Attualmente, con l'aumento della complessità delle tubazioni automobilistiche, sempre più punti di saldatura comportano inevitabilmente molti problemi di saldatura a fiamma. Naturalmente, ogni metodo di saldatura presenta vantaggi e svantaggi. Questo articolo analizza la fattibilità della saldatura laser di una pipeline di condizionamento dell'aria.
Come risolvere il problema della saldatura laser della lega 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 e di non facile deformazione, quindi 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, la saldatura laser della lega di alluminio presenta alcune difficoltà di saldatura. Come risolvere questi problemi?
Problema 1: la lega di alluminio ha un basso tasso di assorbimento del laser. Questo problema è dovuto principalmente al problema del materiale in lega di alluminio. A causa dell'elevata riflettività iniziale e dell'elevata conduttività termica della lega di alluminio rispetto al raggio laser, il tasso di assorbimento della lega di alluminio rispetto al raggio laser prima della fusione è molto basso. La lega di alluminio ha un forte effetto di riflessione sul laser, dovuto all'elevata densità di elettroni liberi nello stato solido della lega di alluminio, che riflette facilmente l'energia con il fotone nel raggio.
Gli studi dimostrano che la riflettività della lega di alluminio rispetto al laser a CO2 a gas raggiunge il 90% e la riflettività del laser solido è vicina all'80%. Allo stesso tempo, la lega di alluminio ha una forte conduttività termica, con conseguente tasso di assorbimento molto basso del laser in lega di alluminio. Pertanto, è necessario adottare misure adeguate per migliorare il tasso di assorbimento del laser della lega di alluminio.
Per risolvere questo problema, le soluzioni comprendono principalmente i seguenti aspetti:
1. Pretrattamento superficiale del materiale in lega di alluminio. Le leghe di alluminio hanno 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 superficiale dell'energia radiante. I risultati mostrano che la tendenza alla cristallizzazione della lega di alluminio dopo aver rimosso la pellicola di ossido è superiore a quella della lega di alluminio originale. Per non distruggere la finitura superficiale della lega di alluminio e semplificare il processo di saldatura laser, il processo di saldatura può essere utilizzato per aumentare la temperatura superficiale del pezzo in lavorazione e migliorare il tasso di assorbimento del materiale al laser.
2. Ridurre la dimensione dello spot e migliorare la densità di potenza del laser. L'assorbimento del laser della lega di alluminio viene migliorato aumentando la densità di potenza del laser. L'aumento della densità di potenza del laser causerà un piccolo effetto foro nel bagno di saldatura, che può migliorare notevolmente il tasso di assorbimento del materiale nel laser.
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 articolare influisce sull'assorbimento della luce laser. Lo smusso a V e lo smusso quadrato favoriscono maggiormente la formazione di fori della serratura rispetto ai giunti non smussati e la densità di potenza del laser aumenta e aumenta anche il tasso di assorbimento del laser della lega di alluminio.
Problema 2: è facile produrre pori e crepe a caldo, che sono facili da produrre pori e crepe a caldo nel processo di saldatura laser della lega di alluminio. La porosità è il difetto più comune e più importante nella saldatura laser delle leghe di alluminio. I tipi di stomi possono essere suddivisi in due categorie.
Uno è che a causa del forte calo della solubilità dell'idrogeno nel processo di raffreddamento della saldatura laser della lega di alluminio, il contenuto di idrogeno della lega di alluminio fusa può raggiungere {{0}},69 ml/100 g, il contenuto di idrogeno di lega di alluminio dopo il raffreddamento e la solidificazione è 0,036 ml/100 g e l'idrogeno sovrasaturo precipita per formare pori di idrogeno. Inoltre, sulla superficie della lega di alluminio è presente una pellicola di ossido e l'acqua nell'acqua cristallina, nell'aria e nel gas protettivo sulla superficie della lega di alluminio viene decomposta direttamente in idrogeno durante la saldatura. Questi pori di idrogeno riescono troppo tardi a fuoriuscire durante il rapido processo di raffreddamento della saldatura laser delle leghe di alluminio e rimangono nella saldatura per formare pori di idrogeno.
L'altro è dovuto all'instabilità del buco della serratura generata nel processo di saldatura laser e al collasso, e il metallo liquido non ha il tempo di riempire il buco. Una porosità eccessiva ridurrà la densità della saldatura, la capacità portante del giunto e la resistenza e la plasticità del giunto a vari livelli.
Esistono molti accorgimenti per ridurre i difetti del foro gas nella saldatura laser, come la possibilità di miscelare il bagno fuso, aggiungendo la possibilità della superficie, il riempimento del filo o il riempimento della polvere di lega, e l'utilizzo della tecnologia double spot e della saldatura composita laser per ridurre l'effetto dei pori, ma è difficile eliminare del tutto. La conduttività termica dell'alluminio è migliore e la forma d'onda della potenza del laser può essere regolata in base al materiale, allo spessore e alle condizioni superficiali della lega di alluminio. Nell'immagine della saldatura di tipo ondulato con punta principale, può essere utilizzata anche per la saldatura del tipo ondulato isolato dopo il preriscaldamento, che può svolgere un ruolo nel ridurre il gas e i fori di gas. Può ridurre l'instabilità dei pori, modificare l'angolo del raggio laser, applicare il campo magnetico nella saldatura e controllare efficacemente i pori della classe media.
Il motivo della rottura a caldo nella saldatura laser della lega di alluminio è principalmente legato alle sue caratteristiche e al processo di saldatura. Durante la solidificazione della lega di alluminio, il tasso di ritiro è elevato (fino al 5%), lo stress di saldatura e la deformazione sono elevati e il metallo saldato produrrà una struttura eutettica a basso punto di fusione lungo il bordo del grano durante la cristallizzazione, in modo che il bordo del grano la forza legante si indebolisce e si formano crepe calde sotto l'azione dello stress di trazione.
La tendenza alla rottura a caldo può essere ridotta riempiendo filo o polvere di lega, e la tendenza alla rottura a caldo può anche essere ridotta regolando i parametri del processo di saldatura per controllare la velocità di riscaldamento e raffreddamento. Quando si utilizzano i laser YAG, l'apporto di calore può essere controllato regolando la forma d'onda dell'impulso per ridurre la rottura dei cristalli.
Problema 3: le proprietà meccaniche dei collegamenti saldati diminuiscono - rammollimento
La perdita per combustione degli elementi di lega nel processo di saldatura riduce le proprietà meccaniche dei giunti saldati in lega di alluminio.
L'"ammorbidimento" è il fenomeno della riduzione della resistenza e della durezza dei giunti saldati. Quando si utilizza un giunto in lega di alluminio saldato al laser, anche la struttura di saldatura e la zona interessata dal calore del giunto saldato presentano problemi di rammollimento. Numerosi studi hanno dimostrato che il fenomeno di rammollimento della saldatura delle leghe di alluminio è difficile da eliminare in modo sostanziale, ma rispetto alla saldatura con protezione a gas, la saldatura laser riduce l'apporto di calore e rende più stretta la zona di rammollimento della saldatura. Rispetto alla saldatura MIG, il grado di "ammorbidimento" dei giunti in lega di alluminio saldati al laser è inferiore e la resistenza alla trazione aumenta con l'aumentare della velocità di saldatura. L'influenza del plasma sul processo di saldatura L'energia di ionizzazione dell'elemento in alluminio è bassa, la saldatura laser è più facile da formare plasma metallico, plasma causato dalla rifrazione del laser, deflessione, modificando così il fuoco del raggio laser, in modo che il rapporto di penetrazione della saldatura sia ridotto, compromettendo la qualità del giunto di saldatura. Preimpostando la polvere sulla superficie del pezzo, l'espansione e la pulsazione del plasma nella direzione dell'altezza vengono indebolite, in modo che il plasma possa mantenere un'ampiezza di pulsazione relativamente stabile sulla superficie del pezzo.
Le proprietà meccaniche dei giunti saldati in lega di alluminio diminuiscono a causa della porosità instabile durante la saldatura. Le leghe di alluminio comprendono principalmente Zn, Mg e Al. Durante il processo di saldatura, l'alluminio ha un punto di ebollizione più elevato rispetto agli altri due elementi. Pertanto, durante la saldatura di componenti in lega di alluminio è possibile aggiungere alcuni elementi leganti a basso punto di ebollizione, il che favorisce la formazione di piccoli fori e la solidità della saldatura.
Tecnologia di saldatura laser della lega di alluminio
1. Saldatura per autofusione laser in lega di alluminio
La saldatura per autofusione laser 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, formando un metodo di saldatura del giunto di saldatura. Per la saldatura laser della lega di alluminio, la superficie della lega di alluminio ha un'elevata riflettività al laser e durante la saldatura è necessaria una grande potenza del laser. Il diametro del punto laser è piccolo, la precisione dell'attrezzatura di saldatura è elevata e il valore di tolleranza dello spazio tra le parti è basso e solitamente il valore dello spazio tra le parti deve essere inferiore a 0. 2 mm. Durante il processo di saldatura, la velocità di riscaldamento e raffreddamento è elevata, i difetti di porosità della saldatura sono numerosi, la densità dell'energia laser è concentrata e l'effetto buco della serratura è facile da causare il fenomeno della saldatura concava e del morso dei bordi, quindi i parametri del processo di saldatura hanno requisiti più elevati. La saldatura per autofusione laser 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 del guscio della batteria di alimentazione è realizzata principalmente mediante saldatura per autofusione laser in lega di alluminio. Nella carrozzeria in alluminio di un'azienda automobilistica nazionale di nuova energia, anche la saldatura del gruppo porta e della struttura della parete laterale è realizzata mediante saldatura per autofusione laser in lega di alluminio.
2. Saldatura di riempimento del filo laser in lega di alluminio
Nella saldatura di riempimento del filo laser, il laser è ancora utilizzato come fonte di calore principale per fondere il metallo saldato, ma il dispositivo di alimentazione automatico del filo viene utilizzato per alimentare continuamente il metallo riempito nel bagno di fusione per ottenere il processo di connessione metallurgica. Rispetto alla saldatura per autofusione laser, la saldatura di riempimento del filo laser ha ridotto i requisiti di precisione del gap del processo di saldatura, riempiendo diversi componenti del filo di saldatura, migliorando le proprietà metallurgiche della saldatura, prevenendo la saldatura di crepe e pori caldi, migliorando la stabilità del processo di saldatura e proprietà meccaniche dei giunti.
La saldatura a filo laser in lega di alluminio ha le caratteristiche di una buona qualità estetica, la precisione del gap di processo è inferiore rispetto alla saldatura per autofusione laser, ecc. Di solito viene utilizzata nella superficie esterna del corpo, ad esempio tra il coperchio superiore e la parete laterale, e tra la piastra superiore e quella inferiore del coprivaligia. Esistono anche alcuni modelli per ottenere una qualità di saldatura più elevata e utilizzare la saldatura laser a filo per saldare le porte in lega di alluminio.
3. Saldatura composita ad arco laser in lega di alluminio
La saldatura composita ad arco laser è la combinazione di laser e arco, due tipi di fonti di calore con diverse proprietà fisiche e meccanismi di trasmissione dell'energia, che lavorano insieme sulle parti saldate. Entrambi sfruttano appieno i vantaggi delle due fonti di calore e compensano reciprocamente i difetti. Nella saldatura composita ad arco laser della lega di alluminio, l'arco può guidare la fonte di calore del laser, migliorare la capacità di assorbimento della lega di alluminio e il tasso di utilizzo dell'energia nel processo di saldatura e la formabilità superficiale della saldatura è migliore di quella del laser saldatura per autofusione. Inoltre, l'introduzione dell'arco può ridurre notevolmente la precisione di bloccaggio delle parti saldate e l'arco ha un effetto diluente sul plasma di saldatura laser, che può ridurre l'effetto schermante del plasma sul laser. Il laser svolge un ruolo importante nella stabilità dell'arco, in modo che l'arco possa agire stabilmente sul giunto durante la saldatura ad alta velocità, il che può migliorare la qualità della saldatura del giunto e aumentare la velocità di saldatura.
La densità energetica del raggio di saldatura laser della lega di alluminio può raggiungere 109 W/cm2 e presenta i vantaggi di riscaldamento concentrato, piccolo danno termico, ampio rapporto profondità/larghezza della saldatura e piccola deformazione della saldatura. Il processo di saldatura è facile da integrare, automatizzato e flessibile, in grado di realizzare saldature ad alta velocità e alta precisione, e il processo di saldatura non necessita di un ambiente sotto vuoto e non produce raggi X, particolarmente adatto per alta precisione saldatura di strutture complesse. La caratteristica più interessante della saldatura laser della lega di alluminio è la sua elevata efficienza e per sfruttare appieno questa elevata efficienza è necessario applicarla alla saldatura profonda di grandi spessori. Pertanto, la ricerca e l'applicazione del laser ad alta potenza per la saldatura a penetrazione profonda di grande spessore sarà una tendenza inevitabile dello sviluppo futuro. La saldatura a penetrazione profonda di grande spessore evidenzia il fenomeno dei fori stenopeici e la sua influenza sulla porosità della saldatura, quindi il meccanismo di formazione e il controllo dei fori stenopeici diventano sempre più numerosi, il che diventerà una questione scottante nel settore.
Migliorare la stabilità del processo di saldatura laser, della formatura della saldatura e della qualità della saldatura è l'obiettivo che le persone perseguono. 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 e la modellazione del fascio saranno ulteriormente migliorate e sviluppate.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. è un'impresa high-tech specializzata in ricerca e sviluppo, produzione e vendita di macchine per rivestimento laser automatiche, macchine per rivestimento laser ad alta velocità, macchine per tempra laser, saldatrici laser e apparecchiature di stampa laser 3D. I nostri prodotti sono convenienti e venduti a livello nazionale e all'estero. Se sei interessato ai nostri prodotti, contattaci all'indirizzo bob@gshenglaser.com.