Яндекс.Метрика

Анализ трудностей в процессе лазерной сварки алюминиевого сплава

11, 2019

by Oree Laser

Технология сварки алюминиевого сплава


Алюминиевый сплав обладает высокой удельной прочностью, высокой усталостной прочностью, хорошей вязкостью разрушения и низкой скоростью роста трещин, а также имеет отличную технологичность обработки и хорошую коррозионную стойкость. Он широко используется в аэрокосмической, автомобильной, машиностроительной, морской и химической промышленности. Широкое применение алюминиевого сплава способствует развитию технологии сварки алюминиевого сплава, а развитие технологии сварки расширило область применения алюминиевого сплава.

 

Тем не менее, характеристики самого алюминиевого сплава заставляют связанную с ним технологию сварки столкнуться с некоторыми насущными проблемами, которые необходимо решить: поверхность огнеупорная для оксидной пленки, соединение размягчается, поры легко генерируются, тепло легко деформируется, и теплопроводность слишком велика. Обычная сварка алюминиевого сплава обычно использует сварку TIG или MIG. Хотя эти два метода сварки имеют высокую удельную энергию и могут обеспечить хорошие соединения при сварке алюминиевого сплава, но при этом все еще наблюдается плохая проницаемость, сварочная деформация и низкая эффективность производства, поэтому люди стали теперь искать методы сварки, и лазерные технологии постепенно стали применяется в промышленности в середине и конце 20-го века. Корпус самолета Airbus A340, произведенный европейской компанией Airbus, заменил оригинальный процесс клепки технологией лазерной сварки, что позволило уменьшить вес фюзеляжа примерно на 18% и снизить стоимость изготовления почти на 25%. Немецкие автомобили Audi A2 и A8 с алюминиевой структурой также выигрывают от разработки и применения технологии лазерной сварки алюминиевого сплава. Эти успешные примеры в значительной степени способствовали исследованиям лазерных сварных алюминиевых сплавов, которые в будущем стали основным направлением развития технологии сварки алюминиевых сплавов. Лазерная сварка обладает такими преимуществами, как высокая удельная мощность, низкий подвод тепла при сварке, небольшая зона воздействия сварочного тепла и небольшая сварочная деформация, что заставляет уделять особое внимание сварке алюминиевых сплавов.


1.jpg


Проблемы и меры противодействия лазерной сварке алюминиевого сплава


● Высокая отражательная способность и высокая теплопроводность поверхностей из алюминиевого сплава


Это можно объяснить микроструктурой алюминиевого сплава. Из-за присутствия свободных электронов высокой плотности в алюминиевом сплаве свободные электроны вынуждены вибрировать лазером (сильные электромагнитные волны), чтобы генерировать вторичные электромагнитные волны, что приводит к сильным отраженным волнам и более слабым проходящим волнам, поэтому поверхность алюминиевый сплав имеет высокую отражательную способность и небольшую скорость адсорбции для лазера. В то же время броуновское движение свободных электронов становится более сильным при стимуляции, поэтому алюминиевый сплав также обладает высокой теплопроводностью.


В связи с высокой отражательной способностью алюминиевого сплава на лазер, много исследований было сделано в стране и за рубежом. Результаты испытаний показывают, что надлежащая предварительная обработка поверхности, такая как пескоструйная обработка, шлифование, химическое травление поверхности, нанесение покрытия на поверхность, графитовое покрытие и окисление в воздушной печи, может уменьшить отражение луча и эффективно увеличить поглощение энергии луча алюминиевым сплавом. Кроме того, с точки зрения конструкции сварочной конструкции, создание отверстий в поверхности из алюминиевого сплава вручную или использование соединения в виде светосбора, открытие V-образных канавок или использование шовной сварки (сварочный газ эквивалентен ручному изготовлению отверстий) может увеличиваться поглощение алюминиевого сплава лазером и получение большей глубины плавления. Кроме того, разумная конструкция сварочного газа может быть использована для увеличения поглощения энергии лазера на энергию лазера.


● Важные факторы, влияющие на лазерную сварку алюминиевого сплава


В процессе лазерной сварки алюминиевого сплава появление небольших отверстий может значительно улучшить скорость поглощения материала лазером, в то время как алюминиевый элемент и Mg, Zn и Li в алюминиевом сплаве имеют низкую температуру кипения, легко испариться и большое давление пара. Хотя это способствует образованию небольших дырок, охлаждающий эффект плазмы (экранирование и поглощение энергии плазмой уменьшает подвод энергии лазера к основному материалу) приводит к «перегреву» самой плазмы, но препятствует непрерывному наличие маленьких дырок. Легко создавать дефекты сварки, такие как поры, которые влияют на механические свойства сварочного формования и соединения. Поэтому индукция и стабилизация небольших отверстий становятся ключевым моментом для обеспечения качества лазерной сварки.


Из-за высокой отражательной способности и высокой теплопроводности алюминиевых сплавов, необходимо иметь более высокую плотность энергии лазера, чтобы вызвать образование маленьких дырок. Поскольку порог плотности энергии в основном определяется составом его сплава, стабильный процесс сварки может быть получен путем контроля параметров процесса и выбора мощности лазера для обеспечения подходящего тепловыделения. Кроме того, на порог плотности энергии в некоторой степени влияет тип защитного газа. Например, при лазерной сварке алюминиевого сплава легче создавать небольшие отверстия при использовании газа N2, в то время как при использовании газа He нельзя создавать небольшие отверстия. Это связано с тем, что экзотермическая реакция может происходить между N2 и AI, и получающееся в результате тройное соединение Al-N-O увеличивает скорость лазерного поглощения.


●Проблемы со стомой


Различные типы алюминиевых сплавов дают различные типы пор. Обычно считается, что алюминиевые сплавы образуют поры следующих типов в процессе сварки.


(1) Водородная дыра. Когда алюминиевый сплав плавится в атмосфере водорода, его внутреннее содержание водорода может достигать 0,69 мл / 100 г или более. Однако после отверждения способность растворять водород в равновесном состоянии составляет не более 0,036 мл / 100 г, разница почти в 20 раз. Следовательно, при переходе от жидкого к твердому избыток водорода в жидком алюминии должен быть отделен. Если осажденный водород не может плавно всплывать, он накапливает пузырьки и остается в твердом алюминиевом сплаве, превращаясь в поры.


(2) поры образуются защитным газом. В процессе высокоэнергетической лазерной сварки алюминиевого сплава из-за сильного испарения металла в передней части небольшого отверстия на дне расплавленной ванны защитный газ втягивается в расплавленную ванну с образованием пузырьков, которые становится порой, когда пузырьки не вытягиваются и остаются в твердом алюминиевом сплаве.

 

(3) Поры, образовавшиеся в результате коллапса мелких отверстий. В процессе лазерной сварки, когда поверхностное натяжение больше, чем давление пара, маленькие отверстия не смогут сохранять стабильность и разрушаться, а металлические отверстия образуются до того, как его можно будет заполнить. Существует также множество практических мер по уменьшению или предотвращению дефектов пористости при лазерной сварке алюминиевого сплава, таких как регулировка формы волны мощности лазера, уменьшение нестабильного коллапса небольших отверстий, изменение высоты фокуса луча и наклонного освещения, применение воздействия электромагнитного поля во время процесс сварки и сварки в вакууме. В последние годы был разработан процесс использования присадочной проволоки или порошка предварительно настроенного сплава, композитного источника тепла и технологии двойной фокусировки для уменьшения образования пор, что имеет хороший эффект.


● Проблема трещины


Алюминиевые сплавы представляют собой типичные эвтектические сплавы, которые с большей вероятностью вызывают термическое растрескивание при быстром затвердевании лазерной сварки. Образование легкоплавкой эвтектики, такой как AL-Si или Mg-Si, на границе столбчатых зерен во время кристаллизации металла шва является причиной появления трещин. Чтобы уменьшить термический крекинг, лазерная сварка может быть осуществлена путем заполнения проволоки или предварительной настройки мощности сплава. Управление подвод тепла также снижает кристалл крекинга путем регулировки лазерного сигнала.


2.jpg


Перспектива развития лазерной сварки алюминиевого сплава


Самая привлекательная особенность лазерной сварки алюминиевого сплава - это ее высокая эффективность, и в полной мере использовать эту высокую эффективность можно, применяя ее для сварки глубоким расплавом большой толщины. Поэтому неизбежной тенденцией будущего развития является изучение и использование мощных лазеров для глубокой сварки большой толщины.

Повышение стабильности процесса лазерной сварки и повышение качества сварки - вот цели, которые преследуют люди. Следовательно, новые технологии, такие как лазерно-дуговой композитный процесс, проволочная лазерная сварка, порошковая лазерная сварка с заданными параметрами, технология двойной фокусировки и формирование луча, будут дополнительно улучшены и разработаны.


0Комментарии

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Отправить
ПРЕДЫДУЩИЙ Характеристика и анализ применения лазерной резки
Лазерная резка по архитектуре СЛЕДУЮЩИЙ