Kuidas lahendada alumiiniumisulami laserkeevitamise probleem

Praegu on autode torujuhtmete keerukuse suurenemisega üha rohkem keevituspunkte, mis toob paratamatult kaasa palju leekkeevitusprobleeme. Loomulikult on igal keevitusmeetodil oma eelised ja puudused. Selles artiklis analüüsitakse laserkeevituse kliimaseadme torustiku teostatavust.

Tänapäeval kasutatakse laserkeevitust masinatööstuses laialdaselt. Lisaks on lasertehnoloogial ka väike keevitussoojussisend, väike mõju keevitussoojusele ja seda ei ole kerge deformeeruda, mistõttu on see alumiiniumisulamite keevitamise valdkonnas pälvinud erilist tähelepanu.

Teisest küljest on alumiiniumisulami töötlemisomaduste tõttu alumiiniumisulamist laserkeevitamisel mõningaid keevitusraskusi. Kuidas neid probleeme lahendada?

Probleem 1: alumiiniumisulamil on laseri madal neeldumiskiirus. See probleem on peamiselt tingitud alumiiniumisulami materjali probleemist. Tänu alumiiniumisulami suurele esialgsele peegelduvusele ja kõrgele soojusjuhtivusele laserkiire suhtes on alumiiniumisulami neeldumiskiirus laserkiire suhtes enne sulamist väga madal. Alumiiniumsulamil on laserile tugev peegeldusefekt, mis on tingitud vabade elektronide suurest tihedusest alumiiniumisulami tahkes olekus, mis võimaldab kergesti peegeldada energiat kiirtes oleva footoniga.

Uuringud näitavad, et alumiiniumisulami peegelduvus gaasilise CO2 laseri suhtes on koguni 90% ja tahke laseri peegeldusvõime on ligi 80%. Samal ajal on alumiiniumisulamil tugev soojusjuhtivus, mille tulemuseks on alumiiniumisulamist laseri väga madal neeldumiskiirus. Seetõttu tuleb alumiiniumisulami laseri neeldumiskiiruse parandamiseks võtta asjakohaseid meetmeid.

Selle probleemi lahendamiseks hõlmavad lahendused peamiselt järgmisi aspekte:

1. Alumiiniumisulamist materjali pinna eeltöötlus. Alumiiniumsulamitel on kõrge laservastus. Alumiiniumisulamist pinna nõuetekohane eeltöötlus, nagu anoodoksüdatsioon, elektrolüütiline poleerimine, liivapritsiga töötlemine, liivapritsiga töötlemine jne. See võib oluliselt parandada kiirgusenergia pinna neeldumist. Tulemused näitavad, et alumiiniumisulami kristalliseerumistendents pärast oksiidkile eemaldamist on suurem kui algse alumiiniumisulami oma. Selleks, et mitte hävitada alumiiniumisulami pinnaviimistlust ja lihtsustada laserkeevitusprotsessi, saab keevitusprotsessi kasutada tooriku pinnatemperatuuri tõstmiseks ja materjali laseri neeldumiskiiruse parandamiseks.

2. Vähendage täpi suurust ja parandage laseri võimsustihedust. Alumiiniumsulami laseri neeldumist parandab laseri võimsustiheduse suurendamine. Laseri võimsustiheduse suurenemine põhjustab keevitusbasseinis väikese augu efekti, mis võib oluliselt parandada materjali laseri neeldumiskiirust.

3. Muutke keevitusstruktuuri nii, et laserkiir peegeldub pilus mitu korda, et hõlbustada alumiiniumisulami laserkeevitamist. Liigeste vorm mõjutab laservalguse neeldumist. V-kujuline kaldnurk ja ruudukujuline kaldnurk soodustavad võtmeaukude teket paremini kui mittekaldliigendid ning laseri võimsustihedus suureneb ja alumiiniumisulami laseri neeldumiskiirus.

Probleem 2: alumiiniumisulami laserkeevitusprotsessis on lihtne tekitada poore ja kuumi pragusid, millest on lihtne tekitada poore ja kuumi pragusid. Poorsus on kõige levinum ja kõige olulisem defekt alumiiniumisulami laserkeevitamisel. Stomatüübid võib jagada kahte kategooriasse.

Üks on see, et vesiniku lahustuvuse järsu languse tõttu alumiiniumisulami laserkeevitamise jahutusprotsessis võib sula alumiiniumsulami vesinikusisaldus ulatuda {{0}},69 ml/100 g, vesiniku sisaldus. Alumiiniumsulamist on pärast jahutamist ja tahkumist 0,036 ml/100 g ja üleküllastunud vesinik sadestub, moodustades vesinikupoorid. Lisaks on alumiiniumisulami pinnal oksiidkile ning alumiiniumsulami pinnal olev kristallvees, õhus ja kaitsegaasis olev vesi laguneb keevitamise käigus otse vesinikuks. Need vesinikupoorid on liiga hilja alumiiniumisulamite laserkeevitamise kiire jahutusprotsessi käigus väljumiseks ja jäävad keevisõmblusesse vesinikupooride moodustamiseks.

Teine on tingitud laserkeevitusprotsessis tekkiva võtmeaugu ebastabiilsusest ja kokkuvarisemisest ning vedelal metallil pole aega auku täita. Liigne poorsus vähendab keevisõmbluse tihedust, vuugi kandevõimet ning vuugi tugevust ja plastilisust erineval määral.

Laserkeevituse gaasiava defektide vähendamiseks on palju meetmeid, näiteks sulabasseini segamise võimalus, pinna võimaluse lisamine, traadi täitmine või sulamipulbri täitmine ja kasutamine topeltpunkttehnoloogia ja laserkomposiitkeevitus, et vähendada pooride mõju, kuid kogu asja on raske kõrvaldada. Alumiiniumi soojusjuhtivus on parem ja laseri võimsuse lainekuju saab reguleerida vastavalt alumiiniumisulami materjalile, paksusele ja pinnaseisundile. Juhtiva tipulaine tüüpi keevitamise pildil saab seda kasutada ka pärast eelsoojendust isoleeritud lainetüübi keevitamiseks, mis võib mängida rolli gaasi ja gaasiavade vähendamisel. See võib vähendada pooride ebastabiilsust, muuta laserkiire nurka ja rakendada keevitamisel magnetvälja ning tõhusalt juhtida keskklassi poore.

Alumiiniumsulami laserkeevitamisel tekkivate kuumapragude põhjus on peamiselt seotud selle omaduste ja keevitusprotsessiga. Alumiiniumsulami tahkumise ajal on kokkutõmbumiskiirus suur (kuni 5%), keevituspinge ja deformatsioon on suured ning keevismetall tekitab kristalliseerumise ajal piki terade piiri madala sulamistemperatuuriga eutektilise struktuuri, nii et tera piir. sidejõud nõrgeneb ja tõmbepinge mõjul tekivad kuumad praod.

Kuumade pragude kalduvust saab vähendada traadi või sulamipulbri täitmisega ning kuumade pragude kalduvust saab vähendada ka keevitusprotsessi parameetrite reguleerimisega, et reguleerida kütte- ja jahutuskiirust. YAG laserite kasutamisel saab soojussisendit juhtida, reguleerides impulsi lainekuju, et vähendada kristallide pragunemist.

Ülesanne 3: Keevisühenduste mehaanilised omadused halvenevad – pehmenemine

Legeerelementide põlemiskadu keevitusprotsessis vähendab alumiiniumisulamist keevisliidete mehaanilisi omadusi.

"Pehmenemine" on keevisliidete tugevuse ja kõvaduse vähenemise nähtus. Alumiiniumsulamist laserkeevitusliite kasutamisel on pehmenemisprobleemid ka keevisliidese keevisstruktuuril ja kuumusest mõjutatud tsoonil. Paljud uuringud on näidanud, et alumiiniumisulami keevitamise pehmenemisnähtust on raske põhimõtteliselt kõrvaldada, kuid võrreldes gaasvarjestatud keevitusega vähendab laserkeevitus soojuse sisendit ja muudab keevisõmbluse pehmenemistsooni kitsamaks. Võrreldes MIG-keevitusega on laserkeevitatud alumiiniumisulamist liigeste "pehmenemisaste" madalam ja tõmbetugevus suureneb keevituskiiruse suurenemisega. Plasma mõju keevitusprotsessile Alumiiniumelemendi ionisatsioonienergia on madal, laserkeevitamisel on kergem moodustada metalliplasma, laseri murdumisest põhjustatud plasma, läbipaine, muutes seeläbi laserkiire fookust, nii et keevisõmbluse läbitungimissuhe väheneb, mis mõjutavad keevisliidete kvaliteeti. Pulbri eelseadistamisega tooriku pinnale nõrgeneb plasma paisumine ja pulseerimine kõrguse suunas, nii et plasma suudab säilitada tooriku pinnal suhteliselt stabiilse pulsatsiooniamplituudi.

Alumiiniumisulami keevisliidete mehaanilised omadused vähenevad keevitamise ajal ebastabiilse poorsuse tõttu. Alumiiniumisulamid hõlmavad peamiselt Zn, Mg ja Al. Keevitusprotsessi ajal on alumiiniumil kõrgem keemispunkt kui kahel teisel elemendil. Seetõttu võib alumiiniumsulamist komponentide keevitamisel lisada mõningaid madala keemispunktiga legeerivaid elemente, mis soodustavad väikeste aukude teket ja keevitamise tugevust.

1. Alumiiniumisulamist laser-isesulamiskeevitus

Laser-isesulamiskeevitus viitab suure energiatihedusega laserkiirele kui soojusallikale, löögile alusmaterjali pinnale, nii et alusmaterjal ise sulab, moodustades keevitusühenduse keevitusmeetodi. Alumiiniumsulami laserkeevitamiseks on alumiiniumisulami pinnal laseri suhtes kõrge peegeldusvõime ja keevitamisel on vaja suurt laseri võimsust. Laserpunkti läbimõõt on väike, keevitusseadmete täpsus on kõrge ja osade vahede tolerantsi väärtus on madal ning osade vaheväärtus peab tavaliselt olema väiksem kui 0. 2 mm. Keevitusprotsessi ajal on kuumenemis- ja jahutuskiirus kiire, keevituspoorsuse defekte on palju, laseri energiatihedus on kontsentreeritud ja võtmeaugu efekt võib kergesti põhjustada keevisõmbluse nõgusa ja servahammustuse nähtust, nii et keevitusprotsessi parameetrid on kõrgemad nõuded. Laser-isesulamkeevitus alumiiniumisulamite keevitamisel peegeldab hea keevituskvaliteedi, kiire keevituskiiruse ja lihtsa automatiseerimise eeliseid ning seda kasutatakse laialdaselt autotööstuses. Elektrisõidukite tööstuses tehakse aku kesta tihendus peamiselt alumiiniumisulamist laser-isesulamiskeevitusega. Kodumaise uue energiaga autofirma alumiiniumkorpuses on ka uksesõlme ja külgseina konstruktsiooni keevitamine valmistatud alumiiniumisulamist laser-isesulamiskeevitusest.

2. Alumiiniumisulamist lasertraadiga täitekeevitus

Lasertraadi täitmisel keevitamisel kasutatakse keevitatud metalli sulatamiseks peamise soojusallikana endiselt laserit, kuid automaatset traadi etteandeseadet kasutatakse täidetud metalli pidevaks söötmiseks sulamisbasseini, et saavutada metallurgiline ühendusprotsess. Võrreldes laser-isesulamiskeevitusega leevendas lasertraadi täitekeevitus keevitusprotsessi pilude täpsuse nõudeid, täites keevistraadi erinevaid komponente, parandades keevisõmbluse metallurgilisi omadusi, vältides keevitamisel kuumade pragude ja pooride tekkimist, parandades keevitusprotsessi stabiilsus ja liite mehaanilised omadused.

Alumiiniumisulamist lasertraadiga keevitamisel on hea välimuse kvaliteet, protsessi tühiku täpsus on lõdvem kui laser-isesulamiskeevitus jne. Tavaliselt kasutatakse seda korpuse välispinnal, näiteks ülemise katte ja külgseina vahel, ning kohvri katte ülemise ja alumise plaadi vahele. Samuti on mõned mudelid parema keevituskvaliteedi saavutamiseks ja alumiiniumsulamist uste keevitamiseks lasertraadiga keevitamiseks.

3. Alumiiniumisulamist laserkaare komposiitkeevitus

Laserkaare komposiitkeevitus on kahe erineva füüsikaliste omaduste ja energiaülekandemehhanismiga soojusallika laser- ja kaarkeevitus, mis töötavad keevitatud osadel koos. Mõlemad annavad täieliku mängu kahe soojusallika eelistele ja korvavad üksteise puudused. Alumiiniumsulami laserkaare komposiitkeevitamisel võib kaar juhtida laseri soojusallikat, parandada alumiiniumisulami neeldumisvõimet ja keevitusprotsessis energiakasutust ning keevisõmbluse pinnavormitavus on parem kui laseril. isesulav keevitamine. Lisaks võib kaare kasutuselevõtt oluliselt vähendada keevitusosade kinnitustäpsust ja kaaril on laserkeevitusplasmale lahjendav toime, mis võib vähendada plasma varjestavat mõju laserile. Laser mängib olulist rolli kaare stabiilsuses, et kaar saaks kiirkeevituse ajal stabiilselt liigendile mõjuda, mis võib parandada liite keevitamise kvaliteeti ja tõsta keevituskiirust.

Alumiiniumsulami laserkeevituskiire energiatihedus võib ulatuda 109 W/cm2 ja selle eelised on kontsentreeritud kuumutamine, väikesed termilised kahjustused, suur keevitussügavuse ja laiuse suhe ning väike keevitusdeformatsioon. Keevitusprotsess on hõlpsasti integreeritav, automatiseeritud ja paindlik, mis võimaldab teostada kiiret ja ülitäpset keevitust ning keevitusprotsess ei vaja vaakumkeskkonda ega tekita röntgenikiirgust, mis sobib eriti suure täpsusega. keeruliste konstruktsioonide keevitamine. Alumiiniumsulami laserkeevituse kõige atraktiivsem omadus on selle kõrge efektiivsus ja selle kõrge efektiivsuse täielikuks mängimiseks on vaja seda rakendada suure paksusega sügavkeevitamisel. Seetõttu on suure võimsusega laseri uurimine ja rakendamine suure paksusega sügavkeevitamiseks tulevase arengu vältimatuks suundumuseks. Suure paksusega sügav läbitungiv keevitamine tõstab esile nööpaugu nähtuse ja selle mõju keevisõmbluse poorsusele, mistõttu muutub aukude moodustumise mehhanism ja juhtimine üha olulisemaks, mis muutub tööstuses kuumaks probleemiks.

Laserkeevitusprotsessi stabiilsuse, keevisõmbluse vormimise ja keevitamise kvaliteedi parandamine on inimeste eesmärk. Seetõttu täiustatakse ja arendatakse veelgi uusi tehnoloogiaid, nagu laserkaare komposiitprotsess, täitetraadiga laserkeevitus, eelseadistamata pulberlaserkeevitus, kahe fookusega tehnoloogia, kiirte kujundamine.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiline ettevõte, mis on spetsialiseerunud automaatsete laserkattemasinate, kiire laserkattemasina, laserkarastusmasina, laserkeevitusmasina ja laser-3D-printimise seadmete uurimis- ja arendustegevusele, tootmisele ja müügile. Meie tooted on kulutõhusad ja neid müüakse nii kodu- kui välismaal. Kui olete meie toodetest huvitatud, võtke meiega ühendust aadressil bob@gshenglaser.com.