Cách giải quyết vấn đề hàn laser trên hợp kim nhôm

Hiện nay, với sự phức tạp ngày càng tăng của đường ống ô tô, ngày càng có nhiều điểm hàn, điều này chắc chắn mang đến nhiều vấn đề về hàn ngọn lửa. Tất nhiên, mỗi phương pháp hàn đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Bài viết này phân tích tính khả thi của đường ống điều hòa không khí hàn laser.

Ngày nay, hàn laser được sử dụng rộng rãi trong ngành gia công. Ngoài ra, công nghệ laser còn có đặc điểm là nhiệt đầu vào hàn nhỏ, ít ảnh hưởng đến diện tích nhiệt hàn, không dễ biến dạng nên nhận được sự quan tâm đặc biệt trong lĩnh vực hàn hợp kim nhôm.

Mặt khác, do đặc tính gia công của hợp kim nhôm nên việc hàn laser hợp kim nhôm gặp một số khó khăn khi hàn. Làm thế nào để giải quyết những vấn đề này?

Vấn đề 1: Hợp kim nhôm có khả năng hấp thụ tia laser thấp. Vấn đề này chủ yếu là do vấn đề vật liệu hợp kim nhôm. Do độ phản xạ ban đầu cao và độ dẫn nhiệt cao của hợp kim nhôm đối với chùm tia laser nên tốc độ hấp thụ của hợp kim nhôm đối với chùm tia laser trước khi nóng chảy là rất thấp. Hợp kim nhôm có tác dụng phản xạ mạnh đối với tia laser, đó là do mật độ electron tự do cao ở trạng thái rắn của hợp kim nhôm, dễ phản xạ năng lượng với photon trong chùm tia.

Các nghiên cứu cho thấy độ phản xạ của hợp kim nhôm đối với laser CO2 khí cao tới 90% và độ phản xạ của laser rắn là gần 80%. Đồng thời, hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt mạnh, dẫn đến tốc độ hấp thụ của laser hợp kim nhôm rất thấp. Do đó, phải thực hiện các biện pháp thích hợp để cải thiện tốc độ hấp thụ tia laser của hợp kim nhôm.

Để giải quyết vấn đề này, các giải pháp chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:

1. Xử lý bề mặt vật liệu hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có phản ứng laser cao. Xử lý trước thích hợp bề mặt hợp kim nhôm, chẳng hạn như oxy hóa anốt, đánh bóng điện phân, phun cát, phun cát, v.v. Nó có thể cải thiện đáng kể khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ bề mặt. Kết quả cho thấy xu hướng kết tinh của hợp kim nhôm sau khi loại bỏ màng oxit cao hơn so với hợp kim nhôm ban đầu. Để không phá hủy bề mặt hoàn thiện của hợp kim nhôm và đơn giản hóa quá trình hàn laser, quá trình hàn có thể được sử dụng để tăng nhiệt độ bề mặt của phôi và cải thiện tốc độ hấp thụ của vật liệu đối với tia laser.

2. Giảm kích thước điểm và cải thiện mật độ năng lượng laser. Sự hấp thụ tia laser của hợp kim nhôm được cải thiện bằng cách tăng mật độ năng lượng laser. Mật độ năng lượng laser tăng lên sẽ gây ra hiệu ứng lỗ nhỏ trong bể hàn, điều này có thể cải thiện đáng kể tốc độ hấp thụ của vật liệu đối với tia laser.

3. Thay đổi kết cấu hàn sao cho tia laser phản xạ vào khe hở nhiều lần để thuận tiện cho việc hàn laser hợp kim nhôm. Hình dạng khớp ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng laser. Vát hình chữ V và vát vuông có lợi cho việc hình thành lỗ khóa hơn so với các khớp không vát, mật độ năng lượng laser tăng lên và tốc độ hấp thụ tia laser của hợp kim nhôm cũng tăng lên.

Vấn đề 2: Dễ tạo ra lỗ chân lông và vết nứt nóng, dễ tạo ra lỗ chân lông và vết nứt nóng trong quá trình hàn laser hợp kim nhôm. Độ xốp là khuyết tật phổ biến nhất và quan trọng nhất trong hàn laser hợp kim nhôm. Các loại khí khổng có thể được chia thành hai loại.

Một là do độ hòa tan của hydro trong quá trình làm mát bằng hàn laser của hợp kim nhôm giảm mạnh nên hàm lượng hydro trong hợp kim nhôm nóng chảy có thể đạt tới {{0}}.69mL/100g, hàm lượng hydro của hợp kim nhôm sau khi làm mát và hóa rắn là 0,036mL / 100g, và hydro siêu bão hòa kết tủa tạo thành lỗ chân lông hydro. Ngoài ra, trên bề mặt hợp kim nhôm còn có một màng oxit, nước trong nước tinh thể, không khí và khí bảo vệ trên bề mặt hợp kim nhôm bị phân hủy trực tiếp thành hydro trong quá trình hàn. Những lỗ chân lông hydro này quá muộn để thoát ra ngoài trong quá trình làm mát nhanh chóng khi hàn laser các hợp kim nhôm và tồn tại trong mối hàn để tạo thành lỗ chân lông hydro.

Thứ hai là do lỗ khóa sinh ra trong quá trình hàn laser không ổn định và bị xẹp, kim loại lỏng không có thời gian để lấp đầy lỗ. Độ xốp quá mức sẽ làm giảm mật độ mối hàn, giảm khả năng chịu lực của mối hàn, giảm độ bền và độ dẻo của mối hàn ở các mức độ khác nhau.

Có nhiều biện pháp để giảm thiểu khuyết tật của lỗ khí trong hàn laser, chẳng hạn như khả năng trộn bể nóng chảy, thêm khả năng bề mặt, làm đầy dây hoặc làm đầy bột hợp kim và sử dụng của công nghệ điểm kép và hàn tổng hợp bằng laser để giảm tác động của lỗ chân lông, nhưng rất khó để loại bỏ toàn bộ. Độ dẫn nhiệt của nhôm tốt hơn và dạng sóng công suất laser có thể được điều chỉnh theo vật liệu, độ dày và tình trạng bề mặt của hợp kim nhôm. Trong hình ảnh hàn loại sóng đầu hàng đầu, nó cũng có thể được sử dụng để hàn loại sóng được cách nhiệt sau khi nung nóng trước, có thể đóng vai trò làm giảm các lỗ khí và khí. Nó có thể làm giảm sự mất ổn định của lỗ chân lông, thay đổi Góc của chùm tia laser và áp dụng từ trường trong quá trình hàn và có thể kiểm soát hiệu quả các lỗ chân lông của tầng lớp trung lưu.

Nguyên nhân gây ra vết nứt nóng khi hàn laser hợp kim nhôm chủ yếu liên quan đến đặc tính và quá trình hàn của nó. Trong quá trình hóa rắn hợp kim nhôm, tốc độ co ngót lớn (lên tới 5%), ứng suất và biến dạng hàn lớn, và kim loại mối hàn sẽ tạo ra cấu trúc eutectic có điểm nóng chảy thấp dọc theo ranh giới hạt trong quá trình kết tinh, do đó ranh giới hạt lực liên kết bị suy yếu và các vết nứt nóng được hình thành dưới tác dụng của ứng suất kéo.

Xu hướng nứt nóng có thể được giảm bằng cách đổ đầy dây hoặc bột hợp kim, và xu hướng nứt nóng cũng có thể được giảm bằng cách điều chỉnh các thông số quá trình hàn để kiểm soát tốc độ gia nhiệt và làm mát. Khi sử dụng laser YAG, nhiệt đầu vào có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh dạng sóng xung để giảm hiện tượng nứt tinh thể.

Bài toán 3: Tính chất cơ lý của liên kết hàn suy giảm – mềm đi

Sự tổn thất do cháy của các nguyên tố hợp kim trong quá trình hàn làm giảm tính chất cơ học của mối hàn hợp kim nhôm.

“Làm mềm” là hiện tượng giảm độ bền, độ cứng của mối hàn. Khi sử dụng khớp hợp kim nhôm hàn laser, cấu trúc mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn cũng có vấn đề bị mềm. Một số lượng lớn nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiện tượng làm mềm khi hàn hợp kim nhôm khó được loại bỏ một cách cơ bản, nhưng so với hàn được bảo vệ bằng khí, hàn laser làm giảm lượng nhiệt đầu vào và làm cho vùng làm mềm của mối hàn hẹp hơn. So với hàn MIG, mức độ "làm mềm" của các mối nối hợp kim nhôm hàn bằng laser thấp hơn và độ bền kéo tăng khi tốc độ hàn tăng. Ảnh hưởng của plasma đến quá trình hàn Năng lượng ion hóa nguyên tố nhôm thấp, hàn laser dễ tạo thành plasma kim loại, plasma do khúc xạ, lệch tia laser gây ra, từ đó làm thay đổi tiêu điểm của chùm tia laser, do đó tỷ lệ xuyên mối hàn giảm, ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Bằng cách đặt trước bột trên bề mặt phôi, sự giãn nở và xung của plasma theo hướng chiều cao bị suy yếu, do đó plasma có thể duy trì biên độ xung tương đối ổn định trên bề mặt phôi.

Tính chất cơ lý của mối hàn hợp kim nhôm giảm do độ xốp không ổn định trong quá trình hàn. Hợp kim nhôm chủ yếu bao gồm Zn, Mg và Al. Trong quá trình hàn, nhôm có nhiệt độ sôi cao hơn hai nguyên tố còn lại. Do đó, có thể thêm một số nguyên tố hợp kim có nhiệt độ sôi thấp khi hàn các thành phần hợp kim nhôm, điều này có lợi cho việc hình thành các lỗ nhỏ và độ rắn chắc của mối hàn.

1. Hàn tự hàn bằng hợp kim nhôm

Hàn tự nung bằng laser dùng để chỉ chùm tia laser mật độ năng lượng cao làm nguồn nhiệt, tác động lên bề mặt vật liệu cơ bản, làm cho vật liệu cơ bản tự nóng chảy, tạo thành phương pháp hàn mối hàn. Để hàn laser hợp kim nhôm, bề mặt hợp kim nhôm có độ phản xạ cao với tia laser và cần có công suất laser lớn trong quá trình hàn. Đường kính của điểm laser nhỏ, độ chính xác của thiết bị hàn cao và giá trị dung sai khe hở của các bộ phận thấp và giá trị khe hở của các bộ phận thường được yêu cầu phải dưới 0. 2mm. Trong quá trình hàn, tốc độ gia nhiệt và làm nguội nhanh, khuyết tật hàn nhiều, mật độ năng lượng laser tập trung, hiệu ứng lỗ khóa dễ gây ra hiện tượng mối hàn lõm và cắn mép nên các thông số quá trình hàn có yêu cầu cao hơn. Hàn tự nung bằng laser trong hàn hợp kim nhôm thể hiện ưu điểm là chất lượng hàn tốt, tốc độ hàn nhanh, dễ tự động hóa và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô. Trong ngành công nghiệp xe điện, việc niêm phong vỏ pin điện chủ yếu được làm bằng phương pháp hàn tự nung bằng hợp kim nhôm bằng laser. Trong thân nhôm của một công ty ô tô năng lượng mới trong nước, việc hàn cụm cửa và kết cấu thành bên cũng được thực hiện bằng phương pháp hàn tự nung bằng hợp kim nhôm bằng laser.

2. Hàn dây laser hợp kim nhôm

Trong hàn hàn dây bằng laser, tia laser vẫn được sử dụng làm nguồn nhiệt chính để làm nóng chảy kim loại hàn, nhưng thiết bị cấp dây tự động được sử dụng để liên tục đưa kim loại đã đổ đầy vào bể nóng chảy để đạt được quá trình kết nối luyện kim. So với hàn tự nung chảy bằng laser, hàn hàn dây laser đã giảm bớt các yêu cầu về độ chính xác của khe hở quá trình hàn, bằng cách lấp đầy các thành phần khác nhau của dây hàn, cải thiện tính chất luyện kim của mối hàn, ngăn ngừa các vết nứt và lỗ chân lông hàn nóng, cải thiện tính chất luyện kim của mối hàn. ổn định của quá trình hàn và tính chất cơ học của mối hàn.

Hàn dây laser hợp kim nhôm có đặc điểm là chất lượng hình thức tốt, độ chính xác của khoảng cách quá trình lỏng hơn so với hàn tự nung bằng laser, v.v. Nó thường được sử dụng ở bề mặt bên ngoài của thân máy, chẳng hạn như giữa nắp trên và thành bên, và giữa các tấm trên và dưới của vỏ vali. Ngoài ra còn có một số model nhằm đạt chất lượng hàn cao hơn và sử dụng hàn dây laser để hàn cửa hợp kim nhôm.

3. Hàn hồ quang laser hợp kim nhôm

Hàn composite hồ quang laser là sự kết hợp giữa hai loại nguồn nhiệt laser và hồ quang có tính chất vật lý và cơ chế truyền năng lượng khác nhau, cùng phối hợp hoạt động trên các chi tiết hàn. Cả hai đều phát huy được ưu điểm của hai nguồn nhiệt, đồng thời bù đắp những khuyết điểm của nhau. Trong hàn tổng hợp hồ quang laser bằng hợp kim nhôm, hồ quang có thể dẫn hướng nguồn nhiệt laser, cải thiện khả năng hấp thụ của hợp kim nhôm và tốc độ sử dụng năng lượng trong quá trình hàn, đồng thời khả năng định dạng bề mặt của mối hàn tốt hơn so với laser hàn tự nóng chảy. Ngoài ra, sự ra đời của hồ quang có thể làm giảm đáng kể độ chính xác kẹp của các bộ phận hàn và hồ quang có tác dụng pha loãng plasma hàn laser, có thể làm giảm tác dụng che chắn của plasma đối với laser. Laser đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định của hồ quang, để hồ quang có thể tác động ổn định lên mối nối khi hàn tốc độ cao, có thể cải thiện chất lượng hàn của mối hàn và tăng tốc độ hàn.

Mật độ năng lượng chùm tia hàn laser của hợp kim nhôm có thể đạt tới 109W / cm2 và có ưu điểm là gia nhiệt tập trung, hư hỏng nhiệt nhỏ, tỷ lệ chiều sâu và chiều rộng mối hàn lớn và biến dạng hàn nhỏ. Quá trình hàn dễ dàng tích hợp, tự động hóa và linh hoạt, có thể thực hiện hàn tốc độ cao và độ chính xác cao, đồng thời quá trình hàn không cần môi trường chân không và không tạo ra tia X, đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng có độ chính xác cao. hàn các kết cấu phức tạp. Tính năng hấp dẫn nhất của hàn laser trên hợp kim nhôm là hiệu quả cao, và để phát huy hết hiệu quả cao này, cần phải áp dụng nó cho hàn sâu có độ dày lớn. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng laser công suất cao cho hàn xuyên sâu có độ dày lớn sẽ là xu hướng phát triển tất yếu trong tương lai. Hàn xuyên sâu có độ dày lớn làm nổi bật hiện tượng lỗ kim và ảnh hưởng của nó đến độ xốp của mối hàn, do đó cơ chế hình thành và kiểm soát lỗ kim ngày càng nhiều, sẽ trở thành vấn đề nóng trong ngành.

Nâng cao tính ổn định của quá trình hàn laser, tạo hình mối hàn và chất lượng mối hàn là mục tiêu mà mọi người theo đuổi. Do đó, các công nghệ mới như quy trình tổng hợp hồ quang laser, hàn laser dây phụ, hàn laser bột không đặt trước, công nghệ hội tụ kép, định hình chùm tia sẽ được cải tiến và phát triển hơn nữa.

Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số bob@gshenglaser.com.