Как решить проблему лазерной сварки алюминиевого сплава

В настоящее время, с увеличением сложности автомобильных трубопроводов, появляется все больше и больше точек сварки, что неизбежно приводит к множеству проблем, связанных с газопламенной сваркой. Конечно, каждый метод сварки имеет свои преимущества и недостатки. В данной статье анализируется целесообразность лазерной сварки трубопровода системы кондиционирования.

Сегодня лазерная сварка широко применяется в обрабатывающей промышленности. Кроме того, лазерная технология также обладает характеристиками небольшого подвода тепла при сварке, небольшого влияния на зону нагрева при сварке и нелегкой деформации, поэтому ей уделяется особое внимание в области сварки алюминиевых сплавов.

С другой стороны, из-за особенностей обработки алюминиевого сплава лазерная сварка алюминиевых сплавов имеет некоторые трудности со сваркой. Как решить эти проблемы?

Проблема 1: Алюминиевый сплав имеет низкую скорость поглощения лазера. Эта проблема в основном связана с проблемой материала алюминиевого сплава. Из-за высокой начальной отражательной способности и высокой теплопроводности алюминиевого сплава для лазерного луча скорость поглощения алюминиевым сплавом лазерного луча перед плавлением очень низкая. Алюминиевый сплав оказывает сильное отражающее воздействие на лазер, что связано с высокой плотностью свободных электронов в твердом состоянии алюминиевого сплава, которые легко отражают энергию фотона в луче.

Исследования показывают, что коэффициент отражения алюминиевого сплава для газового CO2-лазера достигает 90%, а коэффициент отражения твердотельного лазера близок к 80%. В то же время алюминиевый сплав обладает высокой теплопроводностью, что приводит к очень низкой скорости поглощения лазера из алюминиевого сплава. Поэтому необходимо принять соответствующие меры для улучшения скорости лазерного поглощения алюминиевого сплава.

Для решения этой проблемы решения в основном включают в себя следующие аспекты:

1. Предварительная обработка поверхности материала из алюминиевого сплава. Алюминиевые сплавы обладают высокой чувствительностью к лазерному излучению. Правильная предварительная обработка поверхности алюминиевого сплава, такая как анодное окисление, электролитическая полировка, пескоструйная обработка, пескоструйная обработка и т. д. Это может значительно улучшить поглощение поверхности лучистой энергии. Результаты показывают, что склонность к кристаллизации алюминиевого сплава после удаления оксидной пленки выше, чем у исходного алюминиевого сплава. Чтобы не разрушить отделку поверхности алюминиевого сплава и упростить процесс лазерной сварки, процесс сварки можно использовать для повышения температуры поверхности заготовки и улучшения скорости поглощения материала лазером.

2. Уменьшите размер пятна и улучшите плотность мощности лазера. Лазерное поглощение алюминиевого сплава улучшается за счет увеличения плотности мощности лазера. Увеличение плотности мощности лазера вызовет эффект небольших отверстий в сварочной ванне, что может значительно улучшить скорость поглощения материала лазером.

3. Измените конструкцию сварки так, чтобы лазерный луч многократно отражался в зазоре, чтобы облегчить лазерную сварку алюминиевого сплава. Форма сустава влияет на поглощение лазерного света. V-образный скос и квадратный скос более способствуют образованию замочных скважин, чем нескошенные соединения, а плотность мощности лазера увеличивается, а также увеличивается скорость поглощения лазера алюминиевым сплавом.

Проблема 2: легко образовать поры и горячие трещины, которые легко образовать поры и горячие трещины в процессе лазерной сварки алюминиевого сплава. Пористость является наиболее распространенным и важным дефектом при лазерной сварке алюминиевых сплавов. Типы устьиц можно разделить на две категории.

Во-первых, из-за резкого снижения растворимости водорода в процессе охлаждения при лазерной сварке алюминиевого сплава содержание водорода в расплавленном алюминиевом сплаве может достигать {{0}},69 мл/100 г, содержание водорода алюминиевого сплава после охлаждения и затвердевания составляет 0,036 мл/100 г, а пересыщенный водород выпадает в осадок с образованием водородных пор. Кроме того, на поверхности алюминиевого сплава имеется оксидная пленка, а вода в кристаллической воде, воздух и защитный газ на поверхности алюминиевого сплава непосредственно разлагаются на водород во время сварки. Эти водородные поры слишком поздно выходят во время процесса быстрого охлаждения при лазерной сварке алюминиевых сплавов и остаются в сварном шве, образуя водородные поры.

Другая связана с нестабильностью замочной скважины, образующейся в процессе лазерной сварки, и ее разрушением, и жидкий металл не успевает заполнить отверстие. Излишняя пористость приведет к уменьшению плотности сварного шва, уменьшению несущей способности соединения, снижению в разной степени прочности и пластичности соединения.

Существует множество мер по уменьшению дефектов газового отверстия при лазерной сварке, таких как возможность смешивания расплавленной ванны, возможность добавления поверхности, заполнения проволоки или заполнения порошком сплава, а также использование Технология двойной точечной сварки и лазерная композитная сварка уменьшают эффект пор, но устранить все это сложно. Теплопроводность алюминия лучше, а форму волны мощности лазера можно регулировать в зависимости от материала, толщины и состояния поверхности алюминиевого сплава. Что касается сварки с ведущей волновой сваркой, ее также можно использовать для сварки волнового типа, которая изолируется после предварительного нагрева, что может сыграть роль в уменьшении количества газа и газовых отверстий. Он может уменьшить нестабильность пор, изменить угол лазерного луча, применить магнитное поле при сварке и эффективно контролировать поры среднего класса.

Причина появления горячих трещин при лазерной сварке алюминиевого сплава в основном связана с его собственными характеристиками и процессом сварки. Во время затвердевания алюминиевого сплава степень усадки велика (до 5%), сварочное напряжение и деформация велики, а металл сварного шва образует эвтектическую структуру с низкой температурой плавления вдоль границы зерна во время кристаллизации, так что граница зерна Сила связи ослабляется, и под действием растягивающих напряжений образуются горячие трещины.

Тенденцию к горячему растрескиванию можно уменьшить, заполнив проволоку или порошок сплава, а склонность к горячему растрескиванию также можно уменьшить, регулируя параметры процесса сварки для контроля скорости нагрева и охлаждения. При использовании YAG-лазеров подвод тепла можно контролировать, регулируя форму импульсного сигнала, чтобы уменьшить растрескивание кристаллов.

Проблема 3: Механические свойства сварных звеньев ухудшаются – размягчение.

Угары легирующих элементов в процессе сварки снижают механические свойства сварных соединений алюминиевых сплавов.

«Размягчение» — явление снижения прочности и твердости сварных соединений. При использовании лазерной сварки соединения алюминиевого сплава структура сварного шва и зона термического влияния сварного соединения также имеют проблемы с размягчением. Большое количество исследований показало, что явление разупрочнения при сварке алюминиевых сплавов трудно устранить принципиально, но по сравнению со сваркой в ​​защитных газах лазерная сварка снижает погонную энергию и делает зону размягчения сварного шва более узкой. По сравнению со сваркой MIG степень «размягчения» соединений алюминиевых сплавов, сваренных лазером, ниже, а прочность на разрыв увеличивается с увеличением скорости сварки. Влияние плазмы на процесс сварки Энергия ионизации алюминиевого элемента невелика, при лазерной сварке легче образовывать металлическую плазму, плазма, вызванная преломлением лазера, отклонением, тем самым изменяя фокус лазерного луча, так что степень проплавления сварного шва уменьшается, влияющие на качество сварного соединения. За счет предварительной установки порошка на поверхность заготовки расширение и пульсация плазмы в направлении высоты ослабляются, так что плазма может поддерживать относительно стабильную амплитуду пульсаций на поверхности заготовки.

Механические свойства сварных соединений алюминиевых сплавов снижаются из-за нестабильной пористости при сварке. Алюминиевые сплавы в основном включают Zn, Mg и Al. В процессе сварки алюминий имеет более высокую температуру кипения, чем два других элемента. Следовательно, при сварке компонентов из алюминиевых сплавов можно добавлять некоторые легирующие элементы с низкой температурой кипения, что способствует образованию небольших отверстий и повышению прочности сварки.

1. Лазерная сварка алюминиевого сплава самоплавлением.

Лазерная сварка самосплавлением относится к лазерному лучу с высокой плотностью энергии в качестве источника тепла, воздействующему на поверхность основного материала, так что сам основной материал плавится, образуя метод сварки сварочного соединения. При лазерной сварке алюминиевого сплава поверхность алюминиевого сплава имеет высокую отражательную способность лазера, и во время сварки требуется большая мощность лазера. Диаметр лазерного пятна небольшой, точность сварочного оборудования высокая, значение допуска на зазор деталей низкое, а значение зазора деталей обычно должно быть ниже 0. 2 мм. Во время процесса сварки скорость нагрева и охлаждения высокая, дефектов сварочной пористости много, плотность лазерной энергии концентрируется, а эффект замочной скважины легко вызывает явление вогнутости сварного шва и закусывания кромок, поэтому параметры процесса сварки имеют более высокие требования. Лазерная сварка самоплавлением при сварке алюминиевых сплавов отражает преимущества хорошего качества сварки, высокой скорости сварки и простоты автоматизации и широко используется в автомобильной промышленности. В электромобильной промышленности уплотнение корпуса силовой батареи в основном изготавливается с помощью лазерной самосварки алюминиевого сплава. В алюминиевом кузове отечественной автомобильной компании, работающей на новых источниках энергии, сварка дверного узла и конструкции боковой стенки также выполнена лазерной самосваркой из алюминиевого сплава.

2. Лазерная сварка проволокой из алюминиевого сплава.

При лазерной сварке с заполнением проволокой лазер по-прежнему используется в качестве основного источника тепла для плавления свариваемого металла, но устройство автоматической подачи проволоки используется для непрерывной подачи наполненного металла в ванну расплава для осуществления процесса металлургического соединения. По сравнению с лазерной сваркой самоплавлением, сварка с заполнением лазерной проволокой снижает требования к точности зазора сварочного процесса за счет заполнения различных компонентов сварочной проволоки, улучшения металлургических свойств сварного шва, предотвращения образования горячих трещин и пор при сварке, улучшения качества сварки. стабильность сварочного процесса и механических свойств соединений.

Лазерная сварка алюминиевого сплава имеет характеристики хорошего внешнего вида, точность технологического зазора ниже, чем у лазерной сварки самоплавлением и т. д. Обычно она используется на внешней поверхности корпуса, например, между верхней крышкой и боковой стенкой, и между верхней и нижней пластинами крышки чемодана. Существуют также модели, позволяющие получить более высокое качество сварки и использовать лазерную сварку для сварки дверей из алюминиевого сплава.

3. Лазерно-дуговая сварка композитных материалов из алюминиевого сплава.

Лазерно-дуговая сварка композитов представляет собой сочетание лазера и дуги двух видов источников тепла с разными физическими свойствами и механизмом передачи энергии, которые совместно воздействуют на свариваемые детали. Оба в полной мере раскрывают преимущества двух источников тепла и компенсируют недостатки друг друга. При лазерно-дуговой композитной сварке алюминиевого сплава дуга может направлять лазерный источник тепла, улучшать поглощающую способность алюминиевого сплава и коэффициент использования энергии в процессе сварки, а формуемость поверхности сварного шва лучше, чем у лазера. самоплавящаяся сварка. Кроме того, введение дуги может значительно снизить точность зажима сварочных деталей, а дуга оказывает разжижающее действие на плазму лазерной сварки, что может снизить экранирующее действие плазмы на лазер. Лазер играет важную роль в стабильности дуги, благодаря чему дуга может стабильно воздействовать на соединение во время высокоскоростной сварки, что позволяет улучшить качество сварки соединения и увеличить скорость сварки.

Плотность энергии лазерного сварочного луча алюминиевого сплава может достигать 109 Вт/см2 и обладает преимуществами концентрированного нагрева, небольшого термического повреждения, большого соотношения глубины сварного шва к ширине и небольшой сварочной деформации. Процесс сварки легко интегрируется, автоматизирован и гибок, что позволяет осуществлять высокоскоростную и высокоточную сварку, а процесс сварки не требует вакуумной среды и не производит рентгеновское излучение, что особенно подходит для высокоточной сварки. сварка сложных конструкций. Наиболее привлекательной особенностью лазерной сварки алюминиевых сплавов является ее высокая эффективность, и чтобы в полной мере реализовать эту высокую эффективность, необходимо применять ее при глубокой сварке большой толщины. Поэтому исследование и применение мощного лазера для сварки с глубоким проплавлением большой толщины станет неизбежной тенденцией будущего развития. Сварка с глубоким проваром большой толщины подчеркивает явление точечных отверстий и его влияние на пористость сварного шва, поэтому механизм образования и контроля точечных отверстий становится все более и более, что станет актуальной проблемой в отрасли.

Повышение стабильности процесса лазерной сварки, формирования сварных швов и качества сварки — цель, которую преследуют люди. Поэтому новые технологии, такие как лазерно-дуговой композитный процесс, лазерная сварка присадочной проволокой, порошковая лазерная сварка без предварительной настройки, технология двойного фокуса, формирование луча, будут и дальше совершенствоваться и развиваться.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже автоматических машин для лазерной наплавки, высокоскоростных машин для лазерной наплавки, машин для лазерной закалки, машин для лазерной сварки и оборудования для лазерной 3D-печати. Наша продукция экономически эффективна и продается внутри страны и за рубежом. Если вы заинтересованы в нашей продукции, свяжитесь с нами по адресу bob@gshenglaser.com.