Anvendelse av lasersveiseteknologi i aluminiumslegeringssveising

Bruken av aluminiumslegering for å erstatte det tradisjonelle stålet på bilen er en av de viktige måtene å realisere bilens lette vekt. På grunn av egenskapene til aluminiumslegering med god varmeledningsevne og stor lineær ekspansjonskoeffisient, er det imidlertid noen problemer med sveising:

1) Aluminiumslegering sveiset skjøt mykner seriøst, lav styrkekoeffisient;

2) Aluminiumslegering er lett å oksidere for å produsere ildfast oksidfilm (Al2O3, smeltepunkt er 2060 grader), som må bruke en sveiseprosess med høy effekttetthet;

3) Lett å produsere porer;

4) Den lineære ekspansjonskoeffisienten er stor, lett å produsere sveisedeformasjon og sveisesprekker;

5) Den termiske ledningsevnen og den spesifikke varmekapasiteten er stor, og varmetilførselen er 2 til 4 ganger større enn for sveiset stål.

Derfor, for å oppnå høyytelsessveiseskjøter av aluminiumslegering, er det nødvendig med høy energitetthet, lav sveisevarmetilførsel og høy sveisehastighet, blant annet lasersveising er en av de mest lovende sveiseteknologiene i aluminiumslegering.

Lasersveising er en effektiv og presis sveisemetode som bruker laserstråle med høy energitetthet som varmekilde, som har egenskapene til høy hastighet, stor penetrasjon, liten deformasjon, god prosesseringsfleksibilitet og enkel automatisering når det brukes på sveising av aluminiumslegering. Det har blitt mye brukt i romfart, bilproduksjon og lett industrielektronikk og andre felt, men det brukes i lasersveising av aluminiumslegering. Det er også noen problemer og vanskeligheter.

1.1 Aluminiumslegering har en veldig lav absorpsjonshastighet for laser

Aluminiumslegering har en sterk reflekterende effekt på laser, noe som skyldes den høye tettheten av frie elektroner i fast tilstand av aluminiumslegering, som er lett å reflektere energien med fotonet i strålen. Studier viser at reflektiviteten til aluminiumslegering til gass CO2-laser er så høy som 90%, og reflektiviteten til solid laser er nær 80%. Samtidig har aluminiumslegeringen en sterk termisk ledningsevne, noe som resulterer i en svært lav absorpsjonshastighet av aluminiumslegeringslaser. Derfor må passende tiltak tas for å forbedre laserabsorpsjonshastigheten til aluminiumslegering.

Optimaliseringstiltak:

1) Ved å øke laserkrafttettheten for å forbedre absorpsjonen av aluminiumslegeringslaser. Økningen av laserkrafttettheten vil forårsake en liten hulleffekt i sveisebassenget, noe som i stor grad kan forbedre absorpsjonshastigheten til materialet til laseren.

2) Vedta passende overflateforbehandlingsprosess. Elektrolytisk polering, anodisering og sandblåsing ble brukt for å sammenligne laserabsorpsjonsevnen til aluminiumslegering. Det ble funnet at anodisering og sandblåsing på overflater av aluminiumslegering kunne forbedre laserabsorpsjonsevnen betydelig.

3) Det er også funnet at leddformen vil påvirke absorpsjonen av laser. V-formet skråkant og firkantet skråkant er mer gunstig for dannelsen av nøkkelhull enn ikke-fasede skjøter, og lasereffekttettheten øker og laserabsorpsjonshastigheten til aluminiumslegering øker også.

1.2 Lett å danne porer

Porer er den vanligste og viktigste feilen ved lasersveising av aluminiumslegering. Poretyper kan deles inn i to kategorier. Den ene er at på grunn av den kraftige nedgangen i løseligheten til hydrogen i kjøleprosessen ved lasersveising av aluminiumslegering, kan hydrogeninnholdet i smeltet aluminiumslegering nå {{0}}.69mL/100g, hydrogeninnholdet av aluminiumslegering etter avkjøling og størkning er 0,036 ml/100 g, og det overmettede hydrogenet utfelles for å danne hydrogenporer. I tillegg er det en oksidfilm på overflaten av aluminiumslegeringen, og vannet i krystallvannet, luften og beskyttende gass på overflaten av aluminiumslegeringen blir direkte spaltet til hydrogen under sveising. Disse hydrogenporene er for sene til å unnslippe under den raske avkjølingsprosessen med lasersveising av aluminiumslegeringer, og forblir i sveisen for å danne hydrogenporer. Den andre er på grunn av ustabiliteten til nøkkelhullet generert i lasersveiseprosessen og kollaps, og det flytende metallet har ikke tid til å fylle hullet. For høy porøsitet vil redusere tettheten til sveisen, redusere bæreevnen til skjøten og redusere styrken og plastisiteten til skjøten i varierende grad. Det er mange tiltak for å redusere porøsitetsdefektene ved lasersveising av aluminiumslegering, som å endre gangsporet til laserstrålen, bruke stråleoscillasjon for å røre i det smeltede bassenget, øke muligheten for porøsitetsflukt fra overflaten, bruk av tråd eller legering pulver, og bruk av dobbeltpunktsteknologi og laserkomposittsveising kan oppnå effekten av å redusere porøsitet, men det er vanskelig å fundamentalt eliminere.

1.3 Hot crack tendens

Årsaken til varm sprekk ved lasersveising av aluminiumslegering er hovedsakelig knyttet til dens egne egenskaper og sveiseprosessen. Under størkning av aluminiumslegering er krympingshastigheten stor (opptil 5%), sveisespenningen og deformasjonen er stor, og sveisemetallet vil produsere lavsmeltepunkts eutektisk struktur langs korngrensen under krystallisering, slik at korngrensen bindekraften svekkes, og varme sprekker dannes under påvirkning av strekkspenning. Hot crack-tendensen kan reduseres ved å fylle tråd eller legeringspulver, og hot crack-tendensen kan også reduseres ved å justere sveiseprosessparametrene for å kontrollere oppvarmings- og kjølehastigheten.

1.4 Oppmykning av sveisestruktur og varmepåvirket sone

"Mykning" er fenomenet redusert styrke og hardhet av sveisede skjøter. Når det brukes lasersveising av aluminiumslegering, har sveisestrukturen og den varmepåvirkede sonen i sveiseskjøten også mykningsproblemer. Et stort antall studier har vist at mykningsfenomenet ved sveising av aluminiumslegering er vanskelig å eliminere fundamentalt, men sammenlignet med gassskjermet sveising reduserer lasersveising varmetilførselen og gjør sveisens mykningssone smalere. Sammenlignet med MIG-sveising er "mykningsgraden" av lasersveisede aluminiumslegeringsskjøter lavere, og strekkstyrken øker med økningen av sveisehastigheten. Påvirkningen av plasma på sveiseprosessen Aluminiumselementets ioniseringsenergi er lav, lasersveising er lettere å danne metallplasma, plasma forårsaket av laserbrytning og avbøyning, og endrer derved fokuset til laserstrålen, slik at sveisegjennomtrengningsforholdet reduseres, påvirker kvaliteten på sveiseskjøten. Ved å forhåndsinnstille pulveret på arbeidsstykkets overflate, svekkes ekspansjonen og pulseringen av plasmaet i høyderetningen, slik at plasmaet kan opprettholde en relativt stabil pulsasjonsamplitude på arbeidsstykkets overflate.

2.1 Selvsmeltende lasersveising av aluminiumslegering

Selvsmeltende lasersveising refererer til laserstrålen med høy energitetthet som en varmekilde, som påvirker overflaten av basismaterialet, slik at selve basismaterialet smelter og danner en sveisemetode for sveisefuger. For lasersveising av aluminiumslegering har overflaten av aluminiumslegering høy reflektivitet til laseren, og det kreves stor laserkraft under sveising. Diameteren på laserpunktet er liten, nøyaktigheten til sveiseutstyret er høy, og toleranseverdien for gapet til delene er lav, og gapverdien til delene er vanligvis nødvendig å være under 0. 2 mm. Under sveiseprosessen er oppvarmings- og avkjølingshastigheten rask, sveiseporøsitetsdefektene er mange, laserenergitettheten er konsentrert, og nøkkelhulleffekten er lett å forårsake fenomenet sveisekonkav og kantbiting, slik at sveiseprosessparametrene har høyere krav. Lasersveising i aluminiumslegeringssveising reflekterer fordelene med god sveisekvalitet, rask sveisehastighet og enkel automatisering, og er mye brukt i bilindustrien. I den elektriske kjøretøyindustrien er forseglingen av batteriskallet hovedsakelig laget av selvsmeltende lasersveising av aluminiumslegering. I aluminiumskroppen til et innenlandsk ny energibilselskap er sveisingen av dørmontasjen og sideveggstrukturen også laget av selvsmeltende lasersveising av aluminium.

2.2 Lasertrådfyllingssveising av aluminiumslegering

Ved lasertrådfyllingsveising brukes laser fortsatt som hovedvarmekilde for å smelte det sveisede metallet, men den automatiske trådmatingsanordningen brukes til kontinuerlig å mate fyllmetallet inn i smeltebassenget for å oppnå den metallurgiske tilkoblingsprosessen. Sammenlignet med laser-selvfusjonssveising, avslappet lasertrådfyllingssveisingen kravene til sveiseprosessgapets nøyaktighet, ved å fylle forskjellige komponenter i sveisetråden, forbedre de metallurgiske egenskapene til sveisen, forhindre sveising av varme sprekker og porer, forbedre stabiliteten til sveiseprosessen og skjøtenes mekaniske egenskaper.

Lasertrådsveising av aluminiumslegering har egenskapene til god utseendekvalitet, prosessgapsnøyaktigheten er løsere enn selvsmeltende lasersveising, etc. Den brukes vanligvis i den ytre overflaten av kroppen, for eksempel mellom toppdekselet og sideveggen , og mellom øvre og nedre plate på koffertdekselet. Det finnes også noen modeller for å oppnå høyere sveisekvalitet og bruke lasertrådsveising for å sveise dører i aluminiumslegering.

2.3 Aluminiumslegering laserbue kompositt sveising

Laser-bue kompositt sveising er kombinasjonen av laser og lysbue to typer varmekilder med forskjellige fysiske egenskaper og energioverføringsmekanisme, og fungerer sammen på de sveisede delene. Det Begge gir fullt spill til fordelene ved de to varmekildene, og veier opp for hverandres mangler. I laserbue-komposittsveising av aluminiumslegering kan lysbuen lede laservarmekilden, forbedre absorpsjonskapasiteten til aluminiumslegeringen og energiutnyttelsesgraden i sveiseprosessen, og overflateformbarheten til sveisen er bedre enn for sveisingen. laser selvsmeltende sveising. I tillegg kan introduksjonen av lysbuen i stor grad redusere klemnøyaktigheten til sveisedeler, og lysbuen har en fortynningseffekt på lasersveiseplasma, noe som kan redusere plasmaskjermingseffekten på laseren. Laseren spiller en viktig rolle i stabiliteten til lysbuen, slik at lysbuen stabilt kan virke på skjøten under høyhastighetssveising, noe som kan forbedre sveisekvaliteten til skjøten og øke sveisehastigheten.

Det er mange fordeler ved bruk av lasersveising i bilindustrien:

1) Sveisehastigheten er rask, forbedrer produksjonsrytmen, og sveisehastigheten kan nå 6m/min, noe som har uforlignelige fordeler i forhold til andre tilkoblingsmetoder for kropp i hvitt (som punktsveising, buesveising, nagling);

2) Den har små begrensninger på kroppsstrukturen, kan brukes på forskjellige sveisestrukturer (lap, hjørne, T-skjøt, rumpe), og er ensidig sveising, hvor strålen kan nås, designet er mer fleksibelt;

3) Dens lasersveisesidekrav er lave, sveisesiden kan sveises i 6 ~ 8mm, sammenlignet med punktsveisingssidekravene (16mm) redusert med halvparten, kan spille en rolle i lettvekt;

4) Lasersveisestrukturen til taket og bakdekselet kan redusere kroppskvaliteten, og det er ikke nødvendig å påføre tetningsmasse og ingen utvendig trimplate, noe som sparer kroppskostnadene;

5) Lasersveiseskjøt er glatt og pen, godt utseende osv.

På grunn av de mange fordelene med lasersveising, har det vært mye bekymret i bilindustrien og har blitt foretrukket av mange bilfirmaer. Den brukes i forskjellige deler av europeiske modeller (som Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot, etc.) og amerikanske modeller (som Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet, etc.) (tak, dørmontering, bagasjeromslokkets ytre panel, sidekonstruksjonsdeler og strømningstanksveising, etc.), og som et av symbolene på høykvalitets karosseri i hvitt.

På grunn av de høye engangsinvesteringskostnadene, platenøyaktigheten og kravene til verktøynøyaktighet, er den imidlertid ikke mye brukt blant de innenlandske bilselskapene.

For tiden har lasersveising av aluminiumslegering blitt brukt i masseproduksjon i aluminiumslegeringskropp. Audi TT, A6/A8 og Cadillac flaggskip CT6 er sveiset med lasersveising av aluminiumslegering på toppdekselet og sideveggene. Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW 5-serien /7-serien, Mercedes-Benz S-serien /C-serien og andre modeller av bagasjeromsdekselplaten bruker lasersveising av aluminiumslegering. Dørene til Audi A6/A8, Mercedes-Benz S/C-serien, BMW 5/7-serien, etc., bruker lasersveising av aluminiumslegering. Nio påførte også et stort antall lasersveising av aluminiumslegering i dekselet og sideveggen samt døren.

Med den kontinuerlige fremgangen innen bilteknologi, industribehandlingskapasitet og prosesskvalitet, vil kostnadene ved bruk av lasersveising bli kraftig redusert. Samtidig, med utviklingen av lettvektsbiler, øker bruken av aluminiumslegering i bilkroppen, lasersveising som en av de viktige tilkoblingsmetodene for å løse problemet med sveisekvalitet av aluminiumslegering, vil bli mer utbredt i bilindustrien.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. er en høyteknologisk bedrift som spesialiserer seg på FoU, produksjon og salg av automatisk laserkledningsmaskin, høyhastighets laserkledningsmaskin, laserherdemaskin, lasersveiseutstyr og 3D-utskriftsutstyr.

Hvis du er interessert i produktene våre, kan du kontakte oss på bob@gshenglaser.com.