Allo stato attuale, con l'aumento della complessità delle tubazioni automobilistiche, sempre più punti di saldatura, portano inevitabilmente molti problemi di saldatura a fiamma, ovviamente, ogni metodo di saldatura presenta i propri vantaggi e svantaggi. Questo articolo analizza la fattibilità della saldatura laser delle tubazioni dell'aria condizionata.
Un modo per risolvere il problema della saldatura laser delle leghe di alluminio
Oggi la saldatura laser è ampiamente utilizzata nel settore della lavorazione meccanica. Inoltre, la tecnologia laser ha anche le caratteristiche di un piccolo apporto di calore di saldatura, di una piccola influenza sull'area termica di saldatura, non facile da deformare, ecc. Pertanto, ha ricevuto particolare attenzione nel campo della saldatura delle leghe di alluminio.
D'altra parte, a causa delle caratteristiche di lavorazione della lega di alluminio, esistono alcune difficoltà di saldatura nella saldatura laser della lega di alluminio. Come risolvere questi problemi?
Problema 1: la lega di alluminio ha un basso tasso di assorbimento del laser.
Questo problema è dovuto principalmente al materiale in lega di alluminio. A causa dell'elevata riflettività iniziale e dell'elevata conduttività termica della lega di alluminio rispetto al raggio laser, la lega di alluminio ha un basso assorbimento del raggio laser prima della fusione. Le leghe di alluminio hanno un forte effetto di riflessione sulla luce laser a causa dell'elevata densità di elettroni liberi all'interno della lega di alluminio allo stato solido, che tende a interagire con i fotoni nel raggio e riflettere l'energia. Gli studi hanno dimostrato che la riflettività delle leghe di alluminio arriva fino al 90% per i laser a CO2 gassosi e vicino all'80% per i laser solidi. Allo stesso tempo, le leghe di alluminio hanno una forte conduttività termica, con conseguente basso assorbimento della luce laser da parte delle leghe di alluminio. Pertanto è necessario adottare misure adeguate per migliorare l'assorbimento della luce laser da parte delle leghe di alluminio.
Per questo problema, la soluzione comprende principalmente i seguenti aspetti.
1. Pretrattamento superficiale dei materiali in lega di alluminio. La lega di alluminio ha un'elevata risposta laser. Un adeguato pretrattamento della superficie della lega di alluminio, come ossidazione anodica, lucidatura elettrolitica, sabbiatura, sabbiatura, ecc. può migliorare significativamente l'assorbimento dell'energia radiante sulla superficie. Gli studi hanno dimostrato che la tendenza alla cristallizzazione della lega di alluminio dopo la rimozione del film di ossido è superiore a quella della lega di alluminio originale. Per non distruggere la finitura superficiale della lega di alluminio, semplificare il processo di saldatura laser, è possibile utilizzare il processo di saldatura per aumentare la temperatura superficiale del pezzo in lavorazione per migliorare l'assorbimento del laser da parte del materiale.
2. Ridurre la dimensione dello spot e aumentare la densità di potenza del laser. Aumentando la densità di potenza del laser per migliorare l'assorbimento della lega di alluminio nel laser. Una maggiore densità di potenza del laser farà sì che il bagno di fusione della saldatura produca un effetto di piccolo foro, che può migliorare notevolmente la velocità di assorbimento del laser nel materiale.
3. Modificare la struttura di saldatura, in modo che il raggio laser venga riflesso più volte nello spazio per facilitare la saldatura laser della lega di alluminio. La forma del giunto influenzerà l'assorbimento del laser. Lo smusso a V e lo smusso quadrato favoriscono maggiormente la formazione del buco della serratura rispetto ai giunti senza smusso, in modo che la densità di potenza del laser aumenti e l'assorbimento del laser da parte della lega di alluminio aumenti.
Problema 2: Porosità e crepe termiche facili da produrre, il processo di saldatura laser della lega di alluminio è soggetto a porosità e crepe termiche.
La porosità è il tipo di difetto più frequente e più importante nella saldatura laser delle leghe di alluminio. I tipi di porosità possono essere suddivisi in 2 categorie.
Una classe è dovuta alla saldatura laser della lega di alluminio nel processo di raffreddamento, la solubilità dell'idrogeno diminuisce drasticamente, il contenuto di idrogeno della lega di alluminio allo stato fuso arriva fino a {{0}},69 ml/100 g, la solidificazione del raffreddamento del contenuto di idrogeno della lega di alluminio è pari a 0,036 mL/100g, precipitazione di idrogeno sovrasaturo e formazione di pori di idrogeno. Inoltre, sulla superficie della lega di alluminio è presente uno strato di pellicola di ossido e l'acqua cristallina sulla superficie della lega di alluminio, l'aria e l'umidità nel gas protettivo si decompongono direttamente in idrogeno durante la saldatura. Questi pori di idrogeno nel processo di raffreddamento rapido della saldatura laser della lega di alluminio fuoriescono e rimangono nella saldatura per formare pori di idrogeno.
Un'altra categoria è dovuta al processo di saldatura laser prodotto dall'instabilità e dal collasso del buco della serratura, il metallo liquido arriva troppo tardi per riempire i buchi formati. Una porosità eccessiva ridurrà la densità della saldatura, ridurrà la capacità portante del giunto e farà sì che la resistenza e la plasticità del giunto abbiano diversi gradi di riduzione.
Ridurre la saldatura laser della lega di alluminio nei difetti di porosità in una serie di misure, come cambiare il percorso del raggio laser, utilizzare l'oscillazione del raggio nel bagno fuso per agitarlo, aumentare la possibilità che la porosità fuoriesca dalla superficie, l'uso di filo di apporto o polvere di lega di apporto, nonché l'uso della tecnologia a doppio punto e della saldatura composita laser e altre misure possono essere adottate per ridurre l'effetto della porosità, ma è difficile da eliminare dalla radice. La conduttività termica dell'alluminio è relativamente buona, a seconda del materiale della lega di alluminio, dello spessore e delle condizioni della superficie nel processo di saldatura per regolare la forma d'onda della potenza del laser. Come mostrato nella figura prima della punta della forma d'onda per la saldatura, può essere utilizzato anche prima del preriscaldamento dopo la forma d'onda dell'isolamento per la saldatura, per ridurre il punto di soffiaggio e la porosità svolgono un certo ruolo. Può ridurre il collasso instabile dei pori, modificare l'angolo di irradiazione del raggio laser e applicare un campo magnetico nella saldatura, ma può anche controllare efficacemente i pori prodotti durante il processo di saldatura.
Le ragioni della fessurazione termica nella saldatura laser delle leghe di alluminio sono principalmente legate alle sue caratteristiche e al processo di saldatura. Il ritiro da solidificazione della lega di alluminio (fino al 5%), lo stress di saldatura e la deformazione e il metallo saldato nella cristallizzazione lungo i bordi dei grani produrranno un'organizzazione eutettica a basso punto di fusione, in modo che i bordi dei grani della forza legante si indeboliscano nello stress di trazione sotto l'azione della formazione di crepe calde.
L'adozione del metodo di riempimento del filo o della polvere di lega può ridurre la tendenza alla fessurazione a caldo e anche il controllo della velocità di riscaldamento e raffreddamento regolando i parametri del processo di saldatura può ridurre la tendenza alla fessurazione a caldo. Quando si utilizza un laser YAG, l'apporto di calore può essere controllato regolando la forma d'onda dell'impulso per ridurre al minimo la rottura dei cristalli.
Problema 3: Diminuzione delle proprietà meccaniche dei collegamenti saldati - rammollimento
La perdita per combustione degli elementi di lega durante il processo di saldatura riduce le proprietà meccaniche dei collegamenti saldati in lega di alluminio.
L'"ammorbidimento" è il fenomeno della riduzione della resistenza e della durezza dei giunti saldati. Quando si utilizzano giunti in lega di alluminio mediante saldatura laser, il tessuto saldato e la zona interessata dal calore dei giunti saldati presentano lo stesso problema di rammollimento. Numerosi studi hanno dimostrato che il fenomeno di rammollimento della saldatura delle leghe di alluminio è difficile da eliminare fondamentalmente, ma rispetto alla saldatura con protezione a gas, la saldatura laser a causa del ridotto apporto di calore, in modo che la zona di rammollimento della saldatura sia più stretta. Saldatura laser in lega di alluminio e saldatura con protezione gas dell'elettrodo di fusione rispetto ai giunti saldati al laser, il grado di "ammorbidimento" è inferiore e la resistenza alla trazione con l'aumento della velocità di saldatura aumenta. L'impatto dell'energia di ionizzazione dell'elemento in alluminio nel plasma sul processo di saldatura è basso, è più probabile che la saldatura laser formi un plasma metallico, plasma causato dalla rifrazione e deflessione del laser, modificando così il punto focale della posizione del raggio laser, quindi che il rapporto di profondità della saldatura è ridotto, influenzando la qualità dei giunti saldati. Adottare il metodo della polvere preposizionata sulla superficie del pezzo per attenuare l'espansione del plasma nella direzione dell'altezza del salto, in modo che il plasma sulla superficie del pezzo possa mantenere la relativa stabilità dell'ampiezza del salto.
I pori instabili nel processo di saldatura delle leghe di alluminio portano ad una diminuzione delle proprietà meccaniche del giunto saldato. La lega di alluminio comprende principalmente Zn, Mg e Al. Nel processo di saldatura, il punto di ebollizione dell'alluminio è più alto rispetto agli altri due elementi. Pertanto, durante la saldatura di elementi in lega di alluminio è possibile aggiungere alcuni elementi di lega con basso punto di ebollizione, il che favorisce la formazione di piccoli fori e la fermezza della saldatura.
Due tecnologie di saldatura laser in lega di alluminio
1 saldatura laser autofondente lega di alluminio
La saldatura laser autofondente si riferisce al raggio laser ad alta densità di energia come fonte di calore, impatto sulla superficie del materiale di base, in modo che il materiale di base stesso si sciolga, formazione di giunti saldati metodo di saldatura. Per la saldatura laser della lega di alluminio, la riflettività del laser sulla superficie della lega di alluminio è elevata, la saldatura richiede una potenza laser maggiore; il diametro del punto laser è piccolo, i requisiti di precisione dello strumento di saldatura sono elevati, il valore di tolleranza dello spazio tra le parti è basso, solitamente richiede un valore dello spazio tra le parti di 0,2 mm quanto segue; il processo di saldatura della velocità di riscaldamento e raffreddamento, i difetti di porosità della saldatura, la densità dell'energia laser è concentrata, l'effetto buco della serratura porta facilmente alla saldatura concava e al fenomeno dei bordi mordenti. Il fenomeno del bordo mordente, quindi, i parametri del processo di saldatura hanno requisiti elevati. La saldatura laser autofondente nella saldatura di leghe di alluminio riflette i vantaggi di una buona qualità di saldatura, elevata velocità di saldatura e facile automazione ed è ampiamente utilizzata nell'industria automobilistica. Nell'industria dei veicoli elettrici, la sigillatura dell'involucro della batteria di alimentazione viene utilizzata principalmente nella saldatura autofusibile al laser della lega di alluminio. Un nuovo veicolo energetico nel corpo in alluminio, nell'assemblaggio della porta e nei componenti strutturali laterali della saldatura viene utilizzato anche nella saldatura per fusione laser della lega di alluminio.
2 Saldatura laser con filo d'apporto in lega di alluminio
La saldatura a filo di apporto laser nel laser è ancora la principale fonte di calore per fondere il metallo saldato, ma l'uso di un dispositivo di alimentazione automatica del filo nel bagno fuso alimenta continuamente il metallo d'apporto per ottenere il processo di connessione metallurgica. Rispetto alla saldatura laser autofondente, la saldatura laser con filo d'apporto allenta i requisiti di precisione del gap del processo di saldatura, riempiendo il filo di diverse composizioni, per migliorare le proprietà metallurgiche della saldatura, per prevenire la generazione di crepe termiche e porosità della saldatura , e per migliorare la stabilità del processo di saldatura e le proprietà meccaniche dei giunti.
La saldatura con filo d'apporto laser in lega di alluminio ha le caratteristiche di una buona qualità estetica, la precisione del gap di processo è inferiore rispetto alla saldatura laser autofondente, ecc. Di solito viene applicata sulla superficie estetica del corpo, ad esempio tra il coperchio superiore e l'involucro laterale e tra i pannelli superiore e inferiore della piastra esterna della cappelliera. Esistono anche alcuni modelli per ottenere una qualità di saldatura più elevata e l'utilizzo della saldatura laser a filo d'apporto per saldare porte in lega di alluminio.
3 saldature laser - arco composito in lega di alluminio
Laser: la saldatura composita ad arco è il laser e l'arco 2 tipi di proprietà fisiche, il meccanismo di trasferimento dell'energia è molto diverso dalla sorgente di calore composita insieme e insieme nel ruolo del pezzo saldato, non solo danno pieno gioco ai 2 tipi di calore fonte dei rispettivi vantaggi, ma anche compensare i reciproci difetti. Nella saldatura composita laser-arco in lega di alluminio, l'arco può guidare la fonte di calore del laser, migliorare la capacità di assorbimento del laser e l'utilizzo dell'energia del processo di saldatura della lega di alluminio e modellare la superficie della saldatura rispetto alla saldatura laser autofondente. Inoltre, l'introduzione dell'arco può ridurre notevolmente la precisione di montaggio del pezzo saldato, mentre l'arco ha un effetto di diluizione sul plasma di saldatura laser, che può ridurre l'effetto schermante del plasma sul laser. Il laser svolge un ruolo importante nella stabilizzazione dell'arco, in modo che l'arco possa essere stabilizzato nella saldatura ad alta velocità sul giunto, il che può migliorare la qualità della saldatura del giunto e aumentare la velocità di saldatura.
Conclusione
Densità di energia del raggio di saldatura laser in lega di alluminio fino a 109 W/cm2, allo stesso tempo presenta i vantaggi di riscaldamento concentrato, danno termico, rapporto di profondità e larghezza della saldatura, deformazione della saldatura, ecc., il processo di saldatura è facile da integrare, automazione, flessibilizzazione , è possibile ottenere saldature ad alta velocità e alta precisione e il processo di saldatura non richiede un ambiente sotto vuoto, non produce raggi X, particolarmente adatto per la saldatura ad alta precisione di strutture complesse. La caratteristica più interessante della saldatura laser dell'alluminio è la sua elevata efficienza e, per sfruttare appieno questa elevata efficienza, è necessario applicarla all'ampio spessore della saldatura per fusione profonda. Pertanto, la ricerca e l'applicazione del laser ad alta potenza per la saldatura per fusione profonda di grande spessore costituiranno la tendenza inevitabile dello sviluppo futuro. La saldatura per fusione profonda di grande spessore evidenzia il fenomeno dei fori stenopeici e il suo effetto sulla porosità della saldatura, quindi il meccanismo di formazione e il controllo dei fori stenopeici diventano sempre più popolari e diventeranno una questione scottante di interesse generale e di ricerca nel settore.
Gli obiettivi perseguiti sono il miglioramento della stabilità del processo di saldatura laser, della formazione della saldatura e della qualità della saldatura. Pertanto, nuove tecnologie come il processo composito ad arco laser, la saldatura laser a filo di apporto, la saldatura laser a polvere non preimpostata, la tecnologia a doppio fuoco, la modellatura del fascio, ecc. saranno ulteriormente migliorate e sviluppate.
