Trenutno s povečanjem kompleksnosti avtomobilskega cevovoda vedno več varilnih točk neizogibno prinaša veliko težav pri plamenskem varjenju, seveda pa ima vsaka metoda varjenja svoje prednosti in slabosti. Ta članek analizira izvedljivost cevovoda klimatske naprave z laserskim varjenjem.
Kako rešiti problem laserskega varjenja aluminijevih zlitin
Danes se lasersko varjenje pogosto uporablja v strojni industriji. Poleg tega ima laserska tehnologija tudi značilnosti majhnega vnosa toplote pri varjenju, majhnega vpliva toplotne površine pri varjenju, ni enostavno deformirati itd. Zato je bila deležna posebne pozornosti na področju varjenja aluminijevih zlitin.
Po drugi strani pa je zaradi lastnosti obdelave aluminijeve zlitine pri laserskem varjenju aluminijeve zlitine nekaj težav pri varjenju. Kako rešiti te težave?
Problem 1: Aluminijeva zlitina ima nizko stopnjo absorpcije laserja.
Ta težava je predvsem posledica materiala iz aluminijeve zlitine. Zaradi visoke začetne odbojnosti in visoke toplotne prevodnosti aluminijeve zlitine na laserski žarek ima aluminijeva zlitina nizko absorpcijo laserskega žarka pred taljenjem. Aluminijeve zlitine imajo močan odboj laserske svetlobe zaradi visoke gostote prostih elektronov v aluminijevi zlitini v trdnem stanju, ki nagiba k interakciji s fotoni v žarku in odbija energijo. Študije so pokazale, da je odbojnost aluminijevih zlitin kar 90 % za plinaste CO2 laserje in blizu 80 % za trdne laserje. Hkrati imajo aluminijeve zlitine visoko toplotno prevodnost, kar ima za posledico nizko absorpcijo laserske svetlobe pri aluminijevih zlitinah. Zato je treba sprejeti ustrezne ukrepe za izboljšanje absorpcije laserske svetlobe v aluminijevih zlitinah.
Za to težavo rešitev vključuje predvsem naslednje vidike.
1. Površinska predobdelava materialov iz aluminijevih zlitin. Aluminijeva zlitina ima visoko lasersko odzivnost. Ustrezna predobdelava površine aluminijeve zlitine, kot je anodna oksidacija, elektrolitsko poliranje, peskanje, peskanje itd., Lahko znatno izboljša absorpcijo sevalne energije na površini. Študije so pokazale, da je nagnjenost k kristalizaciji aluminijeve zlitine po odstranitvi oksidnega filma večja kot pri prvotni aluminijevi zlitini. Da ne bi uničili površinske obdelave aluminijeve zlitine in poenostavili postopek laserskega varjenja, lahko uporabite postopek varjenja za povečanje površinske temperature obdelovanca, da izboljšate absorpcijo laserja v materialu.
2. Zmanjšajte velikost točke in povečajte gostoto moči laserja. S povečanjem gostote moči laserja za izboljšanje absorpcije aluminijeve zlitine na laser. Zaradi povečane gostote moči laserja bo varilna staljena posoda povzročila učinek majhne luknje, kar lahko močno izboljša stopnjo absorpcije laserja v materialu.
3. Spremenite varilno strukturo, tako da se laserski žarek večkrat odbije v reži, da olajšate lasersko varjenje aluminijeve zlitine. Oblika spoja bo vplivala na absorpcijo laserja. V-poševni in kvadratni poševnine so bolj ugodne za nastanek ključavnice kot spoji brez poševnih spojev, tako da se poveča gostota moči laserja in poveča absorpcija laserja aluminijeve zlitine.
Problem 2: Postopek laserskega varjenja aluminijeve zlitine, ki je enostaven za ustvarjanje poroznosti in toplotnih razpok, je nagnjen k poroznosti in toplotnim razpokam.
Poroznost je najpogostejša in najpomembnejša vrsta napak pri laserskem varjenju aluminijevih zlitin. Vrste poroznosti lahko razdelimo v 2 kategoriji.
Razred je posledica laserskega varjenja aluminijeve zlitine v procesu hlajenja, topnost vodika močno pade, vsebnost vodika v staljeni aluminijevi zlitini do {{0}}.69mL/100g, hlajenje pri strjevanju vsebnosti vodika v aluminijevi zlitini 0,036 mL/100 g, prenasičeno obarjanje vodika in tvorba vodikovih por. Poleg tega je na površini aluminijeve zlitine plast oksidnega filma, kristalna voda na površini aluminijeve zlitine, zrak in vlaga v zaščitnem plinu pa se med varjenjem neposredno razgradijo v vodik. Te vodikove pore v procesu hitrega hlajenja laserskega varjenja aluminijeve zlitine pobegnejo in ostanejo v zvaru, da tvorijo vodikove pore.
Druga kategorija je posledica postopka laserskega varjenja, ki ga povzroča nestabilnost in zrušitev ključavnice, tekoča kovina je prepozna, da bi zapolnila nastale luknje. Prekomerna poroznost bo zmanjšala gostoto zvara, zmanjšala bo nosilnost spoja in povzročila različno zmanjšanje trdnosti in plastičnosti spoja.
Zmanjšajte lasersko varjenje aluminijeve zlitine v okvarah poroznosti v številnih ukrepih, kot je spreminjanje hoje laserskega žarka, uporaba nihanja žarka v staljeni bazen za mešanje, povečanje možnosti poroznosti, ki je pobegnila s površine, uporaba polnilne žice ali prahu polnilne zlitine, pa tudi z uporabo dvotočkovne tehnologije in laserskega kompozitnega varjenja ter drugih ukrepov je mogoče doseči za zmanjšanje učinka poroznosti, vendar jo je težko odpraviti iz korenine. Toplotna prevodnost aluminija je razmeroma dobra glede na material aluminijeve zlitine, debelino in stanje površine v procesu varjenja za prilagoditev valovne oblike moči laserja. Kot je prikazano na sliki pred konico valovne oblike za varjenje, se lahko uporablja tudi pred predgretjem po izolacijski valovni obliki za varjenje, da se zmanjša točka pihanja in poroznost igrata določeno vlogo. Lahko zmanjša nestabilno strjevanje por, spremeni kot obsevanja laserskega žarka in uporabi magnetno polje pri varjenju, lahko pa tudi učinkovito nadzoruje pore, ki nastanejo med postopkom varjenja.
Razlogi za termične razpoke pri laserskem varjenju aluminijeve zlitine so v glavnem povezani z lastnimi značilnostmi in postopkom varjenja. Krčenje pri strjevanju aluminijeve zlitine (do 5%), varilni stres in deformacija ter zvar v kristalizaciji vzdolž meja zrn bodo proizvedli evtektično organizacijo z nizkim tališčem, tako da bodo meje zrn vezne sile oslabljene v natezni napetosti pod vplivom nastajanja vročih razpok.
Sprejetje metode polnjenja žice ali zlitine v prahu lahko zmanjša nagnjenost vročih razpok, nadzorovanje hitrosti ogrevanja in hlajenja s prilagoditvijo parametrov varilnega postopka pa lahko zmanjša tudi nagnjenost vročih razpok. Pri uporabi laserja YAG lahko dovod toplote nadzirate s prilagajanjem valovne oblike impulza, da zmanjšate razpoke kristalov.
Problem 3: Zmanjšanje mehanskih lastnosti zvarnih členov - mehčanje
Izguba legirnih elementov pri gorenju med postopkom varjenja zmanjša mehanske lastnosti zvarjenih povezav iz aluminijeve zlitine.
»Mehčanje« je pojav zmanjšanja trdnosti in trdote zvarnih spojev. Pri laserskem varjenju spojev iz aluminijeve zlitine imata zvarno tkivo in toplotno prizadeto območje zvarnih spojev enak problem mehčanja. Številne študije so pokazale, da je pojav mehčanja pri varjenju aluminijeve zlitine težko popolnoma odpraviti, vendar je v primerjavi z varjenjem v zaščitnem plinu lasersko varjenje zaradi zmanjšanega vnosa toplote, tako da je območje mehčanja zvara ožje. Lasersko varjenje z aluminijevo zlitino in varjenje s talilno elektrodo z zaščito pred plinom v primerjavi z lasersko varjenimi spoji je stopnja "mehčanja" nižja, natezna trdnost pa s povečanjem hitrosti varjenja in povečanjem. Plazma na postopek varjenja vpliva ionizacijske energije aluminijastega elementa je nizka, lasersko varjenje je bolj verjetno, da tvori kovinsko plazmo, plazmo, ki jo povzroči laserska refrakcija, odklon, s čimer se spremeni žarišče položaja laserskega žarka, tako da da se zmanjša razmerje globine zvara, kar vpliva na kakovost zvarnih spojev. Uporabite metodo vnaprej nameščenega prahu na površini obdelovanca, da zmanjšate širitev plazme v smeri višine skoka, tako da lahko plazma na površini obdelovanca ohrani relativno stabilnost amplitude skoka.
Nestabilne pore v procesu varjenja aluminijevih zlitin vodijo do zmanjšanja mehanskih lastnosti zvarjenega spoja. Aluminijeve zlitine vključujejo predvsem Zn, Mg in Al. V procesu varjenja je vrelišče aluminija višje od drugih dveh elementov. Zato lahko pri varjenju elementov iz aluminijeve zlitine dodamo nekatere legirne elemente z nizkimi vreliščemi, kar prispeva k nastanku majhnih lukenj in trdnosti varjenja.
Tehnologija laserskega varjenja dveh aluminijevih zlitin
1 lasersko samotaljivo varjenje iz aluminijeve zlitine
Lasersko samotaljivo varjenje se nanaša na laserski žarek z visoko energijsko gostoto kot vir toplote, udarec na površino osnovnega materiala, tako da se osnovni material sam topi, nastajanje zvarnih spojev varilna metoda. Za lasersko varjenje aluminijeve zlitine je površina laserske odbojnosti aluminijeve zlitine visoka, varjenje zahteva večjo lasersko moč; premer laserske točke je majhen, zahteve glede natančnosti varilnega orodja so visoke, tolerančna vrednost reže delov je nizka, običajno zahteva vrednost reže delov 0.2 mm naslednje; varilni proces hitrosti segrevanja in hlajenja, napake poroznosti zvara, gostota laserske energije je koncentrirana, učinek ključavnice zlahka vodi do konkavnega zvara in pojava griznih robov. Pojav griznega roba, zato imajo parametri varilnega procesa visoke zahteve. Lasersko samotaljivo varjenje pri varjenju aluminijevih zlitin odraža prednosti dobre kakovosti varjenja, hitre hitrosti varjenja in enostavne avtomatizacije ter se pogosto uporablja v avtomobilski industriji. V industriji električnih vozil se tesnjenje ohišja napajalne baterije uporablja predvsem pri laserskem samotalilnem varjenju aluminijevih zlitin. Nova energetska vozila podjetja v aluminijasti karoseriji, sestavu vrat in stranskih strukturnih komponentah varjenja se uporabljajo tudi pri laserskem varjenju z aluminijevo zlitino.
2 Lasersko varjenje polnilne žice iz aluminijeve zlitine
Lasersko varjenje z polnilno žico v laserju je še vedno glavni vir toplote za taljenje varjene kovine, vendar uporaba avtomatske naprave za dovajanje žice v staljeni bazen, ki se nenehno dovaja v polnilno kovino, da se doseže postopek metalurške povezave. V primerjavi z laserskim samotaljivim varjenjem varjenje z lasersko polnilno žico zmanjša zahteve glede natančnosti vrzeli varilnega postopka s polnjenjem žice različnih sestav, da se izboljšajo metalurške lastnosti zvara, da se prepreči nastanek toplotnih razpok in poroznosti zvara. , ter za izboljšanje stabilnosti varilnega postopka in mehanskih lastnosti spojev.
Lasersko varjenje z polnilno žico iz aluminijeve zlitine ima značilnosti dobre kakovosti videza, natančnost procesne vrzeli je manjša kot lasersko samotalilno varjenje itd. Običajno se uporablja na zunanji površini telesa, na primer med zgornjim pokrovom in stranskim ohišjem. , ter med zgornjo in spodnjo ploščo zunanje plošče pokrova prtljažnega prostora. Obstaja tudi nekaj modelov za višjo kakovost varjenja in uporabo laserskega varjenja polnilne žice za varjenje vrat iz aluminijeve zlitine.
3 lasersko obločno kompozitno varjenje iz aluminijeve zlitine
Lasersko obločno kompozitno varjenje je lasersko in obločno 2 vrsti fizikalnih lastnosti, mehanizem prenosa energije se zelo razlikuje od kompozita vira toplote skupaj in skupaj v vlogi varjenega obdelovanca, ne samo da polno igrata 2 vrsti toplote vir svojih prednosti, ampak tudi nadomestiti pomanjkljivosti drug drugega. Pri lasersko obločnem kompozitnem varjenju aluminijeve zlitine lahko oblok vodi laserski vir toplote, izboljša absorpcijsko sposobnost aluminijeve zlitine in izrabo energije pri varilnem procesu ter oblikuje površino zvara kot lasersko varjenje s samotaljenjem. Poleg tega lahko uvedba obloka močno zmanjša natančnost montaže varjenega obdelovanca, medtem ko ima oblok učinek redčenja na lasersko varilno plazmo, kar lahko zmanjša zaščitni učinek plazme na laser. Laser ima pomembno vlogo pri stabilizaciji obloka, tako da se oblok lahko stabilizira pri hitrem varjenju na spoju, kar lahko izboljša kakovost varjenja spoja in poveča hitrost varjenja.
Zaključek
Energijska gostota laserskega varilnega žarka aluminijeve zlitine do 109 W/cm2, hkrati ima prednosti koncentriranega ogrevanja, toplotne poškodbe, razmerja med globino in širino zvara, deformacijo varjenja itd., Varilni postopek je enostaven za integracijo, avtomatizacija, fleksibilizacija , je mogoče doseči visokohitrostno in visoko natančno varjenje, postopek varjenja pa ne zahteva vakuumskega okolja, ne proizvaja rentgenskih žarkov, še posebej primeren za visoko natančno varjenje kompleksnih struktur. Najprivlačnejša značilnost laserskega varjenja aluminija je njegova visoka učinkovitost in da bi dosegli polno učinkovitost te visoke učinkovitosti, jo je treba uporabiti pri veliki debelini globoko talilnega varjenja. Zato bodo raziskave in uporaba visokozmogljivega laserja za globoko talilno varjenje velikih debelin neizogiben trend prihodnjega razvoja. Globoko talilno varjenje velike debeline poudarja pojav luknjic in njegov učinek na poroznost zvara, zato postajata mehanizem tvorbe in nadzor lukenj vse bolj priljubljena in bosta postala vroča tema splošnega pomena in raziskav v industriji.
Zasledovani cilji so izboljšanje stabilnosti postopka laserskega varjenja, tvorbe zvara in kakovosti zvara. Zato se bodo nove tehnologije, kot so kompozitni proces z laserskim oblokom, lasersko varjenje s polnilno žico, lasersko varjenje z nenastavljenim prahom, tehnologija z dvojnim fokusom, oblikovanje snopa itd., še izboljšale in razvile.
