So lösen Sie das Problem des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen

Mit zunehmender Komplexität der Automobilrohrleitungen gibt es derzeit immer mehr Schweißpunkte, was zwangsläufig viele Probleme beim Flammschweißen mit sich bringt. Natürlich hat jede Schweißmethode ihre eigenen Vor- und Nachteile. In diesem Artikel wird die Machbarkeit des Laserschweißens von Klimaanlagenleitungen analysiert.

Heutzutage ist das Laserschweißen in der zerspanenden Industrie weit verbreitet. Darüber hinaus zeichnet sich die Lasertechnologie durch einen geringen Schweißwärmeeintrag, einen geringen Einfluss auf die Schweißwärmefläche und eine geringe Verformung aus, weshalb ihr im Bereich des Aluminiumlegierungsschweißens besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird.

Andererseits weist das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen aufgrund der Verarbeitungseigenschaften von Aluminiumlegierungen einige Schweißschwierigkeiten auf. Wie können diese Probleme gelöst werden?

Problem 1: Aluminiumlegierungen haben eine geringe Laserabsorptionsrate. Dieses Problem ist hauptsächlich auf das Problem des Aluminiumlegierungsmaterials zurückzuführen. Aufgrund des hohen anfänglichen Reflexionsvermögens und der hohen Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung gegenüber dem Laserstrahl ist die Absorptionsrate der Aluminiumlegierung gegenüber dem Laserstrahl vor dem Schmelzen sehr gering. Aluminiumlegierungen haben eine starke Reflexionswirkung auf den Laser, was auf die hohe Dichte freier Elektronen im festen Zustand der Aluminiumlegierung zurückzuführen ist, die die Energie leicht mit dem Photon im Strahl reflektieren kann.

Studien zeigen, dass das Reflexionsvermögen von Aluminiumlegierungen gegenüber gasförmigen CO2-Lasern bis zu 90 % beträgt und das Reflexionsvermögen von Festkörperlasern nahezu 80 % beträgt. Gleichzeitig weist eine Aluminiumlegierung eine starke Wärmeleitfähigkeit auf, was zu einer sehr geringen Absorptionsrate des Aluminiumlegierungslasers führt. Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Laserabsorptionsrate der Aluminiumlegierung zu verbessern.

Um dieses Problem zu lösen, umfassen die Lösungen hauptsächlich die folgenden Aspekte:

1. Oberflächenvorbehandlung von Aluminiumlegierungsmaterial. Aluminiumlegierungen haben eine hohe Laserreaktion. Durch eine ordnungsgemäße Vorbehandlung der Oberfläche der Aluminiumlegierung, z. B. anodische Oxidation, elektrolytisches Polieren, Sandstrahlen, Sandstrahlen usw., kann die Oberflächenabsorption von Strahlungsenergie erheblich verbessert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kristallisationstendenz der Aluminiumlegierung nach der Entfernung des Oxidfilms höher ist als die der ursprünglichen Aluminiumlegierung. Um die Oberflächenbeschaffenheit der Aluminiumlegierung nicht zu zerstören und den Laserschweißprozess zu vereinfachen, kann der Schweißprozess verwendet werden, um die Oberflächentemperatur des Werkstücks zu erhöhen und die Absorptionsrate des Materials für den Laser zu verbessern.

2. Reduzieren Sie die Punktgröße und verbessern Sie die Laserleistungsdichte. Die Laserabsorption von Aluminiumlegierungen wird durch Erhöhung der Laserleistungsdichte verbessert. Die Erhöhung der Laserleistungsdichte führt zu einem kleinen Locheffekt im Schweißbad, der die Absorptionsrate des Materials für den Laser erheblich verbessern kann.

3. Ändern Sie die Schweißstruktur so, dass der Laserstrahl viele Male im Spalt reflektiert wird, um das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen zu erleichtern. Die Gelenkform beeinflusst die Absorption von Laserlicht. V-förmige Abschrägungen und quadratische Abschrägungen begünstigen die Bildung von Schlüssellöchern besser als Verbindungen ohne Abschrägung, und die Laserleistungsdichte erhöht sich, und auch die Laserabsorptionsrate der Aluminiumlegierung nimmt zu.

Problem 2: Es ist leicht, Poren und Heißrisse zu erzeugen, die beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen leicht entstehen. Porosität ist der häufigste und wichtigste Fehler beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen. Stomata-Typen können in zwei Kategorien unterteilt werden.

Zum einen kann der Wasserstoffgehalt der geschmolzenen Aluminiumlegierung aufgrund des starken Rückgangs der Wasserstofflöslichkeit beim Abkühlprozess des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen den Wasserstoffgehalt von {{0}},69 ml/100 g erreichen Die Menge an Aluminiumlegierung beträgt nach dem Abkühlen und Erstarren 0,036 ml/100 g, und der übersättigte Wasserstoff fällt aus und bildet Wasserstoffporen. Darüber hinaus befindet sich auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung ein Oxidfilm, und das Wasser im Kristallwasser, der Luft und dem Schutzgas auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung wird beim Schweißen direkt in Wasserstoff zersetzt. Diese Wasserstoffporen können während des schnellen Abkühlungsprozesses beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen zu spät entweichen und verbleiben in der Schweißnaht, um Wasserstoffporen zu bilden.

Der andere Grund liegt in der Instabilität des beim Laserschweißen entstehenden Schlüssellochs und dem Kollaps, sodass das flüssige Metall keine Zeit hat, das Loch zu füllen. Übermäßige Porosität verringert die Dichte der Schweißnaht, verringert die Tragfähigkeit der Verbindung und verringert die Festigkeit und Plastizität der Verbindung in unterschiedlichem Maße.

Es gibt viele Maßnahmen, um die Defekte des Gaslochs beim Laserschweißen zu reduzieren, wie z. B. die Möglichkeit, das Schmelzbad zu vermischen, die Möglichkeit der Oberflächenveredelung, das Füllen des Drahtes oder das Füllen des Legierungspulvers und die Verwendung Die Verwendung von Double-Spot-Technologie und Laser-Composite-Schweißen soll den Effekt der Poren reduzieren, aber es ist schwierig, das Ganze zu beseitigen. Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist besser und die Wellenform der Laserleistung kann je nach Material, Dicke und Oberflächenzustand der Aluminiumlegierung angepasst werden. Im Bild des Spitzenwellenschweißens kann es auch zum Schweißen des Wellentyps verwendet werden, der nach dem Vorwärmen isoliert wird, was eine Rolle bei der Reduzierung von Gas und Gaslöchern spielen kann. Es kann die Instabilität der Poren verringern, den Winkel des Laserstrahls ändern und das Magnetfeld beim Schweißen anwenden und die Poren der Mittelschicht effektiv kontrollieren.

Der Grund für Heißrisse beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen hängt hauptsächlich mit den eigenen Eigenschaften und dem Schweißprozess zusammen. Während der Erstarrung der Aluminiumlegierung ist die Schrumpfungsrate groß (bis zu 5 %), die Schweißspannung und die Verformung sind groß und das Schweißgut erzeugt während der Kristallisation entlang der Korngrenze eine eutektische Struktur mit niedrigem Schmelzpunkt, so dass die Korngrenze entsteht Die Bindungskraft wird geschwächt und unter der Einwirkung der Zugspannung bilden sich Heißrisse.

Die Heißrissneigung kann durch Einfüllen von Draht oder Legierungspulver verringert werden, und die Heißrissneigung kann auch durch Anpassen der Schweißprozessparameter zur Steuerung der Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit verringert werden. Bei der Verwendung von YAG-Lasern kann der Wärmeeintrag durch Anpassen der Pulswellenform gesteuert werden, um Kristallrisse zu reduzieren.

Problem 3: Die mechanischen Eigenschaften der geschweißten Verbindungen nehmen ab – Erweichung

Der Verbrennungsverlust von Legierungselementen beim Schweißprozess verringert die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen aus Aluminiumlegierungen.

Unter „Erweichung“ versteht man das Phänomen der verminderten Festigkeit und Härte von Schweißverbindungen. Beim Laserschweißen einer Aluminiumlegierungsverbindung kommt es auch zu Erweichungsproblemen in der Schweißstruktur und der Wärmeeinflusszone der Schweißverbindung. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass das Erweichungsphänomen beim Schweißen von Aluminiumlegierungen schwer grundsätzlich zu beseitigen ist. Im Vergleich zum Schutzgasschweißen verringert das Laserschweißen jedoch den Wärmeeintrag und macht die Erweichungszone der Schweißnaht schmaler. Im Vergleich zum MIG-Schweißen ist der „Erweichungsgrad“ von lasergeschweißten Aluminiumlegierungsverbindungen geringer und die Zugfestigkeit steigt mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit. Der Einfluss von Plasma auf den Schweißprozess ist gering, die Ionisierungsenergie des Aluminiumelements ist gering, beim Laserschweißen entsteht leichter Metallplasma, Plasma wird durch Laserbrechung und Ablenkung verursacht, wodurch sich der Fokus des Laserstrahls ändert, so dass das Schweißdurchdringungsverhältnis verringert wird. Auswirkungen auf die Qualität der Schweißverbindung haben. Durch die Voreinstellung des Pulvers auf der Werkstückoberfläche werden die Ausdehnung und Pulsation des Plasmas in Höhenrichtung abgeschwächt, so dass das Plasma eine relativ stabile Pulsationsamplitude auf der Werkstückoberfläche aufrechterhalten kann.

Die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen aus Aluminiumlegierungen nehmen aufgrund der instabilen Porosität beim Schweißen ab. Zu den Aluminiumlegierungen gehören hauptsächlich Zn, Mg und Al. Beim Schweißvorgang hat Aluminium einen höheren Siedepunkt als die beiden anderen Elemente. Daher können beim Schweißen von Aluminiumlegierungskomponenten einige Legierungselemente mit niedrigem Siedepunkt hinzugefügt werden, was die Bildung kleiner Löcher und die Festigkeit des Schweißens begünstigt.

1. Laser-Selbstschmelzschweißen aus Aluminiumlegierung

Laser-Selbstschmelzschweißen bezieht sich auf den Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle, der auf die Oberfläche des Grundmaterials einwirkt, so dass das Grundmaterial selbst schmilzt und eine Schweißverbindung bildet. Beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen weist die Oberfläche der Aluminiumlegierung ein hohes Reflexionsvermögen für den Laser auf und beim Schweißen ist eine große Laserleistung erforderlich. Der Durchmesser des Laserflecks ist klein, die Genauigkeit der Schweißausrüstung ist hoch und der Toleranzwert des Spalts der Teile ist gering, und der Spaltwert der Teile muss normalerweise unter 0 liegen. 2mm. Während des Schweißprozesses ist die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit hoch, es gibt viele Schweißporositätsfehler, die Laserenergiedichte ist konzentriert und der Schlüssellocheffekt kann leicht das Phänomen der Schweißkonkavität und des Kantenbeißens verursachen, so dass die Parameter des Schweißprozesses unterschiedlich sind höhere Anforderungen. Das Laser-Selbstschmelzschweißen beim Schweißen von Aluminiumlegierungen spiegelt die Vorteile einer guten Schweißqualität, einer schnellen Schweißgeschwindigkeit und einer einfachen Automatisierung wider und wird in der Automobilindustrie häufig eingesetzt. In der Elektrofahrzeugindustrie erfolgt die Abdichtung des Batteriegehäuses hauptsächlich durch Laser-Selbstschmelzschweißen aus einer Aluminiumlegierung. In der Aluminiumkarosserie eines inländischen New-Energy-Automobilunternehmens erfolgt das Schweißen der Türbaugruppe und der Seitenwandstruktur ebenfalls durch Laser-Selbstschmelzschweißen aus einer Aluminiumlegierung.

2. Füllschweißen mit Laserdraht aus Aluminiumlegierung

Beim Laserdrahtfüllschweißen wird der Laser immer noch als Hauptwärmequelle zum Schmelzen des geschweißten Metalls verwendet, aber die automatische Drahtvorschubvorrichtung wird verwendet, um das gefüllte Metall kontinuierlich dem Schmelzbad zuzuführen, um den metallurgischen Verbindungsprozess zu erreichen. Im Vergleich zum Laser-Selbstschmelzschweißen entspannt das Laserdrahtfüllschweißen die Anforderungen an die Spaltgenauigkeit des Schweißprozesses, indem es verschiedene Komponenten des Schweißdrahts füllt, die metallurgischen Eigenschaften der Schweißnaht verbessert, heiße Risse und Poren beim Schweißen verhindert und die Schweißnaht verbessert Stabilität des Schweißprozesses und der mechanischen Eigenschaften der Verbindung.

Das Laserdrahtschweißen von Aluminiumlegierungen zeichnet sich durch eine gute Erscheinungsbildqualität aus, die Prozessspaltgenauigkeit ist geringer als beim Laserselbstschmelzschweißen usw. Es wird normalerweise an der Außenfläche der Karosserie verwendet, z. B. zwischen der oberen Abdeckung und der Seitenwand. und zwischen der oberen und unteren Platte der Kofferhülle. Es gibt auch einige Modelle, um eine höhere Schweißqualität zu erzielen und das Laserdrahtschweißen zum Schweißen von Türen aus Aluminiumlegierungen zu verwenden.

3. Laserlichtbogen-Verbundschweißen aus Aluminiumlegierung

Beim Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen werden zwei Arten von Wärmequellen mit Laser und Lichtbogen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und Energieübertragungsmechanismen kombiniert, die an den geschweißten Teilen zusammenarbeiten. Beide nutzen die Vorteile der beiden Wärmequellen voll aus und gleichen die Schwächen der anderen aus. Beim Laserlichtbogen-Verbundschweißen von Aluminiumlegierungen kann der Lichtbogen die Laserwärmequelle leiten, das Absorptionsvermögen der Aluminiumlegierung und die Energienutzungsrate im Schweißprozess verbessern, und die Oberflächenformbarkeit der Schweißnaht ist besser als die des Lasers Selbstschmelzschweißen. Darüber hinaus kann die Einführung eines Lichtbogens die Spanngenauigkeit von Schweißteilen erheblich verringern, und der Lichtbogen hat eine verdünnende Wirkung auf das Laserschweißplasma, was die Abschirmwirkung des Plasmas auf den Laser verringern kann. Der Laser spielt eine wichtige Rolle für die Stabilität des Lichtbogens, sodass der Lichtbogen beim Hochgeschwindigkeitsschweißen stabil auf die Verbindung einwirken kann, was die Schweißqualität der Verbindung verbessern und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen kann.

Die Energiedichte des Laserschweißstrahls einer Aluminiumlegierung kann 109 W/cm2 erreichen und bietet die Vorteile einer konzentrierten Erwärmung, einer geringen thermischen Beschädigung, eines großen Verhältnisses von Schweißtiefe zu Breite und einer geringen Schweißverformung. Der Schweißprozess ist einfach zu integrieren, automatisiert und flexibel, wodurch Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsschweißen realisiert werden kann. Der Schweißprozess benötigt keine Vakuumumgebung und erzeugt keine Röntgenstrahlen, was besonders für Hochpräzision geeignet ist Schweißen komplexer Strukturen. Das attraktivste Merkmal des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen ist seine hohe Effizienz. Um diese hohe Effizienz voll auszuschöpfen, ist es notwendig, sie beim Tiefschweißen großer Dicken anzuwenden. Daher wird die Erforschung und Anwendung von Hochleistungslasern für das Tiefschweißen großer Dicken ein unvermeidlicher Trend der zukünftigen Entwicklung sein. Das Tiefschweißen großer Dicken verdeutlicht das Phänomen der Nadellöcher und seinen Einfluss auf die Porosität der Schweißnaht, so dass der Entstehungsmechanismus und die Kontrolle von Nadellöchern immer wichtiger werden, was in der Branche zu einem heißen Thema werden wird.

Die Verbesserung der Stabilität des Laserschweißprozesses, der Schweißnahtformung und der Schweißqualität ist das Ziel, das verfolgt wird. Daher werden neue Technologien wie Laser-Lichtbogen-Verbundverfahren, Fülldraht-Laserschweißen, nicht voreingestelltes Pulverlaserschweißen, Dual-Fokus-Technologie und Strahlformung weiter verbessert und weiterentwickelt.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf Forschung und Entwicklung, Herstellung und Vertrieb von automatischen Laserauftragsmaschinen, Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsmaschinen, Laserabschreckmaschinen, Laserschweißmaschinen und Laser-3D-Druckgeräten spezialisiert hat. Unsere Produkte sind kostengünstig und werden im In- und Ausland verkauft. Wenn Sie an unseren Produkten interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte unter bob@gshenglaser.com.