Laserkeevitustehnoloogia kasutamine alumiiniumisulamite keevitamisel

Alumiiniumsulami kasutamine traditsioonilise terase asendamiseks autol on üks olulisi viise auto kerge kaalu saavutamiseks. Hea soojusjuhtivusega ja suure joonpaisumisteguriga alumiiniumisulami omaduste tõttu on aga keevitamisel mõningaid probleeme:

1) alumiiniumisulamist keevisliide pehmendab tõsiselt, madal tugevustegur;

2) Alumiiniumsulamit on lihtne oksüdeerida, et saada tulekindel oksiidkile (Al2O3, sulamistemperatuur on 2060 kraadi), mis vajab suure võimsusega tihedusega keevitusprotsessi;

3) kergesti tekkivad poorid;

4) Lineaarne paisumistegur on suur, kergesti tekkiv keevitusdeformatsioon ja keevituspraod;

5) Soojusjuhtivus ja erisoojusvõimsus on suured ning soojussisend on 2–4 korda suurem kui keevitatud terasel.

Seetõttu on suure jõudlusega alumiiniumisulamist keevisliidete saamiseks vaja suurt energiatihedust, madalat keevitussoojussisendit ja suurt keevituskiirust, mille hulgas on laserkeevitus üks perspektiivikamaid alumiiniumisulamite keevitustehnoloogiaid.

Laserkeevitus on tõhus ja täpne keevitusmeetod, mis kasutab soojusallikana suure energiatihedusega laserkiirt, mille omadused on kiire kiirus, suur läbitung, väike deformatsioon, hea töötlemise paindlikkus ja lihtne automatiseerimine, kui seda kasutatakse alumiiniumisulamite keevitamisel. Seda on laialdaselt kasutatud kosmosetööstuses, autotööstuses ja kergetööstuse elektroonikas ja muudes valdkondades, kuid seda kasutatakse alumiiniumisulamite laserkeevitamisel. Samuti on mõningaid probleeme ja raskusi.

1.1 Alumiiniumsulamil on laseri väga madal neeldumiskiirus

Alumiiniumsulamil on laserile tugev peegeldav toime, mis on tingitud vabade elektronide suurest tihedusest alumiiniumisulami tahkes olekus, mis võimaldab kergesti peegeldada valgusvihus oleva footoniga energiat. 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.

Optimeerimismeetmed:

1) Suurendades laseri võimsustihedust, et parandada alumiiniumisulamist laseri neeldumist. Laseri võimsustiheduse suurenemine põhjustab keevitusbasseinis väikese augu efekti, mis võib oluliselt parandada materjali laseri neeldumiskiirust.

2) Võtke kasutusele sobiv pinna eeltöötlusprotsess. Alumiiniumsulami laseri neelduvuse võrdlemiseks kasutati elektrolüütilist poleerimist, anodeerimist ja liivapritsi. Leiti, et alumiiniumisulamist pindade anodeerimine ja liivapritsiga töötlemine võib oluliselt parandada laseri neelduvust.

3) Samuti on leitud, et liigesvorm mõjutab laseri neeldumist. V-kujuline kaldnurk ja nelinurkne kaldviis soodustavad võtmeaukude teket paremini kui mittekaldliigendid ning laseri võimsustihedus suureneb ja alumiiniumisulami laseri neeldumiskiirus suureneb.

1.2 Kergesti tekkivad poorid

Poorid on alumiiniumisulami laserkeevitamise kõige levinum ja kõige olulisem defekt. Pooride tüübid 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, vesinikusisalduseni. Alumiiniumsulamist on pärast jahutamist ja tahkumist 0,036 ml/100 g ning 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 alumiiniumisulamite laserkeevitamise kiire jahutusprotsessi käigus liiga hilja välja pääsemiseks 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. Alumiiniumsulami laserkeevitamise poorsuse defektide vähendamiseks on palju meetmeid, näiteks laserkiire kõndimisraja muutmine, kiire võnkumise kasutamine sulabasseini segamiseks, poorsuse pinnalt pääsemise võimaluse suurendamine, traadi või sulami kasutamine pulber ning topeltpunktitehnoloogia ja laserkomposiitkeevitus võib saavutada poorsust vähendava efekti, kuid seda on raske põhimõtteliselt kõrvaldada.

1.3 Kuumade pragude kalduvus

Kuumpragude tekkepõhjus alumiiniumisulami laserkeevitamisel on peamiselt seotud selle omaduste ja keevitusprotsessiga. Alumiiniumsulami tahkestumise 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.

1.4 Keevisõmbluse struktuuri ja soojustsooni pehmendamine

"Pehmenemine" on keevisliidete tugevuse ja kõvaduse vähenemise nähtus. Alumiiniumsulamist laserkeevitusliite kasutamisel on pehmenemisprobleemid ka keevisliidese keevisstruktuuril ja kuumusest mõjutatud tsoonil. Suur hulk uuringuid 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 murdumise ja läbipainde põhjustatud plasma, 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.

2.1 Alumiiniumisulamist laser-isesulamiskeevitus

Laser-isesulamiskeevitus viitab suure energiatihedusega laserkiirele kui soojusallikale, mis mõjutab alusmaterjali pinda, nii et alusmaterjal ise sulab, moodustades keevisliidese 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.

2.2 Alumiiniumisulamist lasertraadiga täitekeevitus

Lasertraadi täitekeevitusel kasutatakse keevitatud metalli sulatamiseks endiselt laserit peamise soojusallikana, kuid automaatset traadi etteandeseadet kasutatakse täitemetalli 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 keevitusel on hea välimuse omadused, protsessivahe täpsus on väiksem kui laserkeevitus jne. Tavaliselt kasutatakse seda korpuse välispinnal, näiteks ülemise katte ja külgseina vahel. , ning kohvrikaane ülemise ja alumise plaadi vahel. Samuti on mõned mudelid parema keevituskvaliteedi saavutamiseks ja alumiiniumsulamist uste keevitamiseks lasertraadiga keevitamiseks.

2.3 Alumiiniumisulamist laserkaare komposiitkeevitus

Laser-kaarkomposiitkeevitus on kahe erineva füüsikaliste omaduste ja energiaülekandemehhanismiga soojusallika laser- ja kaarkeevitus, mis töötavad keevitatud osadel koos. See Mõlemad annavad täieliku mängu kahe soojusallika eelistele ja korvavad teineteise puudused. Alumiiniumsulami laserkaarkomposiitkeevitamisel võib kaar juhtida laseri soojusallikat, parandada alumiiniumisulami neeldumisvõimet ja keevitusprotsessis energiakasutust ning keevisõmbluse pinnavormitavus on parem kui keevisõmbluse pinnavormitavus. laser-isesulamiskeevitus. Lisaks võib kaare sisseviimine oluliselt vähendada keevitusdetailide kinnitustäpsust ja kaarel on laserkeevitusplasmale lahjendav toime, mis võib vähendada plasma varjestavat mõju laserile. Laser mängib olulist rolli kaare stabiilsuses, nii et kaar saab kiirkeevituse ajal stabiilselt liigendile mõjuda, mis võib parandada liite keevitamise kvaliteeti ja suurendada keevituskiirust.

Laserkeevituse kasutamisel autotööstuses on palju eeliseid:

1) selle keevituskiirus on kiire, parandab tootmisrütmi ja keevituskiirus võib ulatuda 6 m/min-ni, millel on võrreldamatud eelised teiste valge korpuse ühendusmeetodite ees (nagu punktkeevitus, kaarkeevitus, neetimine);

2) sellel on kere struktuurile väikesed piirangud, seda saab rakendada erinevatele keevitusstruktuuridele (sõlm, nurk, T-liigend, põkk) ja see on ühepoolne keevitamine, kus tala on võimalik saavutada, disain on paindlikum;

3) Selle laserkeevituse küljenõuded on madalad, keevituskülge saab keevitada 6–8 mm, võrreldes punktkeevituse küljenõuetega (16 mm), mida on poole võrra vähendatud, võib see mängida kerget rolli;

4) Katuse ja tagumise katte laserkeevituskonstruktsioon võib vähendada kere kvaliteeti ning pole vaja kasutada hermeetikut ega välist viimistlusplaati, säästes kerekulusid;

5) Laserkeevitusliide on sile ja korralik, hea välimusega jne.

Laserkeevituse paljude eeliste tõttu on see autotööstuses palju muret tekitanud ja seda on eelistanud paljud autotööstuse ettevõtted. Seda kasutatakse Euroopa mudelite (nagu Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot jne) ja Ameerika mudelite (nt Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet jne) erinevates osades (katuse-, uksekomplekt, pagasiruumi kaane välispaneel, külgmised konstruktsiooniosad ja voolupaagi keevitamine jne) ning kvaliteetse korpuse ühe sümbolina valges.

Kuid kõrge ühekordse investeerimiskulu, lehtmetalli täpsuse ja tööriistade täpsuse nõuete tõttu ei kasutata seda kodumaiste kaubamärkide autotootjate seas laialdaselt.

Praegu on alumiiniumisulami korpuse masstootmises kasutatud alumiiniumisulami laserkeevitust. Audi TT, A6/A8 ja Cadillaci lipulaev CT6 on keevitatud alumiiniumisulamist laserkeevitusega ülemises kaanes ja külgseintes. Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW 5-seeria /7-seeria, Mercedes-Benz S-seeria /C-seeria ja muud pagasiruumi katteplaadi mudelid kasutavad alumiiniumisulamist laserkeevitust. Audi A6/A8, Mercedes-Benz S/C seeria, BMW 5/7 seeria jne uksed kasutavad alumiiniumisulamist laserkeevitust. Nio kasutas ka suurel hulgal alumiiniumisulamist laserkeevitust nii kaanes ja külgseinas kui ka ukses.

Autotehnoloogia pideva arengu, tööstuse töötlemisvõimsuse ja töötlemise kvaliteedi tõttu vähenevad laserkeevitamise kasutamise kulud oluliselt. Samal ajal, kui autotööstuses on kergkaalu arenenud, suureneb alumiiniumisulami kasutamine autokeres, laserkeevitus kui üks olulisi ühendusmeetodeid alumiiniumisulami keevituskvaliteedi probleemi lahendamiseks, kasutatakse laialdasemalt autotööstus.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiline ettevõte, mis on spetsialiseerunud automaatsete laserkattemasinate, kiirete laserkattemasinate, laserkarastusmasinate, laserkeevitusseadmete ja 3D-printimisseadmete uurimis- ja arendustegevusele, tootmisele ja müügile.

Kui olete meie toodetest huvitatud, võtke meiega ühendust aadressil bob@gshenglaser.com.