Kimpalan Laser Aloi Aluminium

 

Teknologi laser mempunyai ciri-ciri input haba kimpalan kecil, pengaruh kecil pada kawasan pemanasan kimpalan, dan tidak mudah berubah bentuk, jadi ia telah mendapat perhatian khusus dalam bidang kimpalan aloi aluminium. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh ciri pemprosesan aloi aluminium, terdapat beberapa kesukaran kimpalan dalam kimpalan laser aloi aluminium. Bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini?

 

soalan 1: Aloi aluminium mempunyai kadar penyerapan laser yang rendah.
Masalah ini terutamanya disebabkan oleh masalah bahan aloi aluminium. Disebabkan oleh pemantulan awal yang tinggi dan kekonduksian haba yang tinggi bagi aloi aluminium kepada pancaran laser, aloi aluminium mempunyai kadar penyerapan pancaran laser yang rendah sebelum lebur. Aloi aluminium mempunyai kesan pantulan yang kuat pada cahaya laser. Ini disebabkan oleh ketumpatan tinggi elektron bebas di dalam aloi aluminium dalam keadaan pepejal, yang mudah berinteraksi dengan foton dalam rasuk dan memantulkan tenaga. Penyelidikan menunjukkan bahawa pemantulan aloi aluminium kepada gas CO2 laser adalah setinggi 90%, dan pemantulan kepada laser pepejal juga hampir 80%. Pada masa yang sama, aloi aluminium mempunyai kekonduksian terma yang kuat, menghasilkan kadar penyerapan aloi aluminium yang sangat rendah untuk cahaya laser. Oleh itu, langkah-langkah yang sesuai mesti diambil untuk meningkatkan kadar penyerapan laser aloi aluminium.

 

Untuk menangani masalah ini, penyelesaian terutamanya merangkumi aspek berikut:
1. Prarawatan permukaan bahan aloi aluminium. Aloi aluminium mempunyai tindak balas laser yang tinggi. Lakukan pra-rawatan yang sesuai pada permukaan aloi aluminium, seperti anodisasi, penggilap elektrolitik, letupan pasir, letupan pasir, dll. Ia boleh meningkatkan penyerapan tenaga sinaran permukaan dengan ketara. Kajian telah menunjukkan bahawa kecenderungan penghabluran aloi aluminium selepas mengeluarkan filem oksida adalah lebih tinggi daripada aloi aluminium asal. Untuk tidak merosakkan kemasan permukaan aloi aluminium dan memudahkan proses kimpalan laser, proses kimpalan boleh digunakan untuk meningkatkan suhu permukaan bahan kerja dan meningkatkan kadar penyerapan laser bahan.

2. Kurangkan saiz tempat dan tingkatkan ketumpatan kuasa laser. Penyerapan laser aloi aluminium dipertingkatkan dengan meningkatkan ketumpatan kuasa laser. Peningkatan ketumpatan kuasa laser akan menghasilkan kesan lubang jarum dalam kolam lebur kimpalan, yang boleh meningkatkan kadar penyerapan laser bahan dengan banyak.

3. Tukar struktur kimpalan untuk membuat pancaran laser memantul beberapa kali dalam celah untuk memudahkan kimpalan laser aloi aluminium. Bentuk sendi akan menjejaskan penyerapan cahaya laser. Alur berbentuk V dan alur persegi lebih kondusif untuk pembentukan lubang kunci daripada sambungan tanpa alur, yang meningkatkan ketumpatan kuasa laser dan meningkatkan kadar penyerapan laser aloi aluminium.

 

 

Masalah 2:Ia mudah untuk menghasilkan liang dan retak panas. Proses kimpalan laser aloi aluminium terdedah kepada liang dan retak panas.

Keliangan adalah jenis kecacatan yang paling biasa dan paling penting dalam kimpalan laser aloi aluminium. Jenis stomata boleh dibahagikan kepada 2 kategori.

Satu adalah disebabkan oleh penurunan mendadak dalam keterlarutan hidrogen semasa proses penyejukan kimpalan laser aloi aluminium. Kandungan hidrogen aloi aluminium cair boleh mencapai {{0}}.69mL/100g. Kandungan hidrogen aloi aluminium selepas penyejukan dan pemejalan ialah 0.036mL/100g, iaitu supertepu. Hidrogen memendakan membentuk liang hidrogen. Di samping itu, terdapat filem oksida pada permukaan aloi aluminium. Semasa mengimpal, air kristal pada permukaan aloi aluminium, lembapan di udara dan gas pelindung secara langsung terurai menjadi hidrogen. Liang hidrogen ini tidak mempunyai masa untuk melepaskan diri semasa proses penyejukan pantas kimpalan laser aloi aluminium, tetapi kekal dalam kimpalan untuk membentuk liang hidrogen.

 

Jenis lain ialah lubang yang terbentuk kerana lubang kunci yang dihasilkan semasa proses kimpalan laser tidak stabil dan runtuh, dan logam cecair tidak mempunyai masa untuk mengisinya. Liang-liang yang berlebihan akan mengurangkan ketumpatan kimpalan, mengurangkan kapasiti galas beban sendi, dan mengurangkan kekuatan dan keplastikan sambungan kepada tahap yang berbeza-beza.

 

Terdapat banyak langkah untuk mengurangkan kecacatan liang dalam kimpalan laser aloi aluminium, seperti menukar trajektori pancaran laser, menggunakan ayunan rasuk untuk mengaduk kolam lebur, meningkatkan kemungkinan pori-pori terlepas dari permukaan, menggunakan pengisian dawai atau serbuk aloi, dan Langkah-langkah seperti teknologi dwi-titik dan kimpalan hibrid laser boleh mencapai kesan mengurangkan liang, tetapi ia sukar untuk dihapuskan secara asas. Aluminium mempunyai kekonduksian terma yang agak baik, dan bentuk gelombang kuasa laser boleh dilaraskan semasa proses kimpalan mengikut bahan, ketebalan dan keadaan permukaan aloi aluminium. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kimpalan boleh dilakukan menggunakan jenis gelombang hujung hadapan, atau kimpalan boleh dilakukan menggunakan jenis gelombang dengan pemanasan awal depan dan kemudian pemeliharaan haba, kedua-duanya memainkan peranan tertentu dalam mengurangkan titik letupan dan liang. Ia boleh mengurangkan keruntuhan liang yang tidak stabil, menukar sudut penyinaran pancaran laser, dan menggunakan medan magnet semasa mengimpal. Ia juga boleh mengawal pori-pori yang dihasilkan dengan berkesan semasa proses kimpalan.

 

Punca keretakan panas dalam kimpalan laser aloi aluminium terutamanya berkaitan dengan ciri-ciri dan proses kimpalannya sendiri. Apabila aloi aluminium mengeras, kadar pengecutan adalah besar (sehingga 5%), tegasan kimpalan dan ubah bentuk adalah besar, dan logam kimpalan akan menghasilkan struktur eutektik takat lebur yang rendah di sepanjang sempadan butiran semasa penghabluran, yang melemahkan sempadan butiran. daya ikatan dan memainkan peranan dalam tegasan tegangan. Keretakan terma terbentuk di bawah.

Kecenderungan retak panas boleh dikurangkan dengan mengisi serbuk dawai atau aloi. Kecenderungan retak panas juga boleh dikurangkan dengan melaraskan parameter proses kimpalan untuk mengawal kelajuan pemanasan dan penyejukan. Apabila menggunakan laser YAG, input haba boleh dikawal dengan melaraskan bentuk gelombang nadi untuk mengurangkan retakan kristal.

 

 

Masalah 3:Sifat mekanikal pautan yang dikimpal dikurangkan - dilembutkan.

 

Kehilangan pembakaran unsur aloi semasa proses kimpalan mengurangkan sifat mekanikal sambungan dikimpal aloi aluminium.

 

"Pelembutan" ialah pengurangan kekuatan dan kekerasan sambungan yang dikimpal. Apabila sambungan aloi aluminium kimpalan laser digunakan, struktur kimpalan dan zon terjejas haba bagi sambungan yang dikimpal juga mempunyai masalah kelembutan. Sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa fenomena pelembutan kimpalan aloi aluminium sukar untuk dihapuskan secara asasnya. Walau bagaimanapun, berbanding dengan kimpalan terlindung gas, kimpalan laser mengurangkan input haba dan menjadikan zon pelembutan kimpalan lebih sempit. Berbanding dengan kimpalan arka logam gas bagi kimpalan laser aloi aluminium, tahap "pelembutan" sambungan kimpalan laser adalah lebih rendah, dan kekuatan tegangan meningkat dengan peningkatan kelajuan kimpalan. Kesan plasma terhadap proses kimpalan Tenaga pengionan unsur aluminium adalah rendah. Lebih mudah untuk membentuk plasma logam semasa kimpalan laser. Plasma menyebabkan pembiasan dan pesongan laser, dengan itu menukar kedudukan fokus pancaran laser, mengurangkan nisbah penembusan kimpalan, dan menjejaskan kualiti sambungan Kimpalan. Kaedah serbuk pra-kedudukan pada permukaan bahan kerja digunakan untuk melemahkan lompatan pengembangan plasma ke arah ketinggian, supaya plasma dapat mengekalkan amplitud lompatan yang agak stabil pada permukaan bahan kerja.

 

Liang-liang yang tidak stabil semasa proses kimpalan aloi aluminium membawa kepada penurunan sifat mekanikal sambungan yang dikimpal. Aloi aluminium terutamanya termasuk Zn, Mg dan Al. Semasa mengimpal, aluminium mempunyai takat didih yang lebih tinggi daripada dua unsur yang lain. Oleh itu, beberapa unsur aloi takat didih rendah boleh ditambah apabila mengimpal komponen aloi aluminium, yang bermanfaat untuk pembentukan lubang kecil dan ketegasan kimpalan.

 

1. kimpalan gabungan diri laser aloi aluminium
Kimpalan autogen laser merujuk kepada kaedah kimpalan yang menggunakan pancaran laser berketumpatan tinggi tenaga sebagai sumber haba untuk memberi kesan pada permukaan bahan asas, menyebabkan bahan asas mencairkan dirinya untuk membentuk sambungan yang dikimpal. Untuk kimpalan laser aloi aluminium, permukaan aloi aluminium mempunyai pemantulan laser yang tinggi, yang memerlukan kuasa laser yang besar semasa kimpalan; diameter tempat laser adalah kecil, keperluan ketepatan untuk perkakas kimpalan adalah tinggi, dan toleransi untuk jurang bahagian adalah rendah, yang biasanya memerlukan bahagian Nilai jurang adalah di bawah 0.2mm; kelajuan pemanasan dan penyejukan adalah pantas semasa proses kimpalan, terdapat banyak kecacatan liang kimpalan, ketumpatan tenaga laser tertumpu, dan kesan lubang kunci dengan mudah boleh menyebabkan kimpalan cekung dan terpotong. Oleh itu, parameter proses kimpalan mempunyai keperluan yang lebih tinggi. Kimpalan autogen laser mempunyai kelebihan kualiti kimpalan yang baik, kelajuan kimpalan yang cepat dan automasi mudah dalam kimpalan aloi aluminium, dan digunakan secara meluas dalam industri automotif. Dalam industri kenderaan elektrik, kimpalan gabungan sendiri laser aloi aluminium digunakan terutamanya untuk mengelak selongsong bateri kuasa. Dalam badan aluminium syarikat kenderaan tenaga baharu domestik, kimpalan pemasangan pintu dan panel sisi juga menggunakan kimpalan gabungan sendiri laser aloi aluminium.

 

2. kimpalan wayar pengisi laser aloi aluminium
Dalam kimpalan wayar pengisi laser, laser masih berfungsi sebagai sumber haba utama untuk mencairkan logam yang akan dikimpal, tetapi peranti suapan wayar automatik digunakan untuk terus menyuap logam pengisi ke dalam kolam cair untuk mencapai proses sambungan metalurgi. Berbanding dengan kimpalan autogenus laser, kimpalan pengisian wayar laser melegakan keperluan untuk ketepatan jurang dalam proses kimpalan. Dengan mengisi wayar kimpalan dengan komponen yang berbeza, ia meningkatkan sifat metalurgi kimpalan, menghalang retakan panas dan liang kimpalan, dan meningkatkan kestabilan proses kimpalan. sifat dan sifat mekanikal sendi.

 

Kimpalan pengisi wayar laser aloi aluminium mempunyai ciri-ciri kualiti penampilan yang baik dan ketepatan jurang proses yang lebih longgar daripada kimpalan autogenus laser. Ia biasanya digunakan pada permukaan luar badan kereta, seperti antara penutup atas dan panel sisi, dan antara panel luar atas dan bawah penutup bagasi. Terdapat juga beberapa model yang menggunakan kimpalan pengisi wayar laser untuk mengimpal pintu aloi aluminium untuk mendapatkan kualiti kimpalan yang lebih tinggi.

 

3. Kimpalan hibrid laser-arka aloi aluminium
Kimpalan hibrid laser-arka menggabungkan dua sumber haba, laser dan arka, dengan sifat fizikal dan mekanisme penghantaran tenaga yang berbeza sama sekali, dan berfungsi bersama-sama pada bahan kerja yang akan dikimpal. Ia bukan sahaja memberikan permainan penuh kepada kelebihan masing-masing dari dua sumber haba, tetapi juga saling melengkapi. kekurangan. Dalam kimpalan hibrid laser-arka aloi aluminium, arka boleh membimbing sumber haba laser, meningkatkan kapasiti penyerapan laser aloi aluminium dan penggunaan tenaga semasa proses kimpalan, dan kebolehbentukan permukaan kimpalan adalah lebih baik daripada laser. kimpalan autogenous. Di samping itu, pengenalan arka boleh mengurangkan ketepatan penjepit bahan kerja kimpalan. Pada masa yang sama, arka mempunyai kesan pencairan pada plasma kimpalan laser, yang boleh mengurangkan kesan perisai plasma pada laser. Laser memainkan peranan penting dalam kestabilan arka, supaya arka boleh bertindak secara stabil pada sendi semasa kimpalan berkelajuan tinggi, yang boleh meningkatkan kualiti kimpalan sendi dan meningkatkan kelajuan kimpalan.

 

 

 

Kesimpulan
Ketumpatan tenaga pancaran kimpalan laser aloi aluminium boleh mencapai 109W/cm2. Ia juga mempunyai kelebihan pemanasan tertumpu, kerosakan haba kecil, nisbah kedalaman-ke-lebar kimpalan yang besar, dan ubah bentuk kimpalan kecil. Proses kimpalan adalah mudah untuk disepadukan, mengautomasikan, dan fleksibel, dan boleh mencapai kelajuan tinggi dan kelajuan tinggi. Kimpalan ketepatan, dan proses kimpalan tidak memerlukan persekitaran vakum dan tidak menghasilkan sinar-X. Ia amat sesuai untuk kimpalan ketepatan tinggi struktur kompleks. Ciri yang paling menarik bagi kimpalan laser aloi aluminium ialah kecekapannya yang tinggi. Untuk memberikan permainan penuh kepada kecekapan tinggi ini, ia mesti digunakan pada kimpalan dalam dengan ketebalan besar. Oleh itu, penyelidikan dan penggunaan laser berkuasa tinggi untuk kimpalan penembusan dalam dengan ketebalan besar akan menjadi trend yang tidak dapat dielakkan dalam pembangunan masa depan. Kimpalan penembusan dalam dengan ketebalan besar menyerlahkan fenomena lubang jarum dan kesannya terhadap keliangan kimpalan. Oleh itu, mekanisme pembentukan dan kawalan lubang jarum telah menjadi lebih biasa dan akan menjadi isu hangat yang menjadi perhatian dan penyelidikan yang meluas dalam industri.

 

Meningkatkan kestabilan, pembentukan jahitan kimpalan dan kualiti kimpalan proses kimpalan laser adalah matlamat yang dikejar oleh orang ramai. Oleh itu, teknologi baharu seperti teknologi komposit arka laser, kimpalan laser wayar pengisi, kimpalan laser serbuk bebas pratetap, teknologi fokus dwi dan pembentukan rasuk akan dipertingkatkan dan dibangunkan lagi.