obróbka cnc · 2021年12月13日

Jakie są najnowsze technologie spawania laserowego stopów aluminium?

Wysokowytrzymały stop aluminium charakteryzuje się wysoką wytrzymałością właściwą, specyficzną sztywnością, dobrą odpornością na korozję, wydajnością przetwarzania i właściwościami mechanicznymi. Stał się niezbędnym materiałem metalowym do lekkich konstrukcji w dziedzinie lotnictwa, okrętów wojennych itp. Wśród nich najczęściej stosowane są samoloty. . Technologia spawania ma wyjątkowe zalety w zakresie poprawy stopnia wykorzystania materiałów konstrukcyjnych, zmniejszenia masy konstrukcyjnej i realizacji taniej produkcji złożonych i odmiennych ogólnych konstrukcji materiałowych. Wśród nich technologia spawania laserowego stopów aluminium jest gorącym punktem, który przyciągnął wiele uwagi.

W porównaniu z innymi metodami spawania, spawanie laserowe ma zalety skoncentrowanego nagrzewania, małych uszkodzeń termicznych, dużego współczynnika kształtu spoiny i małych odkształceń spawalniczych. Proces spawania jest łatwy do zintegrowania, zautomatyzowany i elastyczny, a także pozwala osiągnąć szybkie i precyzyjne spawanie. Nadaje się do precyzyjnego spawania złożonych konstrukcji.

01 laser gazowy CO2

Medium roboczym jest gaz CO2, a emitowany jest laser o długości fali 10.6 μm. Ze względu na strukturę wzbudzenia lasera dzieli się go na dwa typy: przepływ poprzeczny i przepływ osiowy. Chociaż moc wyjściowa krzyżowego lasera CO2 osiągnęła 150 kW, jakość wiązki jest słaba i nie nadaje się do spawania; Laser CO2 o przepływie osiowym ma dobrą jakość wiązki i może być stosowany do spawania stopów aluminium o wysokim współczynniku odbicia lasera.

02 laser półprzewodnikowy YAG

Czynnikiem roboczym jest rubin, szkło neodymowe i granat itrowo-aluminiowy domieszkowany neodymem itp., a wyjściowa długość fali lasera wynosi 1.06 μm. Laser YAG jest łatwiej absorbowany przez metal niż laser CO2 i jest mniej podatny na działanie plazmy. Jest to transmisja światłowodowa, elastyczna operacja spawania i dobra dostępność pozycji spawania. Jest to obecnie główny laser do spawania konstrukcji ze stopów aluminium.

03 laser światłowodowy YLR

Jest to nowy typ lasera opracowany po 2002 roku. Wykorzystuje światłowód jako materiał matrycy, domieszkowany różnymi jonami ziem rzadkich, a zakres długości fali wyjściowej wynosi około 1.08 μm. Jest to również transmisja światłowodowa. Laser światłowodowy rewolucjonizuje wykorzystanie podwójnie osłoniętej struktury światłowodowej, zwiększa długość pompy i poprawia wydajność pompy, dzięki czemu moc wyjściowa lasera światłowodowego jest znacznie zwiększona. W porównaniu z laserem YAG, mimo że laser światłowodowy YLR pojawił się później, jego zalety to niewielkie rozmiary, niski koszt eksploatacji, wysoka jakość wiązki itp., a uzyskiwana moc lasera jest wysoka.

Badania nad zastosowaniem struktury spawania laserowego stopu aluminium

Od lat dziewięćdziesiątych, wraz z rozwojem nauki i technologii oraz pojawieniem się laserów o dużej mocy i wysokiej jasności, dojrzała integracja, inteligencja, elastyczność i dywersyfikacja technologii spawania laserowego. W kraju i za granicą zwrócono większą uwagę na spawanie laserowe w różnych dziedzinach zastosowania stopów aluminium w konstrukcji. Obecnie niektórzy producenci samochodów w moim kraju zastosowali technologię spawania laserowego w niektórych nowych modelach. Wraz z rozwojem technologii spawania laserowego grubych blach ze stopów aluminium, spawanie laserowe zostanie zastosowane w przyszłości w konstrukcjach pojazdów opancerzonych.

Jakie są najnowsze technologie spawania laserowego stopów aluminium?

W celu osiągnięcia lekkiej produkcji, zastosowanie i badanie spawania laserowego konstrukcji warstwowych ze stopu aluminium jest obecnie gorącym punktem badawczym w produkcji statków i konstrukcji pociągów dużych prędkości. Stop aluminium jest ważnym materiałem konstrukcyjnym dla konstrukcji lotniczych, dlatego kraje rozwinięte, takie jak Japonia, Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Niemcy i inne kraje rozwinięte, przywiązują dużą wagę do badań technologii spawania laserowego stopów aluminium.

Wraz z rozwojem technologii spawania laserem światłowodowym, branża lotnicza w zaawansowanych krajach wymieniła spawanie laserem światłowodowym i technologię hybrydowego spawania łukiem laserowym jako centrum technologii spawania stopów aluminium, zwłaszcza spawania grubych blach i spawania różnych metali, takich jak Stany Zjednoczone Stany NALI W ramach projektu prowadzone są badania nad technologią spawania laserem światłowodowym i hybrydowego spawania łukiem laserowym dla konstrukcji komór spalania samolotów cywilnych i silników lotniczych JSF.

Cechy spawania laserowego stopu aluminium

W porównaniu z konwencjonalnym spawaniem, spawanie laserowe stopów aluminium charakteryzuje się skoncentrowanym ogrzewaniem, dużym współczynnikiem kształtu spoiny i niewielkim odkształceniem struktury spawalniczej, ale ma pewne niedociągnięcia. Podsumowując, są to:

1) Mała średnica plamki ogniskowania lasera prowadzi do wysokich wymagań dotyczących dokładności spawania i montażu przedmiotu obrabianego. Ogólnie rzecz biorąc, szczelina montażowa i wielkość niewspółosiowości muszą być mniejsze niż 0.1 mm lub 10% grubości płyty, co zwiększa trudność w realizacji złożonej trójwymiarowej struktury spawu;

2) Ponieważ współczynnik odbicia stopu aluminium od lasera wynosi aż 90% w temperaturze pokojowej, spawanie laserowe stopu aluminium z głębokim wtopieniem wymaga lasera o większej mocy. Badania nad spawaniem laserowym blach ze stopu aluminium pokazują, że spawanie laserowe stopu aluminium z głębokim wtopieniem zależy od podwójnych progów gęstości mocy lasera i energii linii. Gęstość mocy lasera i energia linii razem ograniczają zachowanie jeziorka stopionego podczas procesu spawania i ostatecznie odzwierciedlają charakterystykę formowania spoiny. Powyżej optymalizację procesu spoin z pełnym przetopem można ocenić na podstawie stosunku back-to-szerokości charakterystycznych parametrów formowania spoiny;

3) Stop aluminium ma niską temperaturę topnienia i dobrą płynność ciekłego metalu. Powoduje silne waporyzację metalu pod działaniem lasera o dużej mocy. Chmura pary metalu/fotoplazmy utworzona przez efekt małych otworów podczas procesu spawania wpływa na energię lasera stopu aluminium. Absorpcja chromu powoduje niestabilność procesu spawania z głębokim wtopieniem, a spoina jest podatna na wady takie jak pory, zapadanie się powierzchni, podcięcia itp.;

4) Spawanie laserowe charakteryzuje się dużą szybkością nagrzewania i chłodzenia, a twardość spoiny jest wyższa niż łuku. Jednak ze względu na wypalanie elementów stopowych w spawaniu laserowym stopu aluminium, co wpływa na efekt wzmacniający stopu, nadal występuje problem zmiękczania spoiny stopu aluminium, a tym samym zmniejszania się połączeń spawanych stopów aluminium. siła. Dlatego głównym problemem spawania laserowego stopów aluminium jest kontrola wad spoin i poprawa wydajności złączy spawanych.

Technologia kontroli defektów spawania laserowego stopów aluminium

Pod działaniem lasera o dużej mocy głównymi wadami spawania laserowego stopów aluminium z głębokim wtopieniem są pory, zapadanie się powierzchni i podcięcie. Wśród nich zapadnięcie się powierzchni i wady podcięcia można poprawić, stosując spawanie laserowe drutem lub spawanie hybrydowe łukiem laserowym. Kontrola wady jamy ustnej jest trudniejsza.

Z dotychczasowych wyników badań wynika, że: w spawaniu laserowym stopów aluminium z głębokim wtopieniem występują dwa rodzaje charakterystycznych porów. Jednym z nich są pory metalurgiczne, które są porami wodorowymi spowodowanymi zanieczyszczeniem materiału lub wnikaniem powietrza podczas procesu spawania, takiego jak spawanie łukowe; drugi to proces Pory są spowodowane niestabilnymi fluktuacjami małych otworów, nieodłącznie związanymi z procesem spawania laserowego z głębokim wtopieniem.

W procesie spawania laserowego z głębokim wtopieniem mały otwór często pozostaje w tyle za ruchem wiązki ze względu na lepkość ciekłego metalu. Na jego średnicę i głębokość wpływa para plazmy/metalu i podlega ona wahaniom. Wraz z ruchem belki i przepływem roztopionego jeziorka, otwór Przy spawaniu z głębokim wtopieniem na wierzchołku małego otworu pojawiają się pęcherzyki spowodowane przepływem metalu w roztopionym jeziorku, natomiast przy spawaniu z głębokim wtopieniem, bąbelki pojawiają się w pasie pośrodku małej dziurki.

Pęcherzyki migrują i toczą się z przepływem ciekłego metalu lub wydostają się z powierzchni roztopionego basenu lub są spychane z powrotem do małych otworów. Kiedy pęcherzyki zastygają w stopionym jeziorku i zostaną przechwycone przez metalowy front, stają się porami spawalniczymi.

Oczywiście pory metalurgiczne są kontrolowane głównie przez spawanie wstępne obróbka powierzchniowa kontrola i rozsądna ochrona gazowa podczas spawania. Kluczem do obróbki porów jest zapewnienie stabilności małych otworów w procesie spawania laserowego z głębokim wtopieniem. Zgodnie z badaniami krajowej technologii spawania laserowego, kontrola porowatości spawania laserowego z głębokim wtopieniem stopu aluminium powinna kompleksowo uwzględniać wszystkie aspekty spawania, procesu spawania i obróbki po spawaniu. Podsumowując, mamy do czynienia z następującymi nowymi procesami i nowymi technologiami.

01 Metoda obróbki przed spawaniem

Obróbka powierzchniowa przed spawaniem jest skuteczną metodą kontroli porów metalurgicznych w spawaniu laserowym stopów aluminium. Zazwyczaj metody obróbki powierzchni obejmują czyszczenie fizyczne i mechaniczne oraz czyszczenie chemiczne. W ostatnich latach pojawiło się również laserowe czyszczenie szokowe, które jeszcze bardziej usprawni automatyzację spawania laserowego.

02 Kontrola optymalizacji stabilności parametrów

Parametry procesu spawania laserowego stopu aluminium obejmują zwykle głównie moc lasera, wielkość rozogniskowania, prędkość spawania oraz skład i natężenie przepływu ochrony gazowej. Parametry te wpływają nie tylko na efekt ochronny obszaru spawania, ale również wpływają na stabilność procesu spawania laserowego z głębokim wtopieniem, wpływając tym samym na pory spoiny.

Poprzez laserowe spawanie blach ze stopu aluminium z głębokim wtopieniem, stwierdzono, że stabilność wtopienia małych otworów wpływa na stabilność jeziorka stopionego, co z kolei wpłynie na formowanie spoiny i spowoduje defekty porów spoiny, a także stabilność spawania laserowego z głębokim wtopieniem wiąże się z dopasowaniem gęstości mocy lasera i objętości linii. Jest to zatem skuteczny środek do efektywnej kontroli porowatości spoiny spawalniczej ze stopu aluminium w celu określenia rozsądnych i stabilnych parametrów procesu formowania spoiny.

Wyniki badań charakterystyk kształtowania pełnej przetopu i stabilnej spoiny wskazują, że stosunek szerokości grzbietu spoiny do szerokości powierzchni spoiny (stosunek szerokości grzbietu spoiny) wynosi służy do oceny kształtowania i stabilności spoiny blachy ze stopu aluminium. Gdy gęstość mocy lasera przy spawaniu laserowym cienkich blach jest rozsądnie dopasowana do energii linii, można zapewnić określony stosunek spoiny do szerokości, a pory spoiny można skutecznie kontrolować.

03 Podwójne spawanie laserowe punktowe

Spawanie laserowe dwupunktowe odnosi się do procesu spawania, w którym dwie skupione wiązki laserowe działają w tym samym czasie na to samo jeziorko stopionego materiału. W procesie spawania laserowego z głębokim wtopieniem, natychmiastowe zamykanie się gazu w małym otworze w stopionym jeziorku jest jedną z głównych przyczyn powstawania porów spawalniczych.

W przypadku spawania laserowego dwupunktowego, ze względu na działanie dwóch źródeł światła, duży otwór małego otworu sprzyja ucieczce wewnętrznej pary metalu, a także korzystnie wpływa na stabilność małego otworu zmniejszenie porowatości szwu spawalniczego. Badania nad spawaniem laserowym stopów aluminium A356, AA5083, 2024 i 5A90 wykazały, że dwupunktowe spawanie laserowe może znacznie zmniejszyć pory spoiny.

04 Spawanie hybrydowe łukiem laserowym

Spawanie hybrydowe łukiem laserowym to metoda spawania, w której laser i łuk są stosowane do tego samego jeziorka stopionego materiału. Zasadniczo laser jest głównym źródłem ciepła, a interakcja między laserem a łukiem służy do zwiększenia penetracji i prędkości spawania laserowego oraz zmniejszenia dokładności zespołu spawalniczego. Zastosowanie drutu spawalniczego do kontrolowania struktury i wydajności połączenia spawanego oraz pomocniczego efektu łuku w celu poprawy stabilności otworu spawanego laserowo, pomagając w ten sposób zmniejszyć pory spoiny.

W procesie spawania hybrydowego łukiem laserowym łuk wpływa na opary metalu/chmurę plazmy indukowaną przez proces laserowy, co ma korzystny wpływ na absorpcję energii lasera przez materiał i stabilność małego otworu. Wyniki badań szwu spawalniczego spawania hybrydowego łukiem laserowym stopu aluminium również potwierdziły jego działanie.

05 Spawanie laserem światłowodowym

Efekt otworkowy w procesie spawania laserowego z głębokim wtopieniem wynika z silnego odparowania metalu pod działaniem lasera. Moc pary parowania metalu jest ściśle związana z gęstością mocy lasera i jakością wiązki, co nie tylko wpływa na głębokość penetracji spawania laserowego, ale także wpływa na stabilność małego otworu. Seiji. et al. badania nad laserem światłowodowym dużej mocy ze stali nierdzewnej SUS304 wykazały, że stopiona sadzawka była wydłużana podczas spawania z dużą prędkością, rozpryski były tłumione, fluktuacja małego otworu była stabilna, a na końcówce nie było tworzenia się pęcherzyków małej dziury. Kiedy laser światłowodowy był używany do szybkiego spawania stopu tytanu i stopu aluminium, to samo można uzyskać bez spoin porowatych.

Badania Allena i innych nad technologią kontroli gazu osłonowego w spawaniu laserowym z włókna ze stopu tytanu wykazały, że kontrolując pozycję gazu osłonowego podczas spawania, może on zapobiegać jego udziałowi, skrócić czas zamykania otworu, stabilizować otwór spawalniczy i zmienić zachowanie krzepnięcia stopionego jeziorka, zmniejszając w ten sposób porowatość szwu spawalniczego.

06 Spawanie laserowe impulsowe

W porównaniu z ciągłym spawaniem laserowym, wyjście lasera przyjmuje pulsacyjną moc wyjściową, która może promować okresowy i stabilny przepływ stopionego jeziorka, co sprzyja ucieczce pęcherzyków w stopionym jeziorku i zmniejsza pory spoiny. TY Kuo i SL Jeng zbadali tryb mocy wyjściowej lasera spawania laserowego YAG oraz wpływ na pory i wydajność spoin ze stali nierdzewnej SUS 304L i nadstopu inconel 690. Wyniki pokazują, że: dla prostokątnego spawania laserowego impulsowego, gdy moc bazowa wynosi 1700 W Wraz ze wzrostem amplitudy impulsu ΔP zmniejsza się porowatość spoiny. Porowatość stali nierdzewnej zmniejsza się z 2.1% do 0.5%, a porowatość nadstopu z 7.1% do 0.5%.

07 Technologia obróbki kompozytów po spawaniu

W rzeczywistych zastosowaniach inżynieryjnych, nawet jeśli przed spawaniem przeprowadza się ścisłą obróbkę powierzchni, proces spawania jest stabilny, a spawanie laserowe stopów aluminium nieuchronnie powoduje powstawanie porów spawalniczych. Dlatego bardzo ważne jest zastosowanie obróbki po spawaniu w celu wyeliminowania porów. .

Ta metoda jest obecnie głównie modyfikowanym spawaniem. Technologia prasowania izostatycznego na gorąco jest jedną z metod eliminacji porów wewnętrznych i skurczu odlewów ze stopów aluminium. Jest on połączony z obróbką cieplną naprężeń po spawaniu laserowym stopu aluminium w celu utworzenia spawanych laserowo elementów ze stopu aluminium. W połączeniu z obróbką cieplną nie tylko eliminuje porowatość spoiny, ale także poprawia wydajność połączenia.

Ze względu na charakterystykę stopu aluminium, nadal istnieje wiele problemów w stosowaniu spawania laserowego o dużej mocy, które należy dogłębnie zbadać. Głównym problemem jest kontrola wad porów spawalniczych i poprawa jakości spawania. Inżynierska kontrola porowatości w spawaniu laserowym stopów aluminium powinna kompleksowo uwzględniać wszystkie aspekty spawania, procesu spawania oraz obróbki po spawaniu, tak aby poprawić stabilność procesu spawania. Powstało w ten sposób wiele nowych technologii i procesów, takich jak czyszczenie laserowe przed spawaniem, optymalizacja parametrów procesu spawania, sterowanie współczynnikiem szerokości wstecznej, dwuwiązkowe spawanie laserowe, spawanie hybrydowe łukiem laserowym, spawanie laserem impulsowym i spawanie laserem światłowodowym.

Link do tego artykułu:Jakie są najnowsze technologie spawania laserowego stopów aluminium?

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/,thanks!


Jakie są najnowsze technologie spawania laserowego stopów aluminium?Blachy, beryl, stal węglowa, magnez, druk 3D, precyzja Obróbka CNC usługi dla przemysłu ciężkiego, budowlanego, rolniczego i hydraulicznego. Nadaje się do tworzyw sztucznych i rzadkich obróbka stopów. Może toczyć części o średnicy do 15.7 cala. Procesy obejmują obróbka szwajcarskaprzeciąganie, toczenie, frezowanie, wytaczanie i gwintowanie. Zapewnia również polerowanie metali, malowanie, szlifowanie powierzchni i wał usługi prostowania. Zakres produkcji (m.in. aluminium odlewanie dzięki odlewanie ciśnieniowe cynku,) wynosi do 50,000 XNUMX sztuk. Nadaje się do śrub, złączy, Łożyskopompa, biegobudowa skrzyniowa, suszarka bębnowa i podajnik obrotowy zawór Applications.PTJ opracuje strategię z Tobą, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel, Zapraszamy do kontaktu z nami ( [email protected] ) bezpośrednio do nowego projektu.