Lasersko varjenje aluminijevih zlitin: izzivi postopka, parametri in nadzor napak

Aluminijeve zlitine so povsod v sodobni proizvodnji: v električnih{0}}poljih za akumulatorje vozil, konstrukcijah za letalstvo, ohišjih elektronike in izmenjevalnikih toplote. Njihovo razmerje med trdnostjo-in-težo je odlično, toda zaradi iste lahkosti so eden najzahtevnejših materialov za spajanje z laserjem.

V nasprotju z jeklom aluminij odbija velik delež vpadne laserske svetlobe pri sobni temperaturi, hitro odvaja toploto in prenaša trdno ovojnico iz aluminijevega-oksida, ki ujame vodik in spremeni kemijo-taline. Zaradi teh lastnosti aluminij ni "ne{3}}varljiv" z laserji; preprosto prisilijo inženirje, da obravnavajo valovno dolžino, kakovost žarka, izbiro zlitine, stanje površine in zaščitni plin kot en sam sklopljeni sistem. Če ste novi v procesu, našprincip delovanja laserskih varilnih strojevpojasnjuje, kako interakcija med žarkom in materialom sploh ustvari zvarni bazen. Za širši pogled na to, katere kovine se obnašajo podobno, glejte našepriročnik za združljivost materialov za lasersko varjenje.

Ta vodnik se osredotoča na praktične odločitve, ki ločijo ponovljiv aluminijev laserski zvar od kozmetične kroglice, polne poroznosti in razpok.

Izbira laserskega vira je prvi filter v kateri koli aplikaciji varjenja aluminija. Ni vsak industrijski laser dobro povezan z aluminijem.

CO₂ laserji (10,6 µm)zgodovinsko težko na golem aluminiju, ker staljena plast postane močno odbojna pri tej valovni dolžini in plazemska zaščita lahko prekine dovajanje energije. Danes so le redko prva izbira za varjenje aluminija-globoke penetracije, čeprav še vedno najdejo nišno uporabo pri specializiranih trdo spajkanih ali-platiranih ploščah.

Nd:YAG, laserji z vlakni, diski in direktni-diodni laserji (~1 µm)prevladujejo v delavnici aluminija. Pri 1 µm je začetna odbojnost nižja, kot mnogi domnevajo, in ko nastane ključavnica, se vpojnost močno poveča. Optični in diskovni laserji dodajajo visoko svetilnost, odlično električno učinkovitost in fleksibilno dovajanje vlaken, zato so privzeti za-hitrostno spajanje aluminija v avtomobilski industriji in proizvodnji baterij.

Polprevodniški (diodni) laserjiso pogosto izbrani za postopke-načina toplotne prevodnosti, kot je spajkanje. V avtomobilskih toplotnih-izmenjevalnikih ali baterijskih-paketih lahko diodni laser stopi polnilno žico ali zlitino za spajkanje, da tvori nizko-porozen spoj brez globoke-dinamike ključavnice, ki povzroča poroznost.

Če vaša proizvodna linija deluje 24/7 in daje prednost hitrosti delov 5xxx ali 6xxx, našsistemi za lasersko varjenje vlaken za proizvodne linijepokrivajo razpone moči,-možnosti dostave snopa in vmesnike za avtomatizacijo. Za mikro-spoje ali sestave,-občutljive na toploto, aQCW kvazi{0}}platforma za varjenje z neprekinjenim valomzagotavlja milisekundne najvišje impulze z nizkim povprečnim vnosom toplote in našLaserska tehnologija QCW in vodnik po-dinamiki največje močisprehodi skozi medsebojno delovanje konične moči in delovnega cikla.

Izbira zlitine je enako pomembna kot izbira laserja. Zlitina 5xxx in zlitina 7xxx se lahko pod istim žarkom obnašata kot popolnoma različna materiala.

Vrednosti v tabeli so tipične industrijske smernice za lasersko varjenje. Natančno obnašanje je odvisno od temperature, debeline, zasnove spoja in strategije polnila.

Za delo z baterijskim-modulom in zbiralko so vsakodnevni materiali 6xxx ekstruzije in 5xxx listi. Če vaša zasnova združuje terminale iz aluminija in bakra ali niklja, našbaterijski laserski varilni stroj-na-aluminijje zgrajen za uporabo z različnimi-kovinskimi jezički in zbiralkami, kjer so-odporni razporedi zvarov pomembni.

Poroznost je najpogostejša napaka pri laserskih zvarih aluminija. Pore ​​izvirajo iz dveh glavnih virov: vodika in nestabilnosti ključavnice.

Vodikova poroznostse začne pri oksidnem filmu. Al₂O₃ na površini absorbira vlago iz ozračja, rezalnih olj ali ostankov topil. Ko oksid razpade v bazenu taline, je sproščeni vodik visoko topen v tekočem aluminiju, vendar zelo nizko topen v trdnem aluminiju. Med hitrim strjevanjem uide v obliki mehurčkov, ki so zamrznjeni v kroglici.

Poroznost,-ki jo povzroča ključavnicase zgodi, ko ključavnica niha ali se zruši. Zrušitev lahko ujame zaščitni plin ali kovinske hlape v bazenu; če se bazen strdi, preden mehurček doseže površino, ostane pora.

Prilagojena valovna oblika laserskega impulza za varjenje aluminija

Strategija nadzora je torej tri{0}}stranska:

1. Čiste, suhe površine.Razmaščevanje in mehansko ali kemično odstranjevanje oksida zmanjšata vir vodika bolj kot katera koli po-pritrditev.
2. Stabilna ključavnica.Nihanje žarka, modulacija moči ali optimizirana hitrost varjenja zmanjšajo pogostost zrušitve.
3. Pravilna zaščita.Argon je standarden; mešanice helija lahko zavirajo plazmo in podaljšajo stabilno{0}}okno procesa.

Primerjava napak: nestabilna ključavnica in porozen aluminijev zvar

Za širši katalog napak, ki vključuje brizganje, spodrezovanje in nepopolno penetracijo, glejte naš vodnik napogoste napake pri laserskem varjenju in popravki na terenu.

Vroče razpoke, imenovane tudi strjevalne razpoke, se pojavijo na koncu strjevanja, ko med dendriti ostanejo filmi z nizko-tališčem-. V aluminiju legirni elementi, kot sta baker in cink, razširijo območje strjevanja in poskrbijo, da so tekoče folije obstojne dlje. Ko napetost zaradi krčenja potegne delno strjen spoj narazen, se odpre razpoka vzdolž središčnice zvara ali meja zrn.

Klasični ukrepi za ublažitev so:

• Spremenite kemijo.Dodajanje silicija skozi polnilno žico 4043 ali 4047 zoži območje zmrzovanja in poveča odpornost proti razpokam pri strjevanju večine zlitin 6xxx.
• Zmanjšajte vnos toplote.Energija spodnje linije skrči kašasto cono in toplotno obremenitev, ki povzroči razpoke.
• Zmanjšajte zadrževanje.Ustrezno pritrjevanje, reža med spoji in zaporedje zvarov zmanjšajo napetost pri krčenju na utrjevalni ploskvi.
• Uporabite združljive osnovne materiale.Če je mogoče, se izogibajte osnovnim kovinam 2xxx in 7xxx za talilne zvare in raje izberite 5xxx ali 6xxx.

Naš namenski članek o5 tipičnih napak pri laserskem varjenju in preprečevanjerazširi razpravo o razpokah na hladne razpoke, premajhno polnjenje in druge pogoste težave.

Pri sobni temperaturi goli aluminij odbija približno 90 % ali več laserske svetlobe velikosti 1 µm. Situacija se spremeni v trenutku, ko se površina stopi: vpojnost poskoči, nastane parna kapilara in večkratni notranji odboji ujamejo energijo v ključavnico. Prehod od-prevladujočega odseva k ogrevanju,-ki prevladuje v ključavnici, je odločilni dogodek pri laserskem varjenju aluminija.

Ker je začetna absorpcija nizka, postopek potrebuje kratek "udarec" z visoko-močjo-gostote, da sproži ključavnico. Ko je vzpostavljen, lahko zvar deluje pri nižji gostoti moči, vendar delovno okno ostaja ozko. Prepočasi in ključavnica postane nestabilna; prehitro in ključavnica se zruši, preden je dosežena popolna penetracija.

Praktični vzvodi vključujejo:

• Površinsko teksturiranje ali brušenjeza dvig začetne absorpcije.
• Povečanje moči ali prilagojene valovne oblike impulzada se izognete eksplozivnemu izhlapevanju ob-zagonu.
• Nihanje žarka (nihanje)za razširitev ključavnice in izboljšanje premostitve vrzeli.
• Upravljanje defokusiranjaza uravnavanje porazdelitve energije po sklepu.

Če primerjate lasersko varjenje z obločnimi postopki na aluminiju, si oglejte naš članekročno lasersko varjenje, ki nadomešča TIG na aluminijevih zlitinahprikazuje, kako žarek 1 µm vpliva na hitrost potovanja, vnos toplote in popačenje na resničnih čelnih spojih 6xxx. Za priporočila parametrov ravnega čelnega -sklepa jeparametri sočelnega varjenja-za aluminijstran navaja običajne nastavitve moči, hitrosti in zaščite.

Visoko{0}}kakovostno lasersko varjenje aluminija je sistemski rezultat. En sam šibek korak spodkoplje ostalih pet. Pred sprostitvijo procesa v produkcijo uporabite ta kontrolni seznam:

1. Zaščitni plin in strojna oprema.Uporabite argon ali mešanico argona in helija. Preverite kot šobe, odstopanje-in pretok za laminarno pokritost. Turbulentni tok potegne zrak v bazen.
2. Priprava površine.Odstranite olja in okside. Očiščene dele hranite pod nadzorovano vlažnostjo; ponovna -oksidacija se začne v nekaj urah.
3. Nabor parametrov.Uravnotežite moč, položaj žarišča in hitrost potovanja za zlitino in debelino. Izvedite zasnovo--poskusov na dejanskem delu, ne le na ravnih kuponih.
4. Strategija polnila.Dodajte žico 4047/5356, ko je potrebna odpornost proti razpokam ali premostitev vrzeli. Uskladite polnilo z osnovno zlitino in delovnim okoljem.
5. Napredne tehnike.Razmislite o dvojnem-točkovnem, nihajočem žarku ali podajanju vroče-žice, kadar je doslednost preboja ali toleranca vrzeli kritična.
6. Po-preverjanje postopka.Uporabite vizualni pregled in-rentgensko ali ultrazvočno testiranje za varnost-kritične spoje. Dokumentirajte okno sprejetih parametrov in v-procesu uporabite fotodiodo ali spremljanje plazme za zaznavanje drifta.
7. Pregled toplotno{0}}prizadete cone.Zlitine-, ki se utrjujejo s staranjem, kot je 6061, lahko izgubijo trdnost v HAZ. Če so mehanske lastnosti mejne, preoblikujte spoj ali dodajte -korak staranja po varjenju.

Za uporabno študijo primera, naša stran nalasersko varjenje aluminijastega ohišja kamereprikazuje, kako ti isti koraki nadzirajo popačenje in kozmetični videz tankostenskih avtomobilskih-delov. Za večje{2}}linije, našavtomatska delovna postaja za lasersko varjenje neprekinjenih vlakenintegrira te kontrole v celico-pripravljeno za proizvodnjo.

Lasersko varjenje aluminijeve zlitine nagrajuje metodični inženiring. Začnite z laserjem z vlakni ali diskom 1 µm, izberite navadne kovine 5xxx ali 6xxx, kadar je to mogoče, čistite površine agresivno in stabilizirajte ključavnico z modulacijo moči ali nihanjem žarka. Obravnavajte poroznost kot problem-upravljanja vodika in-stabilnosti ključavnice, vroče razpoke pa obravnavajte kot problem-in-zadrževanja. Naredite oboje in nastali spoji se ujemajo z obetavno lahkoto aluminija z zanesljivo mehansko zmogljivostjo.

Za popravilo na terenu, prototip ali malo{0}}delovanje, kjer je mobilnost pomembna, a1000 W ročni laserski varilec vlakenlahko zagotovi enako kakovost žarka v prenosnem paketu. Za ogled celotne ponudbe naših sistemov prebrskajteoprema za industrijsko lasersko varjenjeali pošljite svoje zahteve glede zlitine, debeline in spoja naši ekipi za aplikacije v oceno postopka.