Uporaba tehnologije laserskega varjenja pri varjenju aluminijevih zlitin

Uporaba aluminijeve zlitine za zamenjavo tradicionalnega jekla na avtomobilu je eden od pomembnih načinov za uresničitev lahkega avtomobila. Vendar pa je zaradi lastnosti aluminijeve zlitine z dobro toplotno prevodnostjo in velikim koeficientom linearne ekspanzije pri varjenju nekaj težav:

1) Mehčanje zvarjenega spoja iz aluminijeve zlitine resno, nizek koeficient trdnosti;

2) Aluminijevo zlitino je enostavno oksidirati za proizvodnjo ognjevzdržnega oksidnega filma (Al2O3, tališče je 2060 stopinj), ki mora uporabiti postopek varjenja z visoko gostoto moči;

3) enostavno ustvarjanje por;

4) Koeficient linearne ekspanzije je velik, enostaven za izdelavo varilne deformacije in varilnih razpok;

5) Toplotna prevodnost in specifična toplotna kapaciteta sta veliki, vhodna toplota pa je 2 do 4-krat večja kot pri varjenem jeklu.

Za pridobitev visoko zmogljivih zvarnih spojev iz aluminijeve zlitine so torej potrebni visoka energijska gostota, nizek vnos toplote pri varjenju in visoka hitrost varjenja, med katerimi je lasersko varjenje ena najbolj obetavnih tehnologij varjenja aluminijevih zlitin.

Lasersko varjenje je učinkovita in natančna metoda varjenja, ki uporablja laserski žarek z visoko energijsko gostoto kot vir toplote, ki ima značilnosti visoke hitrosti, velike penetracije, majhne deformacije, dobre fleksibilnosti obdelave in enostavne avtomatizacije pri varjenju aluminijevih zlitin. Široko se uporablja v vesoljski industriji, proizvodnji avtomobilov in elektroniki v lahki industriji ter na drugih področjih, vendar se uporablja pri laserskem varjenju aluminijevih zlitin. Obstaja tudi nekaj težav in težav.

1.1 Aluminijeve zlitine imajo zelo nizko stopnjo absorpcije laserja

Aluminijeva zlitina ima močan odbojni učinek na laser, kar je posledica visoke gostote prostih elektronov v trdnem stanju aluminijeve zlitine, ki zlahka odbija energijo s fotonom v žarku. Študije kažejo, da je odbojnost aluminijeve zlitine na plinski CO2 laser kar 90 %, odbojnost trdnega laserja pa skoraj 80 %. Hkrati ima aluminijeva zlitina močno toplotno prevodnost, kar ima za posledico zelo nizko stopnjo absorpcije laserja iz aluminijeve zlitine. Zato je treba sprejeti ustrezne ukrepe za izboljšanje stopnje laserske absorpcije aluminijeve zlitine.

Optimizacijski ukrepi:

1) S povečanjem gostote moči laserja za izboljšanje absorpcije laserja iz aluminijeve zlitine. Povečanje gostote moči laserja bo povzročilo učinek majhne luknje v varilnem bazenu, kar lahko močno izboljša stopnjo absorpcije materiala v laserju.

2) Sprejmite ustrezen postopek predobdelave površine. Za primerjavo laserske absorpcije aluminijeve zlitine smo uporabili elektrolitsko poliranje, eloksiranje in peskanje. Ugotovljeno je bilo, da lahko eloksiranje in peskanje na površinah iz aluminijevih zlitin bistveno izboljšata lasersko absorpcijo.

3) Ugotovljeno je tudi, da oblika sklepa vpliva na absorpcijo laserja. Poševnina v obliki črke V in kvadratna poševnica sta bolj primerna za nastanek ključavnic kot nepoševni spoji, poveča se gostota moči laserja in poveča se tudi stopnja laserske absorpcije aluminijeve zlitine.

1.2 Preprosto oblikovanje por

Pore ​​so najpogostejša in najpomembnejša napaka pri laserskem varjenju aluminijeve zlitine. Vrste por lahko razdelimo v dve kategoriji. Prvi je, da lahko zaradi močnega zmanjšanja topnosti vodika v procesu hlajenja laserskega varjenja aluminijeve zlitine vsebnost vodika v staljeni aluminijevi zlitini doseže {{0}}.69 ml/100 g, vsebnost vodika aluminijeve zlitine po ohlajanju in strjevanju je 0,036 ml/100 g, prenasičen vodik pa se obori in tvori vodikove pore. Poleg tega je na površini aluminijeve zlitine oksidni film, voda v kristalni vodi, zrak in zaščitni plin na površini aluminijeve zlitine pa se med varjenjem neposredno razgradijo v vodik. Te vodikove pore prepozno uidejo med postopkom hitrega ohlajanja laserskega varjenja aluminijevih zlitin in ostanejo v zvaru, da tvorijo vodikove pore. Drugi je posledica nestabilnosti ključavnice, ki nastane v procesu laserskega varjenja in se zruši, tekoča kovina pa nima časa, da bi zapolnila luknjo. Prekomerna poroznost bo zmanjšala gostoto zvara, zmanjšala nosilnost spoja ter v različni meri zmanjšala trdnost in plastičnost spoja. Obstaja veliko ukrepov za zmanjšanje napak poroznosti pri laserskem varjenju aluminijeve zlitine, kot je spreminjanje poti laserskega žarka, uporaba nihanja žarka za mešanje staljenega bazena, povečanje možnosti uhajanja poroznosti s površine, uporaba žice ali zlitine prahu, z uporabo dvotočkovne tehnologije in laserskega kompozitnega varjenja pa je mogoče doseči učinek zmanjšanja poroznosti, vendar ga je težko popolnoma odpraviti.

1.3 Nagnjenost k vročim razpokam

Vzrok za vroče razpoke pri laserskem varjenju aluminijeve zlitine je v glavnem povezan z lastnimi značilnostmi in postopkom varjenja. Med strjevanjem aluminijeve zlitine je stopnja krčenja velika (do 5%), varilna napetost in deformacija sta veliki, zvar pa bo med kristalizacijo ustvaril evtektično strukturo z nizkim tališčem vzdolž meje zrn, tako da bo meja zrn vezivna sila oslabi in pod delovanjem natezne napetosti nastanejo vroče razpoke. Nagnjenost k vročim razpokam je mogoče zmanjšati s polnjenjem žice ali zlitine v prahu, nagnjenost k vročim razpokam pa je mogoče zmanjšati tudi s prilagoditvijo parametrov varilnega postopka za nadzor hitrosti segrevanja in hlajenja.

1.4 Zmehčanje strukture zvara in območja toplotnega vpliva

»Mehčanje« je pojav zmanjšanja trdnosti in trdote zvarnih spojev. Pri uporabi spoja iz aluminijeve zlitine z laserskim varjenjem ima struktura zvara in toplotno prizadeto območje zvarnega spoja težave z mehčanjem. Številne študije so pokazale, da je pojav mehčanja pri varjenju aluminijeve zlitine težko popolnoma odpraviti, vendar v primerjavi z varjenjem v zaščitnem plinu lasersko varjenje zmanjša vnos toplote in zoži območje mehčanja zvara. V primerjavi z MIG varjenjem je stopnja "mehčanja" lasersko varjenih spojev iz aluminijeve zlitine nižja, natezna trdnost pa se povečuje s povečanjem hitrosti varjenja. Vpliv plazme na postopek varjenja Energija ionizacije aluminijastega elementa je nizka, lasersko varjenje je lažje oblikovati kovinsko plazmo, plazmo, ki jo povzroči laserski lom in odklon, s čimer se spremeni žarišče laserskega žarka, tako da se zmanjša razmerje preboja zvara, vpliva na kakovost zvarnega spoja. S prednastavitvijo prahu na površino obdelovanca se raztezanje in pulziranje plazme v smeri višine oslabi, tako da lahko plazma vzdržuje relativno stabilno amplitudo pulziranja na površini obdelovanca.

2.1 Lasersko samotalilno varjenje aluminijeve zlitine

Lasersko samotalilno varjenje se nanaša na laserski žarek z visoko energijsko gostoto kot vir toplote, ki vpliva na površino osnovnega materiala, tako da se osnovni material sam stopi in tvori varilno metodo varjenja. Za lasersko varjenje aluminijeve zlitine ima površina aluminijeve zlitine visoko odbojnost laserja, med varjenjem pa je potrebna velika moč laserja. Premer laserske točke je majhen, natančnost varilne opreme je visoka, tolerančna vrednost reže delov je nizka, vrednost reže delov pa mora biti običajno pod 0. 2 mm. Med postopkom varjenja je hitrost segrevanja in hlajenja hitra, napak pri varjenju v poroznosti je veliko, gostota laserske energije je koncentrirana, učinek ključavnice pa zlahka povzroči pojav konkavnega zvara in ugriza robov, zato imajo parametri varilnega postopka višje zahteve. Lasersko samotalilno varjenje pri varjenju aluminijevih zlitin odraža prednosti dobre kakovosti varjenja, visoke hitrosti varjenja in enostavne avtomatizacije ter se pogosto uporablja v avtomobilski industriji. V industriji električnih vozil je tesnjenje ohišja električnega akumulatorja v glavnem izdelano z laserskim samotaličnim varjenjem iz aluminijeve zlitine. V aluminijasti karoseriji domačega avtomobilskega podjetja z novo energijo je varjenje sklopa vrat in strukture stranske stene prav tako izdelano z laserskim samotaličnim varjenjem iz aluminijeve zlitine.

2.2 Varjenje z lasersko polnilno žico iz aluminijeve zlitine

Pri varjenju z laserskim polnjenjem žice se laser še vedno uporablja kot glavni vir toplote za taljenje zvarjene kovine, vendar se avtomatska naprava za dovajanje žice uporablja za neprekinjeno dovajanje polnilne kovine v talilni bazen, da se doseže postopek metalurške povezave. V primerjavi z laserskim varjenjem s samotaljenjem je lasersko varjenje s polnjenjem žice zmanjšalo zahteve glede natančnosti vrzeli varilnega postopka, s polnjenjem različnih komponent varilne žice izboljšalo metalurške lastnosti zvara, preprečilo vroče razpoke in pore pri varjenju, izboljšalo stabilnost varilnega postopka in mehanskih lastnosti spoja.

Lasersko varjenje z žico iz aluminijeve zlitine ima značilnosti dobre kakovosti videza, natančnost procesne vrzeli je manjša kot lasersko samotaljivo varjenje itd. Običajno se uporablja na zunanji površini telesa, na primer med zgornjim pokrovom in stransko steno , ter med zgornjo in spodnjo ploščo pokrova kovčka. Obstaja tudi nekaj modelov za višjo kakovost varjenja in uporabo laserskega varjenja z žico za varjenje vrat iz aluminijeve zlitine.

2.3 Lasersko obločno kompozitno varjenje aluminijeve zlitine

Lasersko obločno kompozitno varjenje je kombinacija laserja in obloka dveh vrst toplotnih virov z različnimi fizikalnimi lastnostmi in mehanizmom prenosa energije ter skupaj delujeta na varjene dele. Oba v celoti izkoristita prednosti obeh virov toplote in nadomestita pomanjkljivosti drug drugega. Pri kompozitnem varjenju aluminijeve zlitine z laserskim oblokom lahko oblok vodi vir laserske toplote, izboljša absorpcijsko sposobnost aluminijeve zlitine in stopnjo izkoriščenosti energije v procesu varjenja, površinska sposobnost oblikovanja zvara pa je boljša kot pri zvaru. lasersko samotalilno varjenje. Poleg tega lahko uvedba obloka močno zmanjša natančnost vpenjanja varilnih delov, oblok pa ima učinek redčenja na plazmo laserskega varjenja, kar lahko zmanjša zaščitni učinek plazme na laser. Laser igra pomembno vlogo pri stabilnosti obloka, tako da lahko oblok med hitrim varjenjem stabilno deluje na spoj, kar lahko izboljša kakovost varjenja spoja in poveča hitrost varjenja.

Uporaba laserskega varjenja v avtomobilski industriji ima številne prednosti:

1) Hitrost varjenja je hitra, izboljša proizvodni ritem, hitrost varjenja pa lahko doseže 6 m/min, kar ima neprimerljive prednosti pred drugimi načini povezovanja telesa v beli barvi (kot so točkovno varjenje, obločno varjenje, kovičenje);

2) Ima majhne omejitve glede strukture karoserije, lahko se uporablja za različne varilne strukture (krog, vogal, T-spoj, zadnjica) in je enostransko varjenje, kjer je mogoče doseči žarek, zasnova je bolj prilagodljiva;

3) Stranske zahteve za lasersko varjenje so nizke, varilno stran je mogoče variti v 6 ~ 8 mm, v primerjavi s stranskimi zahtevami za točkovno varjenje (16 mm), zmanjšanimi za polovico, lahko igra vlogo pri lahki;

4) Struktura strehe in zadnjega pokrova z laserskim varjenjem lahko zmanjša kakovost karoserije, zato ni potrebe po nanosu tesnila in zunanje okrasne plošče, kar prihrani stroške karoserije;

5) Varilni spoj z laserskim varjenjem je gladek in čist, dobrega videza itd.

Zaradi številnih prednosti laserskega varjenja je bilo v avtomobilski industriji zelo zaskrbljeno in so mu naklonjena številna avtomobilska podjetja. Uporablja se v različnih delih evropskih modelov (kot so Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot itd.) in ameriških modelov (kot so Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet itd.) (streha, sklop vrat, zunanja plošča pokrova prtljažnika, varjenje stranskih konstrukcijskih delov in pretočne posode itd.) in kot eden od simbolov visokokakovostne karoserije v beli barvi.

Vendar pa se zaradi visokih stroškov enkratne naložbe, natančnosti pločevine in zahtev glede natančnosti orodij med domačimi avtomobilskimi podjetji ne uporablja pogosto.

Trenutno se lasersko varjenje aluminijeve zlitine uporablja v masovni proizvodnji v ohišju iz aluminijeve zlitine. Audi TT, A6/A8 in vodilni Cadillac CT6 so na zgornjem pokrovu in stranskih stenah varjeni z laserskim varjenjem iz aluminijeve zlitine. Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW serija 5 / serija 7, Mercedes-Benz serija S / serija C in drugi modeli pokrova prtljažnika uporabljajo lasersko varjenje iz aluminijeve zlitine. Vrata vozil Audi A6/A8, Mercedes-Benz serije S/C, BMW serije 5/7 itd. so lasersko varjena iz aluminijeve zlitine. Nio je uporabil tudi veliko število laserskih varil iz aluminijeve zlitine na pokrovu in stranski steni ter vratih.

Z nenehnim napredkom avtomobilske tehnologije, industrijske predelovalne zmogljivosti in kakovosti obdelave se bodo stroški uporabe laserskega varjenja močno znižali. Hkrati se z razvojem avtomobilske lahke uporabe aluminijeve zlitine v karoseriji avtomobila povečuje, lasersko varjenje kot ena od pomembnih povezovalnih metod za reševanje problema kakovosti varjenja aluminijeve zlitine se bo bolj uporabljalo v avtomobilska industrija.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo avtomatskega laserskega stroja za oblaganje, visokohitrostnega laserskega stroja za oblaganje, laserskega utrjevalnika, opreme za lasersko varjenje in opreme za 3D tiskanje.

Če vas zanimajo naši izdelki, nas kontaktirajte na bob@gshenglaser.com.