A lézeres hegesztési technológia alkalmazása alumíniumötvözetek hegesztésében

Az alumíniumötvözet használata a hagyományos acél helyettesítésére az autókon az egyik fontos módja az autó könnyű súlyának megvalósításának. A jó hővezető képességgel és nagy lineáris tágulási együtthatóval rendelkező alumíniumötvözet jellemzői miatt azonban vannak problémák a hegesztésben:

1) Alumíniumötvözet hegesztett kötések komolyan lágyulnak, alacsony szilárdsági együttható;

2) Az alumíniumötvözet könnyen oxidálható tűzálló oxidfilm előállításához (Al2O3, olvadáspontja 2060 fok), amelyhez nagy teljesítményű sűrűségű hegesztési eljárást kell alkalmazni;

3) Könnyen előállítható pórusok;

4) A lineáris tágulási együttható nagy, könnyen előállítható hegesztési deformáció és hegesztési repedés;

5) A hővezető képesség és a fajlagos hőkapacitás nagy, és a hőbevitel 2-4-szer nagyobb, mint a hegesztett acélé.

Ezért a nagy teljesítményű alumíniumötvözet hegesztési kötések előállításához nagy energiasűrűség, alacsony hegesztési hőbevitel és nagy hegesztési sebesség szükséges, amelyek közül a lézeres hegesztés az egyik legígéretesebb alumíniumötvözet-hegesztési technológia.

A lézeres hegesztés egy hatékony és precíz hegesztési módszer, amely nagy energiasűrűségű lézersugarat használ hőforrásként, amelynek jellemzői a gyors sebesség, a nagy behatolás, a kis deformáció, a jó feldolgozási rugalmasság és az alumíniumötvözet hegesztésénél történő könnyű automatizálás. Széles körben alkalmazzák a repülőgépgyártásban, az autógyártásban és a könnyűipari elektronikában és más területeken, de az alumíniumötvözet lézerhegesztésénél is használják. Vannak problémák és nehézségek is.

1.1 Az alumíniumötvözetnek nagyon alacsony a lézerelnyelési aránya

Az alumíniumötvözet erős fényvisszaverő hatással bír a lézerre, ami az alumíniumötvözet szilárd halmazállapotában lévő szabad elektronok nagy sűrűségének köszönhető, amely könnyen visszaveri az energiát a sugárban lévő fotonnal. A tanulmányok azt mutatják, hogy az alumíniumötvözet és a gáz-CO2 lézer visszaverő képessége eléri a 90%-ot, a szilárd lézeré pedig közel 80%. Ugyanakkor az alumíniumötvözet erős hővezető képességgel rendelkezik, ami az alumíniumötvözetből készült lézer nagyon alacsony abszorpciós sebességét eredményezi. Ezért megfelelő intézkedéseket kell tenni az alumíniumötvözetek lézerabszorpciós sebességének javítására.

Optimalizálási intézkedések:

1) A lézer teljesítménysűrűségének növelésével az alumíniumötvözet lézer abszorpciójának javítása érdekében. A lézerteljesítmény-sűrűség növekedése kis lyukhatást okoz a hegesztőmedencében, ami nagymértékben javíthatja az anyag lézerhez való abszorpciós sebességét.

2) Alkalmazza a megfelelő felület-előkezelési eljárást. Az alumíniumötvözet lézerelnyelő képességének összehasonlítására elektrolitikus polírozást, eloxálást és homokfúvást alkalmaztak. Azt találták, hogy az alumíniumötvözet felületek eloxálása és homokfúvása jelentősen javíthatja a lézer abszorpcióját.

3) Azt is megállapították, hogy az ízületi forma befolyásolja a lézer abszorpcióját. A V-alakú ferde és négyszögletes ferde jobban elősegíti a kulcslyukak kialakulását, mint a nem ferde illesztések, és nő a lézer teljesítménysűrűsége és az alumíniumötvözet lézerabszorpciós sebessége is.

1.2 Könnyen kialakítható pórusok

A pórusok az alumíniumötvözetek lézeres hegesztésének leggyakoribb és legfontosabb hibája. A pórustípusok két kategóriába sorolhatók. Az egyik az, hogy az alumíniumötvözetek lézeres hegesztésének hűtési folyamatában a hidrogén oldhatóságának meredek csökkenése miatt az olvadt alumíniumötvözet hidrogéntartalma elérheti a {{0}},69mL/100g-ot, a hidrogéntartalom Az alumíniumötvözet hűtése és megszilárdulása után 0,036 ml/100 g, és a túltelített hidrogén kicsapódik, és hidrogénpórusokat képez. Emellett az alumíniumötvözet felületén oxidfilm is található, és a kristályvízben lévő víz, a levegő és az alumíniumötvözet felületén lévő védőgáz közvetlenül hidrogénné bomlik a hegesztés során. Ezek a hidrogénpórusok túl későn távoznak az alumíniumötvözetek lézeres hegesztésének gyors hűtési folyamata során, és a hegesztési varratban maradva hidrogénpórusokat képeznek. A másik oka a lézeres hegesztés során keletkező kulcslyuk instabilitása és összeomlása, valamint a folyékony fémnek nincs ideje kitölteni a lyukat. A túlzott porozitás csökkenti a hegesztési varrat sűrűségét, csökkenti a kötés teherbíró képességét, és különböző mértékben csökkenti a kötés szilárdságát és plaszticitását. Számos intézkedés létezik az alumíniumötvözetek lézeres hegesztésének porozitási hibáinak csökkentésére, például a lézersugár járási nyomvonalának megváltoztatása, sugároszcilláció használata az olvadt medence keverésére, a porozitás felületről való kilépésének lehetőségének növelése, drót vagy ötvözet használata por, valamint a duplapontos technológia és a lézeres kompozit hegesztés alkalmazásával a porozitást csökkentő hatás érhető el, de alapvetően nehéz kiküszöbölni.

1.3 Forró repedési hajlam

Az alumíniumötvözetek lézeres hegesztése során fellépő forró repedés oka elsősorban a saját jellemzőivel és a hegesztési eljárással függ össze. Az alumíniumötvözet megszilárdulása során a zsugorodás mértéke nagy (akár 5%), a hegesztési feszültség és deformáció nagy, és a hegesztési fém alacsony olvadáspontú eutektikus szerkezetet hoz létre a szemcsehatár mentén a kristályosodás során, így a szemcsehatár a kötőerő gyengül, és a húzófeszültség hatására forró repedések keletkeznek. A forró repedési hajlam csökkenthető huzal vagy ötvözetpor kitöltésével, és a forró repedési hajlam is csökkenthető a hegesztési folyamat paramétereinek beállításával a fűtési és hűtési sebesség szabályozására.

1.4 A varratszerkezet és a hőhatászóna lágyítása

A "lágyulás" a hegesztett kötések szilárdságának és keménységének csökkenése. A lézeres hegesztésű alumíniumötvözet kötés alkalmazásakor a hegesztési varrat szerkezete és a hegesztett kötés hőhatásövezete is lágyulási problémákat okoz. Számos tanulmány kimutatta, hogy az alumíniumötvözet-hegesztés lágyulási jelensége alapvetően nehezen küszöbölhető ki, de a védőgázas hegesztéssel összehasonlítva a lézeres hegesztés csökkenti a hőbevitelt, és szűkíti a varrat lágyulási zónáját. A MIG hegesztéssel összehasonlítva a lézerhegesztett alumíniumötvözet kötések "lágyulási" foka alacsonyabb, a szakítószilárdság pedig a hegesztési sebesség növekedésével nő. A plazma hatása a hegesztési folyamatra Az alumíniumelem ionizációs energiája alacsony, a lézerhegesztéssel könnyebben formálható fémplazma, plazma lézertörés és elhajlás okozta, ezáltal megváltozik a lézersugár fókusza, így a hegesztési áthatolási arány csökken, befolyásolja a hegesztési kötés minőségét. A por előbeállításával a munkadarab felületén a plazma magassági irányú tágulása és pulzálása gyengül, így a plazma viszonylag stabil pulzációs amplitúdót tud fenntartani a munkadarab felületén.

2.1 Alumíniumötvözet lézeres önömlesztő hegesztés

A lézeres önfúziós hegesztés a nagy energiasűrűségű lézersugarat jelenti, mint hőforrást, amely az alapanyag felületére hat, így maga az alapanyag megolvad, hegesztési kötési hegesztési módszert képezve. Alumíniumötvözet lézeres hegesztésénél az alumíniumötvözet felületének nagy a visszaverő képessége a lézerre, és nagy lézerteljesítményre van szükség a hegesztés során. A lézerpont átmérője kicsi, a hegesztőberendezés pontossága nagy, az alkatrészek hézagának tűrésértéke alacsony, az alkatrészek hézagértékének általában 0 alatt kell lennie. 2 mm. A hegesztési folyamat során a fűtési és hűtési sebesség gyors, a hegesztési porozitási hibák sok, a lézer energiasűrűsége koncentrált, és a kulcslyuk-effektus könnyen előidézheti a hegesztési homorú és élharapás jelenségét, így a hegesztési folyamat paraméterei magasabb követelményeket. Az alumíniumötvözet hegesztésénél alkalmazott lézeres önömlesztési hegesztés a jó hegesztési minőség, a gyors hegesztési sebesség és az egyszerű automatizálás előnyeit tükrözi, és széles körben használják az autóiparban. Az elektromos járműiparban az akkumulátor burkolatának tömítése főként alumíniumötvözetből készült lézeres önömlesztő hegesztésből készül. Egy hazai újenergiás autógyártó cég alumínium karosszériájában az ajtószerelvény és az oldalfalszerkezet hegesztése is alumíniumötvözet lézeres önömlesztéses hegesztéssel készül.

2.2 Alumíniumötvözet lézerhuzalos töltőhegesztés

A lézerhuzalos töltőhegesztésnél a lézert továbbra is fő hőforrásként használják a hegesztett fém olvasztására, de az automatikus huzaladagoló berendezést használják a töltőfém folyamatos betáplálására az olvadékmedencébe a kohászati ​​csatlakozási folyamat elérése érdekében. A lézeres önfúziós hegesztéssel összehasonlítva a lézerhuzal-kitöltő hegesztés enyhítette a hegesztési folyamat réspontosságának követelményeit, a hegesztőhuzal különböző összetevőinek kitöltésével, javítja a varrat metallurgiai tulajdonságait, megakadályozza a hegesztési forró repedéseket és pórusokat, javítja a hegesztési folyamat réspontosságát. a hegesztési folyamat stabilitása és a kötés mechanikai tulajdonságai.

Az alumíniumötvözetből készült lézerhuzalhegesztés jó megjelenésű, a réspontosság lazább, mint a lézeres önömlesztéses hegesztés stb. Általában a test külső felületén használják, például a felső burkolat és az oldalfal között. , valamint a bőröndfedél felső és alsó lapjai között. Vannak olyan modellek is, amelyek jobb hegesztési minőséget érnek el, és lézerhuzalhegesztést alkalmaznak alumíniumötvözet ajtók hegesztésére.

2.3 Alumíniumötvözet lézeres ívkompozit hegesztés

A lézeríves kompozit hegesztés kétféle lézeres és íves hőforrás kombinációja, amelyek különböző fizikai tulajdonságokkal és energiaátviteli mechanizmussal rendelkeznek, és együtt dolgoznak a hegesztett részeken. Az It Both teljes mértékben kihasználja a két hőforrás előnyeit, és pótolja egymás hiányosságait. Az alumíniumötvözet lézeríves kompozit hegesztésénél az ív irányíthatja a lézeres hőforrást, javíthatja az alumíniumötvözet abszorpciós képességét és a hegesztési folyamat energiafelhasználási arányát, és a varrat felületi alakíthatósága jobb, mint a hegesztési varraté. lézeres önfúziós hegesztés. Ezenkívül az ív bevezetése nagymértékben csökkentheti a hegesztési alkatrészek befogási pontosságát, és az ív hígító hatással van a lézerhegesztő plazmára, ami csökkentheti a plazma árnyékoló hatását a lézerre. A lézer fontos szerepet játszik az ív stabilitásában, így az ív a nagysebességű hegesztés során stabilan hathat a kötésre, ami javíthatja a kötés hegesztési minőségét és növelheti a hegesztési sebességet.

Számos előnye van a lézeres hegesztésnek az autóiparban:

1) Hegesztési sebessége gyors, javítja a gyártási ritmust, és a hegesztési sebesség elérheti a 6 m / percet, ami összehasonlíthatatlan előnyökkel rendelkezik a fehér test más csatlakozási módszereivel szemben (például ponthegesztés, ívhegesztés, szegecselés);

2) Kis mértékben korlátozza a karosszéria szerkezetét, különböző hegesztési szerkezetekre alkalmazható (lap, sarok, T-csukló, tompa), és egyoldalas hegesztés, ahol a gerenda elérhető, a kialakítás rugalmasabb;

3) A lézeres hegesztési oldal követelményei alacsonyak, a hegesztési oldal 6 ~ 8 mm-ben hegeszthető, szemben a ponthegesztés oldali követelményeivel (16 mm) felére csökkentve, szerepet játszhat a könnyű súlyban;

4) A tető és a hátsó burkolat lézeres hegesztési szerkezete csökkentheti a karosszéria minőségét, és nincs szükség tömítőanyag és külső díszítőlemez alkalmazására, megtakarítva a karosszéria költségeit;

5) A lézeres hegesztési varrat sima és szép, jó megjelenésű stb.

A lézeres hegesztés számos előnye miatt széles körben foglalkoztatta az autóiparban, és számos autóipari vállalat kedvelte. Európai modellek (például Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot stb.) és amerikai modellek (például Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet stb.) különböző részein (tető, ajtó szerelvények, csomagtérfedél külső panel, oldalsó szerkezeti részek és áramlási tartály hegesztése stb.), valamint a minőségi karosszéria egyik szimbólumaként fehér színben.

A magas egyszeri beruházási költség, a fémlemez pontosság és a szerszám pontossági követelményei miatt azonban nem használják széles körben a hazai márkájú autógyártók körében.

Jelenleg az alumíniumötvözet lézeres hegesztését tömeggyártásban alkalmazzák alumíniumötvözet testben. Az Audi TT, A6/A8 és a Cadillac zászlóshajója, a CT6 alumíniumötvözetből készült lézerhegesztéssel van hegesztve a felső burkolaton és az oldalfalakon. A Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW 5/7 sorozat, Mercedes-Benz S sorozat /C sorozat és a csomagtartó fedőlemez más modelljei alumíniumötvözet lézeres hegesztést alkalmaznak. Az Audi A6/A8, Mercedes-Benz S/C sorozat, BMW 5/7 sorozat stb. ajtói alumíniumötvözetből készült lézerhegesztést alkalmaznak. A Nio emellett nagyszámú alumíniumötvözet lézerhegesztést alkalmazott a burkolatban és az oldalfalban, valamint az ajtóban.

Az autóipari technológia, az ipari feldolgozási kapacitás és a feldolgozási minőség folyamatos fejlődésével a lézerhegesztés használatának költsége jelentősen csökken. Ugyanakkor az autóipari könnyűszerkezetek fejlődésével az alumíniumötvözet alkalmazása az autók karosszériájában növekszik, a lézeres hegesztés, mint az egyik fontos csatlakozási módszer az alumíniumötvözet hegesztési minőségének problémájának megoldására, szélesebb körben kerül alkalmazásra autóipar.

A Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. egy csúcstechnológiás vállalkozás, amely automata lézeres burkológépek, nagy sebességű lézeres burkológépek, lézeres keményítőgépek, lézerhegesztő berendezések és 3D nyomtató berendezések K+F-re, gyártására és értékesítésére szakosodott.

Ha érdeklik termékeink, kérjük, lépjen velünk kapcsolatba a következő címen: bob@gshenglaser.com.