Hoe het probleem van het laserlassen van aluminiumlegeringen op te lossen

Momenteel, met de toename van de complexiteit van autopijpleidingen, komen er steeds meer laspunten, wat onvermijdelijk veel vlamlasproblemen met zich meebrengt. Uiteraard heeft elke lasmethode zijn eigen voor- en nadelen. Dit artikel analyseert de haalbaarheid van laserlassen van airconditioningpijpleidingen.

Tegenwoordig wordt laserlassen veel gebruikt in de verspanende industrie. Bovendien heeft lasertechnologie ook de kenmerken van een kleine laswarmte-inbreng, een kleine invloed op het laswarmtegebied en niet gemakkelijk te vervormen, daarom heeft het speciale aandacht gekregen op het gebied van het lassen van aluminiumlegeringen.

Aan de andere kant heeft laserlassen van aluminiumlegeringen, vanwege de verwerkingseigenschappen van aluminiumlegeringen, enkele lasproblemen. Hoe deze problemen op te lossen?

Probleem 1: Aluminiumlegering heeft een lage absorptiesnelheid van laser. Dit probleem is voornamelijk te wijten aan het materiaalprobleem van de aluminiumlegering. Vanwege de hoge initiële reflectiviteit en hoge thermische geleidbaarheid van aluminiumlegeringen naar de laserstraal, is de absorptiesnelheid van aluminiumlegeringen naar de laserstraal vóór het smelten zeer laag. Aluminiumlegering heeft een sterk reflectie-effect op laser, wat te wijten is aan de hoge dichtheid van vrije elektronen in de vaste toestand van aluminiumlegering, waardoor de energie gemakkelijk kan worden gereflecteerd met het foton in de straal.

Studies tonen aan dat de reflectiviteit van een aluminiumlegering op een CO2-gaslaser maar liefst 90% bedraagt, en de reflectiviteit van een vaste laser bijna 80%. Tegelijkertijd heeft aluminiumlegering een sterke thermische geleidbaarheid, wat resulteert in een zeer lage absorptiesnelheid van laser van aluminiumlegering. Daarom moeten passende maatregelen worden genomen om de laserabsorptiesnelheid van aluminiumlegeringen te verbeteren.

Om dit probleem op te lossen omvatten de oplossingen voornamelijk de volgende aspecten:

1. Oppervlaktevoorbehandeling van materiaal van aluminiumlegering. Aluminiumlegeringen hebben een hoge laserrespons. Een goede voorbehandeling van het oppervlak van de aluminiumlegering, zoals anodische oxidatie, elektrolytisch polijsten, zandstralen, zandstralen, enz. Het kan de oppervlakteabsorptie van stralingsenergie aanzienlijk verbeteren. De resultaten tonen aan dat de kristallisatieneiging van een aluminiumlegering na het verwijderen van de oxidefilm hoger is dan die van de originele aluminiumlegering. Om de oppervlakteafwerking van een aluminiumlegering niet te vernietigen en het laserlasproces te vereenvoudigen, kan het lasproces worden gebruikt om de oppervlaktetemperatuur van het werkstuk te verhogen en de absorptiesnelheid van het materiaal door de laser te verbeteren.

2. Verklein de spotgrootte en verbeter de laservermogensdichtheid. De laserabsorptie van een aluminiumlegering wordt verbeterd door de laservermogensdichtheid te vergroten. De toename van de laservermogensdichtheid zal een klein gaatjeseffect in het lasbad veroorzaken, wat de absorptiesnelheid van het materiaal door de laser aanzienlijk kan verbeteren.

3. Verander de lasstructuur zodat de laserstraal vele malen in de opening wordt gereflecteerd om het laserlassen van aluminiumlegeringen te vergemakkelijken. De gewrichtsvorm beïnvloedt de absorptie van laserlicht. V-vormige afschuining en vierkante afschuining zijn bevorderlijker voor de vorming van sleutelgaten dan niet-afgeschuinde verbindingen, en de laservermogensdichtheid neemt toe, en de laserabsorptiesnelheid van aluminiumlegeringen neemt ook toe.

Probleem 2: Het is gemakkelijk om poriën en hete scheuren te produceren, die gemakkelijk te produceren zijn bij het laserlasproces van aluminiumlegeringen. Porositeit is het meest voorkomende en belangrijkste defect bij het laserlassen van aluminiumlegeringen. Huidmondjestypen kunnen in twee categorieën worden verdeeld.

Eén daarvan is dat als gevolg van de scherpe daling van de oplosbaarheid van waterstof tijdens het koelproces bij het laserlassen van een aluminiumlegering, het waterstofgehalte van de gesmolten aluminiumlegering {{0}},69 ml/100 g kan bereiken, het waterstofgehalte van de aluminiumlegering na afkoelen en stollen is 0,036 ml/100 g, en de oververzadigde waterstof slaat neer om waterstofporiën te vormen. Bovendien bevindt zich een oxidefilm op het oppervlak van de aluminiumlegering en wordt het water in het kristalwater, de lucht en het beschermende gas op het oppervlak van de aluminiumlegering tijdens het lassen direct ontleed in waterstof. Deze waterstofporiën zijn te laat om te ontsnappen tijdens het snelle afkoelproces van het laserlassen van aluminiumlegeringen, en blijven in de las achter om waterstofporiën te vormen.

De andere is te wijten aan de instabiliteit van het sleutelgat die wordt gegenereerd tijdens het laserlasproces en het instorten, en het vloeibare metaal heeft geen tijd om het gat te vullen. Overmatige porositeit zal de dichtheid van de las verminderen, het draagvermogen van de verbinding verminderen en de sterkte en plasticiteit van de verbinding in verschillende mate verminderen.

Er zijn veel maatregelen om de defecten van het gasgat bij het laserlassen te verminderen, zoals de mogelijkheid om het gesmolten zwembad te mengen, de mogelijkheid toe te voegen van het oppervlak, het vullen van de draad of het vullen van het legeringspoeder, en het gebruik van dubbele punttechnologie en lasercomposietlassen om het effect van de poriën te verminderen, maar het is moeilijk om het hele ding te elimineren. De warmtegeleiding van aluminium is beter en de golfvorm van het laservermogen kan worden aangepast aan het materiaal, de dikte en de oppervlakteconditie van de aluminiumlegering. In het beeld van het toonaangevende lassen van het tipgolftype kan het ook worden gebruikt voor het lassen van het golftype dat is geïsoleerd na voorverwarmen, wat een rol kan spelen bij het verminderen van de gas- en gasgaten. Het kan de instabiliteit van de poriën verminderen, de hoek van de laserstraal veranderen en het magnetische veld bij het lassen toepassen, en kan de poriën van de middenklasse effectief controleren.

De reden voor hete scheuren bij het laserlassen van aluminiumlegeringen houdt voornamelijk verband met de eigen kenmerken en het lasproces. Tijdens het stollen van een aluminiumlegering is de krimp groot (tot 5%), zijn de lasspanning en vervorming groot en zal het lasmetaal tijdens kristallisatie een eutectische structuur met een laag smeltpunt langs de korrelgrens produceren, zodat de korrelgrens de bindkracht wordt verzwakt en er worden hete scheuren gevormd onder invloed van trekspanning.

De neiging tot heetscheuren kan worden verminderd door het vullen van draad of legeringspoeder, en de neiging tot heetscheuren kan ook worden verminderd door de parameters van het lasproces aan te passen om de verwarmings- en afkoelsnelheid te regelen. Bij gebruik van YAG-lasers kan de warmte-invoer worden geregeld door de pulsgolfvorm aan te passen om kristalscheuren te verminderen.

Probleem 3: Mechanische eigenschappen van gelaste verbindingen nemen af ​​- worden zachter

Het verbrandingsverlies van legeringselementen tijdens het lasproces vermindert de mechanische eigenschappen van lasverbindingen van aluminiumlegeringen.

"Verzachting" is het fenomeen van verminderde sterkte en hardheid van lasverbindingen. Wanneer een verbinding van een aluminiumlegering met laserlassen wordt gebruikt, hebben de lasstructuur en de door hitte beïnvloede zone van de lasverbinding ook verzachtingsproblemen. Een groot aantal onderzoeken heeft aangetoond dat het verzachtingsverschijnsel bij het lassen van aluminiumlegeringen moeilijk fundamenteel kan worden geëlimineerd, maar vergeleken met gasbeschermd lassen vermindert laserlassen de warmte-inbreng en maakt het de verzachtingszone van de las smaller. Vergeleken met MIG-lassen is de mate van "verzachting" van lasergelaste verbindingen van aluminiumlegeringen lager en neemt de treksterkte toe naarmate de lassnelheid toeneemt. De invloed van plasma op het lasproces De ionisatie-energie van aluminiumelementen is laag, laserlassen is gemakkelijker om metaalplasma te vormen, plasma veroorzaakt door laserbreking, afbuiging, waardoor de focus van de laserstraal verandert, zodat de laspenetratieverhouding wordt verminderd, invloed op de kwaliteit van de lasverbinding. Door het poeder vooraf op het werkstukoppervlak in te stellen, worden de uitzetting en pulsatie van het plasma in de hoogterichting verzwakt, waardoor het plasma een relatief stabiele pulsatieamplitude op het werkstukoppervlak kan behouden.

De mechanische eigenschappen van lasverbindingen van aluminiumlegeringen nemen af ​​als gevolg van onstabiele porositeit tijdens het lassen. Aluminiumlegeringen omvatten voornamelijk Zn, Mg en Al. Tijdens het lasproces heeft aluminium een ​​hoger kookpunt dan de andere twee elementen. Daarom kunnen bij het lassen van componenten van aluminiumlegeringen enkele legeringselementen met een laag kookpunt worden toegevoegd, wat bevorderlijk is voor de vorming van kleine gaatjes en de stevigheid van het lassen.

1. Laser-zelffusielassen van aluminiumlegering

Laserzelffusielassen verwijst naar de laserstraal met hoge energiedichtheid als warmtebron, impact op het oppervlak van het basismateriaal, zodat het basismateriaal zelf smelt en een lasverbindingslasmethode vormt. Voor het laserlassen van een aluminiumlegering heeft het oppervlak van een aluminiumlegering een hoge reflectiviteit voor de laser en is tijdens het lassen een groot laservermogen vereist. De diameter van de laservlek is klein, de nauwkeurigheid van de lasapparatuur is hoog en de tolerantiewaarde van de opening tussen de onderdelen is laag, en de openingwaarde van de onderdelen moet doorgaans lager zijn dan 0. 2 mm. Tijdens het lasproces is de verwarmings- en afkoelsnelheid snel, zijn er veel defecten in de porositeit van het lassen, is de laserenergiedichtheid geconcentreerd en is het sleutelgateffect gemakkelijk om het fenomeen van lasconcaaf en randbijten te veroorzaken, dus de parameters van het lasproces zijn hogere eisen. Laserzelffusielassen bij het lassen van aluminiumlegeringen weerspiegelt de voordelen van een goede laskwaliteit, hoge lassnelheid en eenvoudige automatisering, en wordt veel gebruikt in de auto-industrie. In de elektrische voertuigindustrie wordt de afdichting van de batterijbehuizing voornamelijk gemaakt door laserzelffusielassen van aluminiumlegeringen. In de aluminium carrosserie van een binnenlands autobedrijf op het gebied van de nieuwe energie wordt het lassen van de deurconstructie en de zijwandstructuur ook uitgevoerd met laser-zelffusielassen van een aluminiumlegering.

2. Laserdraadvullassen van aluminiumlegering

Bij laserdraadvullassen wordt laser nog steeds gebruikt als de belangrijkste warmtebron om het gelaste metaal te smelten, maar het automatische draadaanvoerapparaat wordt gebruikt om het gevulde metaal continu in het smeltbad te voeren om het metallurgische verbindingsproces te bereiken. Vergeleken met het laserzelffusielassen versoepelde het laserdraadvullassen de eisen van de nauwkeurigheid van de lasprocesspleet, door verschillende componenten van de lasdraad te vullen, de metallurgische eigenschappen van de las te verbeteren, hete scheuren en poriën bij het lassen te voorkomen, de stabiliteit van het lasproces en mechanische eigenschappen van de verbindingen.

Laserdraadlassen met aluminiumlegeringen heeft de kenmerken van een goede uiterlijkkwaliteit, de nauwkeurigheid van de procesopening is losser dan laserzelffusielassen, enz. Het wordt meestal gebruikt op het buitenoppervlak van het lichaam, zoals tussen de bovenklep en de zijwand, en tussen de bovenste en onderste platen van de kofferhoes. Er zijn ook enkele modellen om een ​​hogere laskwaliteit te verkrijgen en laserdraadlassen te gebruiken om deuren van aluminiumlegeringen te lassen.

3. Laserboogcomposietlassen van aluminiumlegering

Laserboogcomposietlassen is de combinatie van laser- en boogtwee soorten warmtebronnen met verschillende fysieke eigenschappen en energietransmissiemechanismen, en werken samen aan de gelaste delen. Beide maken optimaal gebruik van de voordelen van de twee warmtebronnen en compenseren elkaars tekortkomingen. Bij het laserboogcomposietlassen van een aluminiumlegering kan de boog de laserwarmtebron geleiden, het absorptievermogen van de aluminiumlegering en de energiebenutting tijdens het lasproces verbeteren, en de oppervlaktevormbaarheid van de las is beter dan die van de laser. zelffusielassen. Bovendien kan de introductie van boog de klemnauwkeurigheid van lasonderdelen aanzienlijk verminderen, en boog heeft een verdunnend effect op laserlasplasma, wat het afschermende effect van plasma op laser kan verminderen. De laser speelt een belangrijke rol in de stabiliteit van de boog, zodat de boog tijdens het hogesnelheidslassen stabiel op de verbinding kan inwerken, wat de laskwaliteit van de verbinding kan verbeteren en de lassnelheid kan verhogen.

De energiedichtheid van de laserlasbundel van een aluminiumlegering kan 109 W/cm2 bereiken en heeft de voordelen van geconcentreerde verwarming, kleine thermische schade, een grote lasdiepte-breedteverhouding en kleine lasvervorming. Het lasproces is eenvoudig te integreren, geautomatiseerd en flexibel, waardoor lassen met hoge snelheid en hoge precisie kan worden gerealiseerd, en het lasproces heeft geen vacuümomgeving nodig en produceert geen röntgenstraling, vooral geschikt voor hoge precisie lassen van complexe constructies. Het aantrekkelijkste kenmerk van het laserlassen van aluminiumlegeringen is het hoge rendement, en om dit hoge rendement ten volle te benutten, is het noodzakelijk om dit toe te passen op dieplassen met grote dikte. Daarom zal het onderzoek en de toepassing van krachtige lasers voor dieppenetratielassen met grote dikte een onvermijdelijke trend in de toekomstige ontwikkeling zijn. Diep penetratielassen met grote dikte benadrukt het fenomeen van gaatjes en de invloed ervan op de porositeit van de las, waardoor het vormingsmechanisme en de controle van gaatjes steeds belangrijker worden, wat een hot issue in de industrie zal worden.

Het verbeteren van de stabiliteit van het laserlasproces, het vormen van lasnaden en de laskwaliteit is het doel dat mensen nastreven. Daarom zullen nieuwe technologieën zoals laserboogcomposietproces, lasdraadlaserlassen, niet-vooraf ingesteld poederlaserlassen, dual focus-technologie en straalvorming verder worden verbeterd en ontwikkeld.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. is een hightech onderneming gespecialiseerd in R&D, productie en verkoop van automatische lasercladmachines, hogesnelheidslasercladmachines, laserblusmachines, laserlasmachines en laser 3D-printapparatuur. Onze producten zijn kosteneffectief en worden in binnen- en buitenland verkocht. Als u geïnteresseerd bent in onze producten, neem dan contact met ons op via bob@gshenglaser.com.