies com ara la tecnologia composta d'arc làser, la soldadura làser de filferro de farciment, la soldadura làser en pols sense preajustament, la tecnologia d'enfocament dual i la conformació del feix.