Лазерно заваряване на алуминиева сплав: Предизвикателства на процеса, параметри и контрол на дефектите

Алуминиевите сплави са навсякъде в съвременното производство: тави за батерии на електрически-автомобили, космически конструкции, корпуси на електроника и топлообменници. Тяхното съотношение-към-тегло е отлично, но същата лекота ги прави един от по-трудните материали за свързване с лазер.

За разлика от стоманата, алуминият отразява голяма част от падащата лазерна светлина при стайна температура, отвежда топлината бързо и носи твърда обвивка от алуминиев-оксид, която улавя водорода и променя химията на-базата за стопяване. Тези свойства не правят алуминия „не-заваряем“ с лазери; те просто принуждават инженерите да третират дължината на вълната, качеството на лъча, избора на сплав, състоянието на повърхността и защитния газ като една свързана система. Ако сте нов в процеса, нашиятпринцип на работа на лазерни заваръчни машиниобяснява как взаимодействието лъч-материал създава заваръчната вана на първо място. За по-широка представа кои метали се държат по подобен начин вижте нашияръководство за съвместимост на материалите за лазерно заваряване.

Това ръководство се фокусира върху практическите решения, които отделят повтаряща се алуминиева лазерна заварка от козметична перла, пълна с порьозност и пукнатини.

Изборът на лазерен източник е първият филтър във всяко приложение за заваряване на алуминий. Не всеки индустриален лазер се свързва добре с алуминий.

CO₂ лазери (10,6 µm)исторически затруднено върху чист алуминий, тъй като разтопеният басейн става силно отразяващ при тази дължина на вълната и плазменото екраниране може да прекъсне доставката на енергия. Днес те рядко са първият избор за заваряване с дълбоко{1}}проникване на алуминий, въпреки че все още намират ниша за приложение в специализирани приложения за спояване или-плакирани листове.

Nd:YAG, влакнести, дискови и директни-диодни лазери (~1 µm)доминират в цеха за алуминий. При 1 µm първоначалната отражателна способност е по-ниска, отколкото мнозина предполагат, и след като се образува ключалка, абсорбцията се повишава рязко. Влакнестите и дисковите лазери добавят висока яркост, отлична електрическа ефективност и гъвкаво доставяне на влакна, поради което те са стандартни за високо-съединяване на алуминий в автомобилостроенето и производството на батерии.

Полупроводникови (диодни) лазеричесто се избират за процеси в режим на-топлопроводимост, като например запояване. В приложенията на автомобилни-топлообменници или-батерии, диоден лазер може да разтопи тел за пълнене или спояваща сплав, за да образува съединение с ниска-порьозност без дълбоката-динамика на ключалката, която причинява порьозност.

Ако вашата производствена линия работи 24/7 и дава приоритет на скоростта на 5xxx или 6xxx части, нашитесистеми за лазерно заваряване на влакна за производствени линиипокриват диапазони на мощност, опции-за доставка на лъчи и интерфейси за автоматизация. За микро-фуги или чувствителни-на топлина възли, aQCW квази{0}}платформа за заваряване с непрекъсната вълнадоставя милисекунди пикови импулси с ниска средна входяща топлина и нашатаQCW лазерна технология и ръководство за динамиката на-пикова мощностразглежда как си взаимодействат пиковата мощност и работният цикъл.

Изборът на сплав е толкова важен, колкото и изборът на лазер. Сплав 5xxx и сплав 7xxx могат да се държат като напълно различни материали под една и съща греда.

Стойностите в таблицата са типични индустриални насоки за лазерно заваряване. Точното поведение зависи от температурата, дебелината, дизайна на фугата и стратегията за пълнене.

За работа с батерийни-модули и шинопроводи 6xxx екструзии и 5xxx листове са ежедневните материали. Ако вашият дизайн свързва алуминиеви към медни или никелови клеми, нашитемашина за лазерно заваряване на-към-никелова батерияе създаден за приложения с различни-метални пластини и шини, където устойчивите на пукнатини-графици за заваряване са от значение.

Порьозността е най-честият дефект в алуминиевите лазерни заварки. Порите идват от два основни източника: водород и нестабилност в ключалката.

Водородна порьозностзапочва от оксидния филм. Al2O3 на повърхността абсорбира влага от атмосферата, масла за рязане или остатъци от разтворители. Когато оксидът се разпадне в резервоара за стопилка, освободеният водород има висока разтворимост в течен алуминий, но много ниска разтворимост в твърд алуминий. По време на бързото втвърдяване той излиза като мехурчета, които са замръзнали в перлата.

Порьозност,-предизвикана от ключалкасе случва, когато ключалката се колебае или се срути. Срутването може да улови защитен газ или метални пари вътре в басейна; ако басейнът се втвърди преди балонът да достигне повърхността, пората остава.

Персонализирана форма на вълната на лазерния импулс за заваряване на алуминий

Следователно стратегията за контрол е три{0}}странна:

1. Чисти, сухи повърхности.Обезмасляването и механичното или химическото отстраняване на оксида намаляват източника на водород повече от всяка -фиксация след заваряване.
2. Стабилна ключалка.Люлеенето на лъча, модулацията на мощността или оптимизираната скорост на заваряване намаляват честотата на свиване.
3. Правилно екраниране.Аргонът е стандартен; хелиевите смеси могат да потиснат плазмата и да удължат стабилния-прозорец на процеса.

Сравнение на дефекти: нестабилна ключалка и заваръчен шев от порест алуминий

За по-широк каталог с дефекти, който включва пръски, подрязване и непълно проникване, вижте нашето ръководство зачесто срещани грешки при лазерно заваряване и поправки на място.

Горещо напукване, наричано още напукване от втвърдяване, се появява в края на втвърдяването, когато между дендритите остават филми с ниска-точка на топене-. В алуминия легиращите елементи като мед и цинк разширяват диапазона на втвърдяване и правят течните филми да се задържат по-дълго. Когато напрежението при свиване разкъсва частично втвърдената връзка, се отваря пукнатина по централната линия на заваръчния шев или границите на зърната.

Класическите смекчаващи стъпки са:

• Смени химията.Добавянето на силиций през тел за пълнене 4043 или 4047 стеснява обхвата на замръзване и увеличава устойчивостта на напукване при втвърдяване на повечето сплави 6xxx.
• Намалете подаването на топлина.Енергията на долната линия свива кашавата зона и термичното напрежение, което предизвиква напукване.
• Намалете сдържаността.Правилното закрепване, междината на фугите и последователността на заваръчните шевове намаляват напрежението на свиване върху втвърдяващия се ръб.
• Използвайте съвместими основни материали.Ако е възможно, избягвайте неблагородни метали 2xxx и 7xxx за заварки чрез стопяване и вместо това изберете 5xxx или 6xxx.

Нашата специална статия за5 типични дефекта при лазерно заваряване и предотвратяванеразширява дискусията за пукнатини до студено напукване, недостатъчно запълване и други често срещани проблеми.

При стайна температура голият алуминий отразява приблизително 90% или повече от 1 µm лазерна светлина. Ситуацията се променя в момента, в който повърхността се разтопи: поглъщаемостта скача, образува се капиляр за пара и множество вътрешни отражения улавят енергията в ключалката. Преходът от отражение-доминирано към ключалка-доминирано нагряване е определящото събитие в лазерното заваряване на алуминий.

Тъй като началната абсорбция е ниска, процесът се нуждае от кратък „удар“ с висока-мощност-за иницииране на ключалката. Веднъж установен, заваръчният шев може да работи при по-ниска плътност на мощността, но работният прозорец остава тесен. Твърде бавно и ключалката става нестабилна; твърде бързо и ключалката се свива, преди да се постигне пълно проникване.

Практическите лостове включват:

• Повърхностно текстуриране или абразияза повишаване на първоначалната абсорбция.
• Рампинг на мощността или персонализирани импулсни вълниза да избегнете експлозивно изпаряване при стартиране-.
• Трептене на лъча (колебане)за разширяване на ключалката и подобряване на преодоляването на празнината.
• Управление на разфокусиранетоза регулиране на разпределението на енергията в ставата.

Ако сравнявате лазерно заваряване с дъгови процеси върху алуминий, нашата статия заръчно лазерно заваряване, заместващо TIG на алуминиеви сплавипоказва как лъчът от 1 µm влияе на скоростта на движение, входящата топлина и изкривяването на реални челни съединения 6xxx. За препоръки за параметри на прави-задни съединения,параметри на-челно заваряване на алуминийстраницата изброява типични настройки за мощност, скорост и екраниране.

Високо{0}}качественото лазерно заваряване на алуминий е системен резултат. Една единствена слаба стъпка подкопава останалите пет. Използвайте този контролен списък, преди да пуснете процес в производство:

1. Защитен газ и хардуер.Използвайте аргон или аргон-хелиеви смеси. Проверете ъгъла на дюзата, разстоянието-и скоростта на потока за ламинарно покритие. Турбулентният поток вкарва въздух в басейна.
2. Подготовка на повърхността.Отстранете маслата и оксидите. Съхранявайте почистените части при контролирана влажност; повторното -окисление започва в рамките на часове.
3. Набор от параметри.Балансирайте мощността, фокусната позиция и скоростта на движение за сплавта и дебелината. Изпълнете план-от-експерименти върху действителната част, а не само върху плоски купони.
4. Стратегия за пълнене.Добавете тел 4047/5356, когато е необходима устойчивост на пукнатини или преодоляване на празнини. Съобразете пълнителя с основната сплав и работната среда.
5. Разширени техники.Помислете за двойно{0}}точково, колебание на лъча или подаване на горещ-тел, когато последователността на проникване или толерантността на пролуката е критична.
6. След{0}}потвърждение на процеса.Използвайте визуална проверка плюс-рентгенови или ултразвукови тестове за-критични за безопасността съединения. Документирайте прозореца на приетите параметри и използвайте в-процес фотодиод или плазмен мониторинг за откриване на дрейф.
7. Преглед-на засегната от топлина зона.Втвърдяващите- стареене сплави като 6061 могат да загубят здравина в HAZ. Ако механичните свойства са гранични, препроектирайте съединението или добавете етап на стареене след-заваряване.

За приложен казус нашата страница наалуминиев корпус на камерата лазерно заваряванепоказва как същите тези стъпки контролират изкривяването и козметичния вид на тънко{0}}стенни автомобилни части. За линии с по-голям-обем, нашитеавтоматична работна станция за лазерно заваряване с непрекъснати влакнаинтегрира тези контроли в клетка-готова за производство.

Лазерното заваряване на алуминиева сплав възнаграждава методичното инженерство. Започнете с 1 µm оптичен или дисков лазер, изберете 5xxx или 6xxx неблагородни метали, когато е възможно, почистете повърхностите агресивно и стабилизирайте ключалката чрез модулация на мощността или осцилация на лъча. Отнасяйте се към порьозността като към проблем с-управлението на водорода и-за стабилността, а третирайте горещото крекинг като проблем-и-ограничаване. Направете и двете и получените съединения отговарят на обещанието за лекота на алуминия с надеждни механични характеристики.

За ремонт на място, прототип или работа с малък{0}}обем, където мобилността има значение, a1000W ръчна лазерна машина за заваряване на влакнаможе да достави същото качество на лъча в преносим пакет. За да видите пълната гама от нашите системи, прегледайтеиндустриално оборудване за лазерно заваряванеили изпратете вашите изисквания за сплав, дебелина и фуги на нашия екип за приложения за оценка на процеса.