Alumiiniseoksen laserhitsaus

 

Lasertekniikalla on pieniä hitsauslämmöntuontia, pieni vaikutus hitsauksen lämmitysalueeseen ja se ei ole helppo muotoilla, joten se on saanut erityistä huomiota alumiiniseoshitsauksen alalla. Alumiiniseoksen käsittelyominaisuuksien vuoksi alumiiniseoksen laserhitsauksessa on kuitenkin joitain hitsausvaikeuksia. Kuinka ratkaista nämä ongelmat?

 

Kysymys 1: Alumiiniseoksella on alhainen laserin absorptionopeus.
Tämä ongelma johtuu pääasiassa alumiiniseosmateriaalien ongelmasta. Alumiinilejeeringin korkean alkuheijastavuuden ja korkean lämmönjohtavuuden ansiosta lasersäteeseen nähden alumiiniseoksella on alhainen lasersäteen absorptionopeus ennen sulamista. Alumiiniseoksella on voimakas heijastusvaikutus laservaloon. Tämä johtuu kiinteässä tilassa olevien alumiiniseoksen sisällä olevien vapaiden elektronien suuresta tiheydestä, jotka ovat helposti vuorovaikutuksessa säteen fotonien kanssa ja heijastavat pois energiaa. Tutkimukset osoittavat, että alumiiniseoksen heijastavuus kaasu-CO2-laserille on jopa 90 %, ja heijastuskyky kiinteään laseriin on myös lähes 80 %. Samaan aikaan alumiiniseoksella on vahva lämmönjohtavuus, mikä johtaa erittäin alhaiseen alumiiniseoksen absorptioasteeseen laservalossa. Siksi on ryhdyttävä asianmukaisiin toimenpiteisiin alumiiniseosten laserin absorptionopeuden parantamiseksi.

 

Tämän ongelman ratkaisemiseksi ratkaisut sisältävät pääasiassa seuraavat näkökohdat:
1. Alumiiniseosmateriaalien pintakäsittely. Alumiiniseoksilla on korkea laservaste. Suorita alumiiniseospinnalle asianmukainen esikäsittely, kuten anodisointi, elektrolyyttinen kiillotus, hiekkapuhallus, hiekkapuhallus jne. Se voi merkittävästi parantaa pinnan säteilyenergian imeytymistä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että alumiiniseosten kiteytymistaipumus oksidikalvon poistamisen jälkeen on suurempi kuin alkuperäisillä alumiiniseoksilla. Jotta alumiiniseoksen pintakäsittely ei vahingoitu ja laserhitsausprosessia yksinkertaistetaan, hitsausprosessia voidaan käyttää nostamaan työkappaleen pintalämpötilaa ja lisäämään materiaalin laserin absorptionopeutta.

2. Pienennä pisteen kokoa ja lisää lasertehon tiheyttä. Alumiiniseoksen laserabsorptio paranee lisäämällä laserin tehotiheyttä. Lasertehotiheyden kasvu saa aikaan neulanreikävaikutelman hitsaussulassa, mikä voi lisätä huomattavasti materiaalin laserin absorptionopeutta.

3. Muuta hitsausrakennetta niin, että lasersäde heijastuu useita kertoja rakossa alumiiniseoksen laserhitsauksen helpottamiseksi. Nivelen muoto vaikuttaa laservalon absorptioon. V-muotoiset urat ja nelikulmaiset urat edistävät avaimenreikien muodostumista paremmin kuin liitokset ilman uria, mikä lisää laserin tehotiheyttä ja lisää alumiiniseosten laserin absorptionopeutta.

 

 

Ongelma 2:Siitä on helppo muodostaa huokosia ja kuumia halkeamia. Alumiiniseoksen laserhitsausprosessi on altis huokosille ja kuumille halkeamille.

Huokoisuus on yleisin ja tärkein virhetyyppi alumiiniseosten laserhitsauksessa. Stomataalityypit voidaan jakaa 2 luokkaan.

Yksi johtuu vedyn liukoisuuden jyrkästä laskusta alumiiniseoksen laserhitsauksen jäähdytysprosessin aikana. Sulan alumiiniseoksen vetypitoisuus voi olla {{0}},69 ml/100 g. Alumiiniseoksen vetypitoisuus jäähdytyksen ja kiinteytymisen jälkeen on 0,036 ml/100 g, mikä on ylikyllästynyttä. Vety saostuu muodostaen vetyhuokosia. Lisäksi alumiiniseoksen pinnalla on oksidikalvo. Hitsauksen aikana alumiiniseoksen pinnalla oleva kidevesi, ilman kosteus ja suojakaasu hajoavat suoraan vedyksi. Nämä vetyhuokoset eivät ehdi poistua alumiiniseoksen laserhitsauksen nopean jäähdytysprosessin aikana, vaan ne jäävät hitsiin muodostaen vetyhuokosia.

 

Toinen tyyppi on reikä, joka muodostuu, koska laserhitsauksen aikana syntyvä avaimenreikä on epävakaa ja romahtaa, eikä nestemäisellä metallilla ole aikaa täyttää sitä. Liialliset huokoset vähentävät hitsin tiheyttä, heikentävät liitoksen kantokykyä ja heikentävät liitoksen lujuutta ja plastisuutta vaihtelevasti.

 

On monia toimenpiteitä huokosvirheiden vähentämiseksi alumiiniseoslaserhitsauksessa, kuten lasersäteen liikeradan muuttaminen, säteen värähtelyn käyttö sulan altaan sekoittamiseen, huokosten poistumismahdollisuuden lisääminen pinnasta, lankatäyte- tai seosjauhe, ja Toimenpiteillä, kuten kaksoispistetekniikalla ja laserhybridihitsauksella, voidaan saavuttaa huokosia vähentävä vaikutus, mutta niitä on vaikea poistaa kokonaan. Alumiinilla on suhteellisen hyvä lämmönjohtavuus, ja lasertehon aaltomuotoa voidaan säätää hitsausprosessin aikana alumiiniseoksen materiaalin, paksuuden ja pinnan kunnon mukaan. Kuten kuvasta näkyy, hitsaus voidaan suorittaa käyttämällä etukärkiaaltotyyppiä tai hitsaus voidaan tehdä käyttämällä aaltotyyppiä etulämmityksellä ja sitten lämpösuojauksella, joilla molemmilla on tietty rooli räjähdyspisteiden ja huokosten vähentämisessä. Se voi vähentää huokosten epävakaata romahtamista, muuttaa lasersäteen säteilykulmaa ja soveltaa magneettikenttää hitsauksen aikana. Se voi myös tehokkaasti hallita hitsausprosessin aikana syntyviä huokosia.

 

Kuumahalkeamien syy alumiiniseoslaserhitsauksessa liittyy pääasiassa sen omiin ominaisuuksiin ja hitsausprosessiin. Kun alumiiniseos jähmettyy, kutistumisnopeus on suuri (jopa 5 %), hitsausjännitys ja muodonmuutos ovat suuria ja hitsausmetalli muodostaa kiteytymisen aikana matalan sulamispisteen eutektisen rakenteen raerajaa pitkin, mikä heikentää raerajaa. sidosvoimaa ja sillä on rooli vetojännityksen muodostumisessa. Alla muodostuu lämpöhalkeamia.

Kuumien halkeamien taipumusta voidaan vähentää täyttämällä lankaa tai seosjauhetta. Kuumien halkeamien taipumusta voidaan vähentää myös säätämällä hitsausprosessiparametreja säätämään lämmitys- ja jäähdytysnopeutta. YAG-lasereita käytettäessä lämmön syöttöä voidaan ohjata säätämällä pulssiaaltomuotoa kiteen halkeamien vähentämiseksi.

 

 

Ongelma 3:Hitsauslinkin mekaaniset ominaisuudet heikkenevät - pehmenevät.

 

Seoselementtien palamishäviö hitsausprosessin aikana heikentää alumiiniseoksesta valmistettujen hitsausliitosten mekaanisia ominaisuuksia.

 

"Pehmennys" tarkoittaa hitsausliitoksen lujuuden ja kovuuden heikkenemistä. Käytettäessä laserhitsattavia alumiiniseosliitoksia, myös hitsausliitoksen hitsausrakenteessa ja lämpövaikutusvyöhykkeessä on pehmenemisongelmia. Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että alumiiniseoshitsauksen pehmenemisilmiötä on vaikea poistaa periaatteessa. Kuitenkin verrattuna kaasusuojattuun hitsaukseen laserhitsaus vähentää lämmöntuottoa ja tekee hitsin pehmenemisvyöhykkeestä kapeamman. Verrattuna alumiiniseoslaserhitsauksen kaasumetallikaarihitsaukseen laserhitsattujen liitosten "pehmenemisaste" on pienempi ja vetolujuus kasvaa hitsausnopeuden kasvaessa. Plasman vaikutus hitsausprosessiin Alumiinielementin ionisaatioenergia on alhainen. Laserhitsauksen aikana on helpompi muodostaa metalliplasmaa. Plasma aiheuttaa laserin taittumista ja taipumista, mikä muuttaa lasersäteen tarkennuskohtaa, vähentää hitsin läpäisysuhdetta ja vaikuttaa hitsausliitoksen laatuun. Jauheen esiasemointimenetelmää työkappaleen pinnalle käytetään plasman laajenemishypyn heikentämiseen korkeussuunnassa niin, että plasma voi säilyttää suhteellisen vakaan hyppyamplitudin työkappaleen pinnalla.

 

Epävakaat huokoset alumiiniseosten hitsausprosessin aikana johtavat hitsausliitosten mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen. Alumiiniseoksia ovat pääasiassa Zn, Mg ja Al. Hitsauksen aikana alumiinilla on korkeampi kiehumispiste kuin kahdella muulla alkuaineella. Siksi alumiiniseoskomponentteja hitsattaessa voidaan lisätä joitain alhaisen kiehumispisteen seoselementtejä, mikä on edullista pienten reikien muodostumiselle ja hitsauksen lujuudelle.

 

1. Alumiiniseoksen laseritsesulatushitsaus
Autogeeninen laserhitsaus viittaa hitsausmenetelmään, jossa käytetään suuren energiatiheyden lasersädettä lämmönlähteenä perusmateriaalin pintaan iskeytymiseen, jolloin perusmateriaali sulaa itsestään muodostaen hitsausliitoksen. Alumiiniseoksen laserhitsauksessa alumiiniseoksen pinnalla on korkea laserin heijastavuus, mikä vaatii suuren lasertehon hitsauksen aikana; laserpisteen halkaisija on pieni, hitsaustyökalujen tarkkuusvaatimukset ovat korkeat ja osien rakojen toleranssi on pieni, mikä yleensä vaatii osia. Välin arvo on alle 0,2 mm; Lämmitys- ja jäähdytysnopeus ovat nopeita hitsausprosessin aikana, hitsaushuokosvirheitä on monia, laserenergian tiheys on keskittynyt ja avaimenreikävaikutus voi helposti johtaa koveriin ja alileikkauksiin. Siksi hitsausprosessiparametreilla on korkeammat vaatimukset. Autogeenisen laserhitsauksen etuna on hyvä hitsauslaatu, nopea hitsausnopeus ja helppo automatisointi alumiiniseoshitsauksessa, ja sitä käytetään laajalti autoteollisuudessa. Sähköajoneuvoteollisuudessa alumiiniseoksen laseritsesulatushitsausta käytetään pääasiassa tehoakun kotelon tiivistämiseen. Kotimaisen uuden energiaajoneuvoyhtiön alumiinirungossa ovikokoonpanojen ja sivupaneelien hitsauksessa käytetään myös alumiiniseoslaser-itsesulatushitsausta.

 

2. Alumiiniseoksen lasertäyttölankahitsaus
Lasertäytelangan hitsauksessa laser toimii edelleen päälämmönlähteenä hitsattavan metallin sulattamiseen, mutta automaattista langansyöttölaitetta käytetään jatkuvasti täytemetallin syöttämiseen sulaan altaaseen metallurgisen liitosprosessin saavuttamiseksi. Autogeeniseen laserhitsaukseen verrattuna laserlangan täyttöhitsaus lieventää hitsausprosessin rakotarkkuuden vaatimuksia. Täyttämällä hitsauslankoja eri komponenteilla se parantaa hitsin metallurgisia ominaisuuksia, estää hitsauskuumien halkeamien ja huokosten syntymistä sekä parantaa hitsausprosessin vakautta. ominaisuudet ja liitoksen mekaaniset ominaisuudet.

 

Alumiiniseoksisella laserlankahitsauksella on hyvä ulkonäkö ja löysempi prosessirakojen tarkkuus kuin autogeenisella laserhitsauksella. Sitä käytetään yleensä auton korin ulkopinnoilla, kuten yläkannen ja sivupaneelien välissä sekä tavaratilan luukun ylä- ja alaulkopaneelien välissä. Joissakin malleissa käytetään myös laserlankahitsausta alumiiniseosovien hitsaukseen paremman hitsauslaadun saavuttamiseksi.

 

3. Alumiiniseoksesta valmistettu laserkaarihybridihitsaus
Laserkaarihybridihitsaus yhdistää kaksi lämmönlähdettä, laserin ja valokaaren, joilla on täysin erilaiset fysikaaliset ominaisuudet ja energiansiirtomekanismit, ja se toimii yhdessä hitsattavassa työkappaleessa. Se ei ainoastaan ​​anna täyden pelin kahden lämmönlähteen vastaaville eduille, vaan myös täydentää toisiaan. puutteita. Alumiiniseosten laserkaarihybridihitsauksessa kaari voi ohjata laserlämmönlähdettä, parantaa alumiiniseoksen laserabsorptiokykyä ja energiankäyttöä hitsausprosessin aikana, ja hitsin pinnan muovattavuus on parempi kuin laserilla. autogeeninen hitsaus. Lisäksi kaaren käyttöönotto voi heikentää huomattavasti hitsaustyökappaleen kiinnitystarkkuutta. Samanaikaisesti kaarella on laimennusvaikutus laserhitsauksen plasmaan, mikä voi vähentää plasman suojausvaikutusta laseriin. Laserilla on tärkeä rooli kaaren stabiilisuudessa, jotta kaari voi vaikuttaa vakaasti liitokseen nopean hitsauksen aikana, mikä voi parantaa liitoksen hitsauslaatua ja lisätä hitsausnopeutta.

 

 

 

Johtopäätös
Alumiiniseoksen laserhitsaussäteen energiatiheys voi olla 109 W/cm2. Sen etuna on myös keskittynyt kuumennus, pienet lämpövauriot, suuri hitsin syvyys-leveyssuhde ja pieni hitsausmuodonmuutos. Hitsausprosessi on helppo integroida, automatisoida ja joustava, ja sillä voidaan saavuttaa suuri ja suuri nopeus. Tarkkuushitsaus, ja hitsausprosessi ei vaadi tyhjiöympäristöä eikä tuota röntgensäteilyä. Se soveltuu erityisen hyvin monimutkaisten rakenteiden erittäin tarkkaan hitsaukseen. Alumiiniseoksen laserhitsauksen houkuttelevin ominaisuus on sen korkea hyötysuhde. Jotta tämä korkea hyötysuhde saadaan täyteen, sitä on käytettävä suuripaksuisessa syvähitsauksessa. Siksi suuritehoisen laserin tutkimus ja soveltaminen suuripaksuisiin syväläpihitsauksiin on väistämätön tulevaisuuden kehityssuunta. Suuripaksuinen syväläpihitsaus korostaa reikäilmiötä ja sen vaikutusta hitsin huokoisuuteen. Tästä syystä neulanreikien muodostusmekanismi ja hallinta ovat yleistyneet ja niistä tulee kuuma laajalle levinnyt huolenaihe ja tutkimus teollisuudessa.

 

Laserhitsausprosessin vakauden, hitsaussauman muodostuksen ja hitsauksen laadun parantaminen on ihmisten tavoite. Siksi uusia teknologioita, kuten laserkaarikomposiittitekniikkaa, täytelankalaserhitsausta, esiasetusvapaata jauhelaserhitsausta, kaksoistarkennustekniikkaa ja säteen muotoilua, parannetaan ja kehitetään edelleen.