Ako vyriešiť problém laserového zvárania hliníkovej zliatiny

V súčasnosti, so zvyšujúcou sa zložitosťou automobilového potrubia, stále viac a viac zváracích bodov, čo nevyhnutne prináša veľa problémov so zváraním plameňom. Samozrejme, každá metóda zvárania má svoje výhody a nevýhody. Tento článok analyzuje realizovateľnosť laserového zvárania klimatizačného potrubia.

Dnes je laserové zváranie široko používané v obrábacom priemysle. Okrem toho má laserová technológia tiež vlastnosti malého príkonu zváracieho tepla, malého vplyvu na oblasť zváracieho tepla a nie je ľahké ju deformovať, takže sa jej venuje osobitná pozornosť v oblasti zvárania hliníkových zliatin.

Na druhej strane, kvôli spracovateľským vlastnostiam hliníkovej zliatiny má laserové zváranie hliníkovej zliatiny určité ťažkosti so zváraním. Ako tieto problémy vyriešiť?

Problém 1: Hliníková zliatina má nízku mieru absorpcie lasera. Tento problém je spôsobený hlavne problémom s materiálom z hliníkovej zliatiny. Vďaka vysokej počiatočnej odrazivosti a vysokej tepelnej vodivosti hliníkovej zliatiny k laserovému lúču je rýchlosť absorpcie hliníkovej zliatiny laserovým lúčom pred roztavením veľmi nízka. Hliníková zliatina má silný odrazový účinok na laser, čo je spôsobené vysokou hustotou voľných elektrónov v pevnom stave hliníkovej zliatiny, ktorá ľahko odráža energiu fotónu v lúči.

Štúdie ukazujú, že odrazivosť hliníkovej zliatiny voči plynovému CO2 laseru je až 90% a odrazivosť pevného lasera je takmer 80%. Súčasne má hliníková zliatina silnú tepelnú vodivosť, čo má za následok veľmi nízku mieru absorpcie lasera z hliníkovej zliatiny. Preto je potrebné prijať vhodné opatrenia na zlepšenie rýchlosti absorpcie lasera hliníkovou zliatinou.

Na vyriešenie tohto problému zahŕňajú riešenia najmä tieto aspekty:

1. Povrchová predúprava materiálu z hliníkovej zliatiny. Zliatiny hliníka majú vysokú laserovú odozvu. Správna predúprava povrchu hliníkovej zliatiny, ako je anodická oxidácia, elektrolytické leštenie, pieskovanie, pieskovanie atď. Môže výrazne zlepšiť povrchovú absorpciu sálavej energie. Výsledky ukazujú, že tendencia kryštalizácie hliníkovej zliatiny po odstránení oxidového filmu je vyššia ako tendencia pôvodnej hliníkovej zliatiny. Aby sa nezničila povrchová úprava hliníkovej zliatiny a zjednodušil sa proces laserového zvárania, proces zvárania sa môže použiť na zvýšenie povrchovej teploty obrobku a zlepšenie rýchlosti absorpcie materiálu laserom.

2. Zmenšenie veľkosti bodu a zlepšenie hustoty výkonu lasera. Laserová absorpcia hliníkovej zliatiny sa zlepšuje zvýšením hustoty výkonu lasera. Zvýšenie hustoty výkonu lasera spôsobí efekt malej diery vo zváracom bazéne, čo môže výrazne zlepšiť rýchlosť absorpcie materiálu laserom.

3. Zmeňte štruktúru zvárania tak, aby sa laserový lúč mnohokrát odrážal v medzere, aby sa uľahčilo laserové zváranie hliníkovej zliatiny. Kĺbová forma ovplyvňuje absorpciu laserového svetla. Skosenie v tvare V a štvorcové skosenie sú vhodnejšie na vytváranie kľúčových dier ako neskosené spoje a zvyšuje sa hustota výkonu lasera a zvyšuje sa aj miera absorpcie lasera hliníkovou zliatinou.

Problém 2: Je ľahké vytvoriť póry a horúce trhliny, z ktorých sa ľahko vytvárajú póry a horúce trhliny v procese laserového zvárania hliníkovej zliatiny. Pórovitosť je najčastejšou a najdôležitejšou chybou pri laserovom zváraní hliníkových zliatin. Typy prieduchov možno rozdeliť do dvoch kategórií.

Jedným z nich je, že v dôsledku prudkého poklesu rozpustnosti vodíka v procese chladenia pri laserovom zváraní hliníkovej zliatiny môže obsah vodíka v roztavenej hliníkovej zliatine dosiahnuť {{0}},69 ml/100 g, obsah vodíka hliníkovej zliatiny po ochladení a stuhnutí je 0,036 ml/100 g a presýtený vodík sa vyzráža za vzniku vodíkových pórov. Okrem toho je na povrchu hliníkovej zliatiny oxidový film a voda v kryštálovej vode, vzduch a ochranný plyn na povrchu hliníkovej zliatiny sa pri zváraní priamo rozkladá na vodík. Tieto vodíkové póry sú príliš neskoro na to, aby unikli počas procesu rýchleho chladenia laserového zvárania hliníkových zliatin a zostávajú vo zvare, aby vytvorili vodíkové póry.

Druhý je spôsobený nestabilitou kľúčovej dierky vytvorenej v procese laserového zvárania a kolapsom a tekutý kov nemá čas vyplniť dieru. Nadmerná pórovitosť zníži hustotu zvaru, zníži únosnosť spoja a v rôznej miere zníži pevnosť a plasticitu spoja.

Existuje mnoho opatrení na zníženie defektov plynového otvoru pri laserovom zváraní, ako je možnosť miešania roztaveného kúpeľa, pridanie možnosti povrchu, vyplnenie drôtu alebo vyplnenie zliatinovým práškom a použitie technológie dvojitého bodu a laserového kompozitného zvárania na zníženie účinku pórov, ale je ťažké to celé odstrániť. Tepelná vodivosť hliníka je lepšia a tvar vlny výkonu lasera je možné upraviť podľa materiálu, hrúbky a stavu povrchu hliníkovej zliatiny. Na obrázku predného vlnového typu zvárania sa môže použiť aj na zváranie vlnového typu, ktorý je po predhriatí izolovaný, čo môže zohrávať úlohu pri znižovaní plynu a plynových otvorov. Môže znížiť nestabilitu pórov, zmeniť uhol laserového lúča a aplikovať magnetické pole pri zváraní a môže účinne kontrolovať póry strednej triedy.

Príčina vzniku trhlín za tepla pri laserovom zváraní hliníkovej zliatiny súvisí najmä s jej vlastnými vlastnosťami a procesom zvárania. Počas tuhnutia hliníkovej zliatiny je rýchlosť zmrštenia veľká (až 5%), napätie pri zváraní a deformácia sú veľké a zvarový kov vytvorí eutektickú štruktúru s nízkou teplotou topenia pozdĺž hranice zŕn počas kryštalizácie, takže hranica zŕn väzbová sila je oslabená a pri pôsobení ťahového napätia vznikajú horúce trhliny.

Tendencia k praskaniu za tepla môže byť znížená plniacim drôtom alebo práškovým zliatinovým práškom a tendencia k praskaniu za tepla môže byť tiež znížená úpravou parametrov procesu zvárania na riadenie rýchlosti ohrevu a chladenia. Pri použití YAG laserov je možné regulovať vstup tepla úpravou pulznej vlny, aby sa znížilo praskanie kryštálov.

Problém 3: Zhoršenie mechanických vlastností zváraných článkov - mäknutie

Strata spaľovaním legujúcich prvkov v procese zvárania znižuje mechanické vlastnosti zvarových spojov z hliníkovej zliatiny.

„Zmäkčenie“ je jav zníženia pevnosti a tvrdosti zvarových spojov. Keď sa používa spoj z hliníkovej zliatiny laserovým zváraním, štruktúra zvaru a tepelne ovplyvnená zóna zváraného spoja majú tiež problémy s mäknutím. Veľký počet štúdií ukázal, že fenomén mäknutia pri zváraní hliníkových zliatin je ťažké zásadne eliminovať, ale v porovnaní so zváraním v ochrannej atmosfére plynu laserové zváranie znižuje príkon tepla a zužuje oblasť mäknutia zvaru. V porovnaní so zváraním MIG je stupeň "mäknutia" laserom zváraných spojov z hliníkovej zliatiny nižší a pevnosť v ťahu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou zvárania. Vplyv plazmy na proces zvárania Energia ionizácie hliníkového prvku je nízka, laserové zváranie ľahšie vytvára kovovú plazmu, plazma spôsobená lomom lasera, vychýlenie, čím sa mení ohnisko laserového lúča, takže sa zníži pomer prieniku zvaru, ovplyvňujúce kvalitu zvarového spoja. Prednastavením prášku na povrch obrobku sa zoslabuje expanzia a pulzovanie plazmy v smere výšky, takže plazma môže udržiavať relatívne stabilnú amplitúdu pulzovania na povrchu obrobku.

Mechanické vlastnosti zvarových spojov hliníkovej zliatiny klesajú v dôsledku nestabilnej pórovitosti pri zváraní. Medzi zliatiny hliníka patria najmä Zn, Mg a Al. Počas procesu zvárania má hliník vyšší bod varu ako ostatné dva prvky. Preto sa pri zváraní komponentov z hliníkovej zliatiny môžu pridať niektoré legujúce prvky s nízkou teplotou varu, čo prispieva k tvorbe malých otvorov a pevnosti zvárania.

1. Laserové samotavné zváranie zliatiny hliníka

Laserové samotavné zváranie sa vzťahuje na laserový lúč s vysokou hustotou energie ako zdroj tepla, ktorý pôsobí na povrch základného materiálu, takže sa samotný základný materiál roztaví a vytvorí sa metóda zvárania spoja. Pri laserovom zváraní hliníkovej zliatiny má povrch hliníkovej zliatiny vysokú odrazivosť voči laseru a pri zváraní je potrebný veľký výkon lasera. Priemer laserového bodu je malý, presnosť zváracieho zariadenia je vysoká a hodnota tolerancie medzery častí je nízka a hodnota medzery častí je zvyčajne nižšia ako 0. 2 mm. Počas procesu zvárania je rýchlosť ohrevu a chladenia rýchla, defekty pórovitosti zvárania sú mnohé, hustota energie lasera je koncentrovaná a efekt kľúčovej dierky ľahko spôsobí jav konkávneho zvaru a hryzenia hrán, takže parametre procesu zvárania majú vyššie požiadavky. Laserové samotavné zváranie pri zváraní hliníkových zliatin odráža výhody dobrej kvality zvárania, rýchlej rýchlosti zvárania a ľahkej automatizácie a je široko používané v automobilovom priemysle. V priemysle elektrických vozidiel je tesnenie plášťa napájacej batérie vyrobené hlavne z hliníkovej zliatiny laserového samofúzneho zvárania. V hliníkovej karosérii domácej novej energetickej automobilky je zváranie zostavy dverí a konštrukcie bočnej steny tiež vyrobené z hliníkovej zliatiny laserovým samofúznym zváraním.

2. Zváranie laserovým drôtom zo zliatiny hliníka

Pri zváraní plnením laserovým drôtom sa laser stále používa ako hlavný zdroj tepla na roztavenie zváraného kovu, ale zariadenie na automatické podávanie drôtu sa používa na nepretržité privádzanie naplneného kovu do taveniny, aby sa dosiahol proces metalurgického spojenia. V porovnaní s laserovým samofúznym zváraním uvoľnilo zváranie laserovým drôtom požiadavky na presnosť medzery procesu zvárania vyplnením rôznych komponentov zváracieho drôtu, zlepšilo metalurgické vlastnosti zvaru, zabránilo zváraniu horúcich trhlín a pórov, zlepšilo stabilita procesu zvárania a mechanické vlastnosti spoja.

Zváranie laserovým drôtom z hliníkovej zliatiny má vlastnosti dobrej kvality vzhľadu, presnosť procesnej medzery je voľnejšia ako laserové samofúzne zváranie atď. Zvyčajne sa používa na vonkajšom povrchu tela, napríklad medzi horným krytom a bočnou stenou, a medzi hornou a spodnou doskou krytu kufra. Existujú aj niektoré modely s cieľom dosiahnuť vyššiu kvalitu zvárania a použiť zváranie laserovým drôtom na zváranie dverí z hliníkovej zliatiny.

3. Laserové oblúkové zváranie z hliníkovej zliatiny

Laserové oblúkové kompozitné zváranie je kombináciou lasera a oblúka dvoch druhov tepelných zdrojov s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami a mechanizmom prenosu energie, ktoré spolupracujú na zváraných častiach. Obidva naplno využívajú výhody dvoch zdrojov tepla a vzájomne kompenzujú svoje nedostatky. Pri laserovom oblúkovom kompozitnom zváraní hliníkovej zliatiny môže oblúk viesť laserový zdroj tepla, zlepšiť absorpčnú kapacitu hliníkovej zliatiny a mieru využitia energie v procese zvárania a tvarovateľnosť povrchu zvaru je lepšia ako u lasera. samotavné zváranie. Okrem toho zavedenie oblúka môže výrazne znížiť presnosť upnutia zváracích častí a oblúk má zrieďovací účinok na laserovú zváraciu plazmu, čo môže znížiť tieniaci účinok plazmy na laser. Laser hrá dôležitú úlohu pri stabilite oblúka, takže oblúk môže pri vysokorýchlostnom zváraní stabilne pôsobiť na spoj, čo môže zlepšiť kvalitu zvárania spoja a zvýšiť rýchlosť zvárania.

Hustota energie laserového zváracieho lúča hliníkovej zliatiny môže dosiahnuť 109 W/cm2 a má výhody koncentrovaného ohrevu, malého tepelného poškodenia, veľkého pomeru hĺbky zvaru k šírke a malej deformácie zvárania. Proces zvárania je ľahko integrovaný, automatizovaný a flexibilný, ktorý dokáže realizovať vysokorýchlostné a vysoko presné zváranie a proces zvárania nepotrebuje vákuové prostredie a nevytvára röntgenové žiarenie, zvlášť vhodné pre vysoko presné zváranie. zváranie zložitých konštrukcií. Najatraktívnejšou vlastnosťou laserového zvárania hliníkovej zliatiny je jej vysoká účinnosť a aby sa táto vysoká účinnosť naplno prejavila, je potrebné ju aplikovať na hlboké zváranie veľkých hrúbok. Nevyhnutným trendom budúceho vývoja bude preto výskum a aplikácia vysokovýkonného lasera pre zváranie veľkých hrúbok s hlbokým prienikom. Zváranie s veľkou hrúbkou s hlbokým prienikom zvýrazňuje jav dierky a jej vplyv na pórovitosť zvaru, takže mechanizmus tvorby a kontrola dierok sa stáva čoraz viac, čo sa v priemysle stane horúcou témou.

Zlepšenie stability procesu laserového zvárania, tvarovania zvarov a kvality zvárania je cieľom, ktorý ľudia sledujú. Preto sa budú ďalej zdokonaľovať a rozvíjať nové technológie, ako je proces zloženia laserovým oblúkom, laserové zváranie plniacim drôtom, zváranie práškovým laserom bez prednastavenia, technológia dvojitého zaostrenia, tvarovanie lúča.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik špecializujúci sa na výskum a vývoj, výrobu a predaj automatického laserového plátovacieho stroja, vysokorýchlostného laserového plátovacieho stroja, laserového kaliaceho stroja, laserového zváracieho stroja a laserového 3D tlačového zariadenia. Naše produkty sú nákladovo efektívne a predávajú sa doma iv zahraničí. Ak máte záujem o naše produkty, kontaktujte nás na adrese bob@gshenglaser.com.