Heutzutage bringt die zunehmende Komplexität der Automobilpipeline immer mehr Schweißpunkte zwangsläufig mit vielen Problemen beim Flammschweißen mit sich. Natürlich hat jede Schweißmethode ihre eigenen Vor- und Nachteile. In diesem Artikel wird die Machbarkeit des Laserschweißens von Klimaanlagenleitungen analysiert.
Eine Lösung für das Problem des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen
Heutzutage ist das Laserschweißen in der zerspanenden Industrie weit verbreitet. Darüber hinaus weist die Lasertechnologie auch die Eigenschaften einer geringen Schweißwärmezufuhr, eines geringen Einflusses der Schweißwärmefläche, einer leichten Verformung usw. auf. Daher hat sie im Bereich des Schweißens von Aluminiumlegierungen besondere Aufmerksamkeit erhalten.
Andererseits gibt es aufgrund der Verarbeitungseigenschaften von Aluminiumlegierungen einige Schweißschwierigkeiten beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen. Wie können diese Probleme gelöst werden?
Problem 1: Eine Aluminiumlegierung weist eine geringe Laserabsorptionsrate auf.
Dieses Problem ist hauptsächlich auf das Aluminiumlegierungsmaterial zurückzuführen. Aufgrund des hohen anfänglichen Reflexionsvermögens und der hohen Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung gegenüber dem Laserstrahl weist die Aluminiumlegierung vor dem Schmelzen eine geringe Absorption des Laserstrahls auf. Aluminiumlegierungen haben einen starken Reflexionseffekt auf Laserlicht aufgrund der hohen Dichte freier Elektronen innerhalb der Aluminiumlegierung im Festkörperzustand, die dazu neigen, mit den Photonen im Strahl zu interagieren und die Energie wegzureflektieren. Studien haben gezeigt, dass das Reflexionsvermögen von Aluminiumlegierungen bei gasförmigen CO2-Lasern bis zu 90 % und bei Feststofflasern nahezu 80 % beträgt. Gleichzeitig weisen Aluminiumlegierungen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was zu einer geringen Absorption von Laserlicht durch Aluminiumlegierungen führt. Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Absorption von Laserlicht durch Aluminiumlegierungen zu verbessern.
Für dieses Problem umfasst die Lösung hauptsächlich die folgenden Aspekte.
1. Oberflächenvorbehandlung von Aluminiumlegierungsmaterialien. Aluminiumlegierung hat eine hohe Laserreaktion. Durch eine entsprechende Vorbehandlung der Oberfläche einer Aluminiumlegierung, wie z. B. anodische Oxidation, elektrolytisches Polieren, Sandstrahlen, Sandstrahlen usw., kann die Absorption von Strahlungsenergie auf der Oberfläche erheblich verbessert werden. Studien haben gezeigt, 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, können Sie den Schweißprozess nutzen, um die Oberflächentemperatur des Werkstücks zu erhöhen und so die Absorption des Lasers durch das Material zu verbessern.
2. Reduzieren Sie die Punktgröße und erhöhen Sie die Laserleistungsdichte. Durch Erhöhung der Laserleistungsdichte wird die Absorption der Aluminiumlegierung durch den Laser verbessert. Eine erhöhte Laserleistungsdichte führt dazu, dass im Schweißschmelzbad ein kleiner Locheffekt entsteht, der die Laserabsorptionsrate des Materials erheblich verbessern kann.
3. Ändern Sie die Schweißstruktur, sodass der Laserstrahl viele Male im Spalt reflektiert wird, um das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen zu erleichtern. Die Form der Verbindung beeinflusst die Laserabsorption. V-förmige und quadratische Abschrägungen begünstigen die Bildung von Schlüssellöchern besser als Verbindungen ohne Abschrägung, sodass die Laserleistungsdichte zunimmt und die Laserabsorption der Aluminiumlegierung zunimmt.
Problem 2: Es kommt leicht zu Porosität und thermischen Rissen. Der Laserschweißprozess für Aluminiumlegierungen ist anfällig für Porosität und thermische Risse.
Porosität ist die häufigste und wichtigste Fehlerart beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen. Die Arten der Porosität lassen sich in 2 Kategorien einteilen.
Aufgrund des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen sinkt die Wasserstofflöslichkeit im Abkühlprozess stark ab, der Wasserstoffgehalt der Aluminiumlegierung im geschmolzenen Zustand steigt auf {{0}},69 ml/100 g, die Abkühlungserstarrung des Wasserstoffgehalts der Aluminiumlegierung beträgt 0,036 mL/100g, übersättigter Wasserstoffniederschlag und Bildung von Wasserstoffporen. Darüber hinaus befindet sich auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung eine Oxidschicht, und das kristalline Wasser auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung, Luft und Feuchtigkeit im Schutzgas zersetzen sich beim Schweißen direkt in Wasserstoff. Diese Wasserstoffporen entweichen beim schnellen Abkühlprozess beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen und bleiben in der Schweißnaht, um Wasserstoffporen zu bilden.
Eine weitere Kategorie ist auf die durch den Laserschweißprozess verursachte Instabilität und den Kollaps des Schlüssellochs zurückzuführen. Das flüssige Metall kommt zu spät, um die entstandenen Löcher zu füllen. Eine übermäßige Porosität verringert die Dichte der Schweißnaht, verringert die Tragfähigkeit der Verbindung und führt dazu, dass Festigkeit und Plastizität der Verbindung unterschiedlich stark reduziert werden.
Reduzieren Sie beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen die Porositätsdefekte durch eine Reihe von Maßnahmen, z. B. durch Ändern der Laufbahn des Laserstrahls, Verwenden der Strahloszillation zum Rühren des Schmelzbads, Erhöhen der Möglichkeit, dass Porosität aus der Oberfläche entweicht, Verwendung von Fülldraht oder Fülllegierungspulver sowie der Einsatz der Dual-Spot-Technologie und des Laserverbundschweißens und andere Maßnahmen können den Effekt der Porosität verringern, es ist jedoch schwierig, sie von der Wurzel zu beseitigen. Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist je nach Material der Aluminiumlegierung, Dicke und Oberflächenbeschaffenheit im Schweißprozess relativ gut, um die Wellenform der Laserleistung anzupassen. Wie in der Abbildung gezeigt, kann die Wellenform vor der Spitze zum Schweißen auch vor dem Vorwärmen nach der Wellenform zum Schweißen isoliert werden, um den Blaspunkt zu reduzieren und die Porosität eine gewisse Rolle zu spielen. Es kann das instabile Kollabieren der Poren reduzieren, den Strahlungswinkel des Laserstrahls ändern und beim Schweißen ein Magnetfeld anlegen, kann aber auch die während des Schweißprozesses entstehenden Poren effektiv kontrollieren.
Die Gründe für thermische Risse beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen hängen hauptsächlich mit den eigenen Eigenschaften und dem Schweißprozess zusammen. Die Erstarrungsschrumpfung der Aluminiumlegierung (bis zu 5 %), die Schweißspannung und -verformung sowie die Kristallisation des Schweißmetalls entlang der Korngrenzen erzeugen eine eutektische Organisation mit niedrigem Schmelzpunkt, so dass die Bindungskraft der Korngrenzen bei der Zugspannung geschwächt wird unter der Einwirkung der Bildung heißer Risse.
Die Anwendung der Füllmethode mit Draht oder Legierungspulver kann die Neigung zu Heißrissen verringern, und die Steuerung der Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit durch Anpassung der Schweißprozessparameter kann ebenfalls die Neigung zu Heißrissen verringern. Bei Verwendung eines YAG-Lasers kann der Wärmeeintrag durch Anpassen der Impulswellenform gesteuert werden, um Kristallrisse zu minimieren.
Problem 3: Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften geschweißter Verbindungen – Erweichung
Der Verbrennungsverlust von Legierungselementen während des Schweißprozesses verringert die mechanischen Eigenschaften von geschweißten Verbindungen aus Aluminiumlegierungen.
Unter „Erweichung“ versteht man das Phänomen der verminderten Festigkeit und Härte von Schweißverbindungen. Beim Laserschweißen von Verbindungen aus Aluminiumlegierungen treten beim Schweißgewebe und in der Wärmeeinflusszone der Schweißverbindungen das gleiche Erweichungsproblem auf. Eine große Anzahl von Studien hat gezeigt, dass das Erweichungsphänomen beim Schweißen von Aluminiumlegierungen grundsätzlich schwer zu beseitigen ist, aber im Vergleich zum Schutzgasschweißen ist das Laserschweißen aufgrund der geringeren Wärmezufuhr so, dass die Schweißnaht-Erweichungszone schmaler ist. Aluminiumlegierungs-Laserschweißen und Schmelzelektroden-Schutzgasschweißen im Vergleich zu lasergeschweißten Verbindungen, der „Erweichungsgrad“ ist geringer und die Zugfestigkeit nimmt mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit zu. Der Einfluss der Ionisierungsenergie des Aluminiumelements auf den Plasmaschweißprozess ist gering. Beim Laserschweißen entsteht eher ein Metallplasma, das durch Laserbrechung und -ablenkung verursacht wird und somit den Brennpunkt der Laserstrahlposition ändert dass sich das Schweißtiefenverhältnis verringert, was Auswirkungen auf die Qualität der Schweißverbindungen hat. Übernehmen Sie die Methode, Pulver auf der Oberfläche des Werkstücks vorzupositionieren, um die Ausdehnung des Plasmas in Höhenrichtung des Sprungs abzuschwächen, sodass das Plasma auf der Oberfläche des Werkstücks die relative Stabilität der Sprungamplitude aufrechterhalten kann.
Instabile Poren beim Schweißen von Aluminiumlegierungen führen zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung. Aluminiumlegierungen umfassen hauptsächlich Zn, Mg und Al. Beim Schweißprozess ist der Siedepunkt von Aluminium höher als der der beiden anderen Elemente. Daher können beim Schweißen von Aluminiumlegierungselementen einige Legierungselemente mit niedrigem Siedepunkt hinzugefügt werden, was die Bildung kleiner Löcher und die Festigkeit des Schweißens begünstigt.
Laserschweißtechnologie mit zwei Aluminiumlegierungen
1 Laser-Selbstschmelzschweißen aus Aluminiumlegierung
Laser-Selbstschmelzschweißen bezieht sich auf den Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle, der auf die Oberfläche des Grundmaterials auftrifft, so dass das Grundmaterial selbst schmilzt und die Schweißmethode zur Bildung von Schweißverbindungen führt. Beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen ist das Reflexionsvermögen der Aluminiumlegierungsoberfläche des Lasers hoch, das Schweißen erfordert eine größere Laserleistung; Der Laserpunktdurchmesser ist klein, die Präzisionsanforderungen des Schweißwerkzeugs sind hoch, der Toleranzwert des Teilespalts ist niedrig, normalerweise ist ein Teilespaltwert von 0,2 mm erforderlich. Der Schweißprozess hängt von der Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit ab, es treten Schweißporositätsfehler auf, die Laserenergiedichte ist konzentriert, der Schlüssellocheffekt führt leicht zu einer konkaven Schweißnaht und dem Phänomen von Beißkanten. Das Phänomen der Beißkante stellt daher hohe Anforderungen an die Parameter des Schweißprozesses. 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 wird die Abdichtung des Batteriegehäuses hauptsächlich beim Laser-Selbstschmelzschweißen von Aluminiumlegierungen verwendet. Ein neues Energiefahrzeugunternehmen in der Aluminiumkarosserie, der Türbaugruppe und der Seite der Strukturkomponenten des Schweißens wird auch beim Laserschmelzschweißen von Aluminiumlegierungen verwendet.
2 Laser-Fülldrahtschweißen aus Aluminiumlegierung
Das Laser-Fülldrahtschweißen im Laser ist immer noch die Hauptwärmequelle zum Schmelzen des geschweißten Metalls, aber durch den Einsatz einer automatischen Drahtzuführvorrichtung wird dem Schmelzbad kontinuierlich Füllmetall zugeführt, um den metallurgischen Verbindungsprozess zu erreichen. Im Vergleich zum Laser-Selbstschmelzschweißen werden beim Laser-Fülldrahtschweißen die Anforderungen an die Spaltgenauigkeit des Schweißprozesses gelockert, indem der Draht unterschiedlicher Zusammensetzung gefüllt wird, um die metallurgischen Eigenschaften der Schweißnaht zu verbessern und die Entstehung thermischer Schweißrisse und Porosität zu verhindern und zur Verbesserung der Stabilität des Schweißprozesses und der mechanischen Eigenschaften der Verbindungen.
Das Laser-Fülldrahtschweißen aus Aluminiumlegierung zeichnet sich durch eine gute optische Qualität aus, die Prozessspaltgenauigkeit ist geringer als beim Laser-Selbstschmelzschweißen usw. Es wird normalerweise auf der optischen Oberfläche der Karosserie angewendet, z. B. zwischen der oberen Abdeckung und dem Seitengehäuse und zwischen der oberen und unteren Platte des Außenblechs der Gepäckraumabdeckung. Es gibt auch einige Modelle, um eine höhere Schweißqualität zu erzielen und das Laserzusatzdrahtschweißen zum Schweißen von Türen aus Aluminiumlegierungen zu verwenden.
3 Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen aus Aluminiumlegierung
Beim Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen handelt es sich um zwei Arten physikalischer Eigenschaften von Laser und Lichtbogen. Der Energieübertragungsmechanismus unterscheidet sich stark von der Wärmequelle des Verbundwerkstoffs, und zusammen in der Rolle des geschweißten Werkstücks können die beiden Arten von Wärme nicht nur voll zur Geltung kommen Quelle ihrer jeweiligen Vorteile, gleichen aber auch gegenseitig ihre Mängel aus. Beim Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen von Aluminiumlegierungen kann der Lichtbogen die Laserwärmequelle leiten, die Laserabsorptionsfähigkeit und die Energieausnutzung des Schweißprozesses der Aluminiumlegierung verbessern und die Schweißoberfläche besser formen als beim Laser-Selbstschmelzschweißen. Darüber hinaus kann die Einführung des Lichtbogens die Montagegenauigkeit des geschweißten Werkstücks erheblich verringern, während der Lichtbogen einen Verdünnungseffekt auf das Laserschweißplasma hat, was die Abschirmwirkung des Plasmas auf den Laser verringern kann. Der Laser spielt eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Lichtbogens, sodass der Lichtbogen beim Hochgeschwindigkeitsschweißen an der Verbindung stabilisiert werden kann, was die Schweißqualität der Verbindung verbessern und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen kann.
Abschluss
Die Energiedichte des Laserschweißstrahls aus Aluminiumlegierung beträgt bis zu 109 W/cm2 und bietet gleichzeitig die Vorteile einer konzentrierten Erwärmung, thermischen Schadens, Schweißtiefen- und -breitenverhältnis, Schweißverformung usw., der Schweißprozess ist einfach zu integrieren, zu automatisieren und zu flexibilisieren Es kann ein Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsschweißen erreicht werden, und der Schweißprozess erfordert keine Vakuumumgebung, erzeugt keine Röntgenstrahlen und ist besonders für das Hochpräzisionsschweißen komplexer Strukturen geeignet. Das attraktivste Merkmal des Aluminium-Laserschweißens ist seine hohe Effizienz. Um diese hohe Effizienz voll zur Geltung zu bringen, ist es notwendig, sie auf die große Dicke des Tiefschmelzschweißens anzuwenden. Daher wird die Forschung und Anwendung von Hochleistungslasern für das Tiefschmelzschweißen großer Dicken der unvermeidliche Trend der zukünftigen Entwicklung sein. Das Tiefschmelzschweißen großer Dicken verdeutlicht das Phänomen der Nadellöcher und seine Auswirkung auf die Porosität der Schweißnaht, so dass der Entstehungsmechanismus und die Kontrolle von Nadellöchern immer beliebter werden und zu einem wichtigen Thema allgemeiner Besorgnis und Forschung in der Branche werden.
Die Verbesserung der Stabilität des Laserschweißprozesses, der Schweißnahtausbildung und der Schweißnahtqualität sind die verfolgten Ziele. Daher werden neue Technologien wie Laser-Lichtbogen-Verbundverfahren, Fülldraht-Laserschweißen, nicht voreingestelltes Pulverlaserschweißen, Dual-Focus-Technologie, Strahlformung usw. weiter verbessert und weiterentwickelt.
