Η χρήση κράματος αλουμινίου για την αντικατάσταση του παραδοσιακού χάλυβα στο αυτοκίνητο είναι ένας από τους σημαντικούς τρόπους για να συνειδητοποιήσετε το ελαφρύ του αυτοκινήτου. Ωστόσο, λόγω των χαρακτηριστικών του κράματος αλουμινίου με καλή θερμική αγωγιμότητα και μεγάλο συντελεστή γραμμικής διαστολής, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα στη συγκόλληση:
1) Συγκολλημένο κράμα αλουμινίου που μαλακώνει σοβαρά, χαμηλός συντελεστής αντοχής.
2) Το κράμα αλουμινίου οξειδώνεται εύκολα για να παραχθεί πυρίμαχο φιλμ οξειδίου (Al2O3, το σημείο τήξης είναι 2060 μοίρες), το οποίο χρειάζεται να χρησιμοποιήσει μια διαδικασία συγκόλλησης πυκνότητας υψηλής ισχύος.
3) Εύκολο στην παραγωγή πόρων.
4) Ο γραμμικός συντελεστής διαστολής είναι μεγάλος, είναι εύκολο να παραχθεί παραμόρφωση συγκόλλησης και ρωγμές συγκόλλησης.
5) Η θερμική αγωγιμότητα και η ειδική θερμοχωρητικότητα είναι μεγάλες και η εισροή θερμότητας είναι 2 έως 4 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συγκολλημένου χάλυβα.
Επομένως, για να επιτευχθούν αρμοί συγκόλλησης κράματος αλουμινίου υψηλής απόδοσης, απαιτούνται υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, χαμηλή θερμότητα συγκόλλησης και υψηλή ταχύτητα συγκόλλησης, μεταξύ των οποίων η συγκόλληση με λέιζερ είναι μία από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογίες συγκόλλησης κράματος αλουμινίου.
συγκολλησιμότητα με λέιζερ κράματος αλουμινίου και μέτρα βελτιστοποίησης
Η συγκόλληση με λέιζερ είναι μια αποτελεσματική και ακριβής μέθοδος συγκόλλησης που χρησιμοποιεί δέσμη λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας ως πηγή θερμότητας, η οποία έχει τα χαρακτηριστικά γρήγορης ταχύτητας, μεγάλης διείσδυσης, μικρής παραμόρφωσης, καλής ευελιξίας επεξεργασίας και εύκολου αυτοματισμού όταν εφαρμόζεται σε συγκόλληση κράματος αλουμινίου. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία και την ελαφριά βιομηχανία ηλεκτρονικών και άλλων τομέων, αλλά χρησιμοποιείται στη συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου. Υπάρχουν επίσης κάποια προβλήματα και δυσκολίες.
1.1 Το κράμα αλουμινίου έχει πολύ χαμηλό ρυθμό απορρόφησης λέιζερ
Το κράμα αλουμινίου έχει ισχυρή ανακλαστική επίδραση στο λέιζερ, η οποία οφείλεται στην υψηλή πυκνότητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων στη στερεά κατάσταση του κράματος αλουμινίου, η οποία είναι εύκολο να ανακλά την ενέργεια με το φωτόνιο στη δέσμη. Μελέτες δείχνουν ότι η ανακλαστικότητα του λέιζερ κράματος αλουμινίου σε λέιζερ αερίου CO2 είναι τόσο υψηλή όσο 90%, και η ανακλαστικότητα του συμπαγούς λέιζερ είναι κοντά στο 80%. Ταυτόχρονα, το κράμα αλουμινίου έχει ισχυρή θερμική αγωγιμότητα, με αποτέλεσμα έναν πολύ χαμηλό ρυθμό απορρόφησης του λέιζερ από κράμα αλουμινίου. Επομένως, πρέπει να ληφθούν κατάλληλα μέτρα για τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ του κράματος αλουμινίου.
Μέτρα βελτιστοποίησης:
1) Με την αύξηση της πυκνότητας ισχύος λέιζερ για τη βελτίωση της απορρόφησης του λέιζερ από κράμα αλουμινίου. Η αύξηση της πυκνότητας ισχύος λέιζερ θα προκαλέσει ένα φαινόμενο μικρής οπής στην πισίνα συγκόλλησης, το οποίο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον ρυθμό απορρόφησης του υλικού στο λέιζερ.
2) Υιοθετήστε την κατάλληλη διαδικασία προεπεξεργασίας επιφάνειας. Χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρολυτική στίλβωση, ανοδίωση και αμμοβολή για τη σύγκριση της απορροφητικότητας λέιζερ του κράματος αλουμινίου. Διαπιστώθηκε ότι η ανοδίωση και η αμμοβολή σε επιφάνειες από κράμα αλουμινίου θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την απορροφητικότητα λέιζερ.
3) Διαπιστώθηκε επίσης ότι η μορφή της άρθρωσης θα επηρεάσει την απορρόφηση του laser. Το λοξότμητο σχήματος V και το τετράγωνο λοξότμητο ευνοούν περισσότερο τον σχηματισμό κλειδαρότρυπων από ό,τι οι μη λοξότμητες αρθρώσεις και η πυκνότητα ισχύος του λέιζερ αυξάνεται και ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ του κράματος αλουμινίου επίσης αυξάνεται.
1.2 Εύκολο σχηματισμό πόρων
Οι πόροι είναι το πιο κοινό και σημαντικό ελάττωμα στη συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου. Οι τύποι πόρων μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες. Το ένα είναι ότι λόγω της απότομης μείωσης της διαλυτότητας του υδρογόνου στη διαδικασία ψύξης της συγκόλλησης με λέιζερ του κράματος αλουμινίου, η περιεκτικότητα σε υδρογόνο του τηγμένου κράματος αλουμινίου μπορεί να φτάσει τα {{0}},69 mL/100 g, την περιεκτικότητα σε υδρογόνο κράματος αλουμινίου μετά από ψύξη και στερεοποίηση είναι 0,036 mL/100 g και το υπερκορεσμένο υδρογόνο καθιζάνει για να σχηματίσει πόρους υδρογόνου. Επιπλέον, υπάρχει ένα φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου και το νερό στο κρυσταλλικό νερό, ο αέρας και το προστατευτικό αέριο στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου αποσυντίθεται απευθείας σε υδρογόνο κατά τη συγκόλληση. Αυτοί οι πόροι υδρογόνου είναι πολύ αργά για να διαφύγουν κατά τη διάρκεια της ταχείας διαδικασίας ψύξης της συγκόλλησης με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου και παραμένουν στη συγκόλληση για να σχηματίσουν πόρους υδρογόνου. Το άλλο οφείλεται στην αστάθεια της κλειδαρότρυπας που δημιουργείται στη διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ και στην κατάρρευση και το υγρό μέταλλο δεν έχει χρόνο να γεμίσει την τρύπα. Το υπερβολικό πορώδες θα μειώσει την πυκνότητα της συγκόλλησης, θα μειώσει τη φέρουσα ικανότητα του συνδέσμου και θα μειώσει την αντοχή και την πλαστικότητα του συνδέσμου σε διάφορους βαθμούς. Υπάρχουν πολλά μέτρα για τη μείωση των ελαττωμάτων πορώδους στη συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου, όπως αλλαγή της διαδρομής βαδίσματος της δέσμης λέιζερ, χρήση ταλάντωσης δέσμης για ανάδευση της λιωμένης λίμνης, αύξηση της πιθανότητας διαφυγής πορώδους από την επιφάνεια, χρησιμοποιώντας σύρμα ή κράμα σκόνη και η χρήση τεχνολογίας διπλών σημείων και σύνθετης συγκόλλησης με λέιζερ μπορεί να επιτύχει το αποτέλεσμα της μείωσης του πορώδους, αλλά είναι δύσκολο να εξαλειφθεί ουσιαστικά.
1.3 Τάση θερμής ρωγμής
Ο λόγος της θερμής ρωγμής στη συγκόλληση με λέιζερ του κράματος αλουμινίου σχετίζεται κυρίως με τα δικά του χαρακτηριστικά και τη διαδικασία συγκόλλησης. Κατά τη στερεοποίηση του κράματος αλουμινίου, ο ρυθμός συρρίκνωσης είναι μεγάλος (έως 5%), η τάση συγκόλλησης και η παραμόρφωση είναι μεγάλη και το μέταλλο συγκόλλησης θα παράγει ευτηκτική δομή χαμηλού σημείου τήξης κατά μήκος του ορίου των κόκκων κατά την κρυστάλλωση, έτσι ώστε το όριο των κόκκων Η δύναμη δέσμευσης εξασθενεί και σχηματίζονται θερμές ρωγμές υπό τη δράση εφελκυστικής τάσης. Η τάση θερμής ρωγμής μπορεί να μειωθεί με πλήρωση σκόνης σύρματος ή κράματος και η τάση θερμής ρωγμής μπορεί επίσης να μειωθεί ρυθμίζοντας τις παραμέτρους της διαδικασίας συγκόλλησης για τον έλεγχο της ταχύτητας θέρμανσης και ψύξης.
1.4 Μαλάκωμα της δομής συγκόλλησης και της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα
«Μαλάκυνση» είναι το φαινόμενο της μειωμένης αντοχής και σκληρότητας των συγκολλημένων αρμών. Όταν χρησιμοποιείται άρθρωση κράματος αλουμινίου με συγκόλληση με λέιζερ, η δομή συγκόλλησης και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα του συγκολλημένου συνδέσμου έχουν επίσης προβλήματα μαλάκυνσης. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι το φαινόμενο μαλάκυνσης της συγκόλλησης κράματος αλουμινίου είναι δύσκολο να εξαλειφθεί θεμελιωδώς, αλλά σε σύγκριση με τη συγκόλληση με θωράκιση αερίου, η συγκόλληση με λέιζερ μειώνει την είσοδο θερμότητας και καθιστά τη ζώνη μαλακώματος της συγκόλλησης πιο στενή. Σε σύγκριση με τη συγκόλληση MIG, ο βαθμός "μαλάκυνσης" των συγκολλημένων με λέιζερ αρμών από κράμα αλουμινίου είναι χαμηλότερος και η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητας συγκόλλησης. Η επίδραση του πλάσματος στη διαδικασία συγκόλλησης Η ενέργεια ιονισμού του στοιχείου αλουμινίου είναι χαμηλή, η συγκόλληση με λέιζερ σχηματίζεται πιο εύκολα μεταλλικό πλάσμα, το πλάσμα που προκαλείται από διάθλαση και εκτροπή λέιζερ, αλλάζοντας έτσι την εστίαση της δέσμης λέιζερ, έτσι ώστε η αναλογία διείσδυσης συγκόλλησης να μειώνεται. επηρεάζουν την ποιότητα της άρθρωσης συγκόλλησης. Με την προρύθμιση της σκόνης στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, η διαστολή και ο παλμός του πλάσματος στην κατεύθυνση του ύψους εξασθενεί, έτσι ώστε το πλάσμα να μπορεί να διατηρήσει ένα σχετικά σταθερό πλάτος παλμών στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.
τεχνολογία συγκόλλησης λέιζερ από κράμα αλουμινίου
2.1 Αυτοσυγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Η αυτοσυγκόλληση με λέιζερ αναφέρεται στη δέσμη λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας ως πηγή θερμότητας, που επηρεάζει την επιφάνεια του υλικού βάσης, έτσι ώστε το ίδιο το υλικό βάσης να λιώνει, σχηματίζοντας μια μέθοδο συγκόλλησης αρμών συγκόλλησης. Για τη συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου, η επιφάνεια του κράματος αλουμινίου έχει υψηλή ανακλαστικότητα στο λέιζερ και απαιτείται μεγάλη ισχύς λέιζερ κατά τη συγκόλληση. Η διάμετρος του σημείου λέιζερ είναι μικρή, η ακρίβεια του εξοπλισμού συγκόλλησης είναι υψηλή και η τιμή ανοχής του διακένου των εξαρτημάτων είναι χαμηλή και η τιμή του διακένου των εξαρτημάτων συνήθως απαιτείται να είναι κάτω από 0. 2mm. Κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, η ταχύτητα θέρμανσης και ψύξης είναι γρήγορη, τα ελαττώματα πορώδους συγκόλλησης είναι πολλά, η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ είναι συγκεντρωμένη και το φαινόμενο της κλειδαρότρυπας είναι εύκολο να προκαλέσει το φαινόμενο της κοίλης συγκόλλησης και του δαγκώματος της ακμής, έτσι οι παράμετροι της διαδικασίας συγκόλλησης έχουν υψηλότερες απαιτήσεις. Η αυτοσυγκόλληση με λέιζερ στη συγκόλληση κράματος αλουμινίου αντανακλά τα πλεονεκτήματα της καλής ποιότητας συγκόλλησης, της γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης και του εύκολου αυτοματισμού και χρησιμοποιείται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία. Στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, η σφράγιση του κελύφους της μπαταρίας ισχύος κατασκευάζεται κυρίως από συγκόλληση με λέιζερ αυτοσύντηξης από κράμα αλουμινίου. Στο σώμα αλουμινίου μιας εγχώριας εταιρείας αυτοκινήτων νέας ενέργειας, η συγκόλληση του συγκροτήματος της πόρτας και της δομής του πλευρικού τοιχώματος είναι επίσης κατασκευασμένη από συγκόλληση με λέιζερ αυτοσύντηξης από κράμα αλουμινίου.
2.2 Συγκόλληση πλήρωσης σύρματος λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Στη συγκόλληση πλήρωσης σύρματος λέιζερ, το λέιζερ εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή θερμότητας για την τήξη του συγκολλημένου μετάλλου, αλλά η αυτόματη συσκευή τροφοδοσίας σύρματος χρησιμοποιείται για τη συνεχή τροφοδοσία του μετάλλου πλήρωσης στη δεξαμενή τήγματος για την επίτευξη της διαδικασίας μεταλλουργικής σύνδεσης. Σε σύγκριση με τη συγκόλληση αυτοσύντηξης με λέιζερ, η συγκόλληση πλήρωσης σύρματος λέιζερ χαλάρωσε τις απαιτήσεις της ακρίβειας του κενού της διαδικασίας συγκόλλησης, γεμίζοντας διαφορετικά εξαρτήματα του σύρματος συγκόλλησης, βελτιώνοντας τις μεταλλουργικές ιδιότητες της συγκόλλησης, αποτρέποντας τη συγκόλληση θερμών ρωγμών και πόρων, βελτιώνοντας την σταθερότητα της διαδικασίας συγκόλλησης και μηχανικές ιδιότητες των αρμών.
Η συγκόλληση με σύρμα λέιζερ από κράμα αλουμινίου έχει τα χαρακτηριστικά της καλής ποιότητας εμφάνισης, η ακρίβεια του κενού διαδικασίας είναι πιο χαλαρή από τη συγκόλληση με αυτοσύντηξη με λέιζερ κ.λπ. Συνήθως χρησιμοποιείται στην εξωτερική επιφάνεια του σώματος, όπως μεταξύ του επάνω καλύμματος και του πλευρικού τοιχώματος , και μεταξύ της επάνω και της κάτω πλάκας του καλύμματος της βαλίτσας. Υπάρχουν επίσης ορισμένα μοντέλα προκειμένου να επιτευχθεί υψηλότερη ποιότητα συγκόλλησης και να χρησιμοποιηθεί συγκόλληση με σύρμα λέιζερ για τη συγκόλληση θυρών από κράμα αλουμινίου.
2.3 Σύνθετη συγκόλληση με τόξο λέιζερ από κράμα αλουμινίου
Η σύνθετη συγκόλληση τόξου λέιζερ είναι ο συνδυασμός λέιζερ και τόξου δύο ειδών πηγών θερμότητας με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες και μηχανισμό μετάδοσης ενέργειας και συνεργάζονται στα συγκολλημένα μέρη. Και τα δύο δίνουν πλήρη σημασία στα πλεονεκτήματα των δύο πηγών θερμότητας και αντισταθμίζουν τις ελλείψεις του άλλου. Στη σύνθετη συγκόλληση με τόξο λέιζερ κράματος αλουμινίου, το τόξο μπορεί να καθοδηγήσει την πηγή θερμότητας λέιζερ, να βελτιώσει την ικανότητα απορρόφησης του κράματος αλουμινίου και τον ρυθμό χρησιμοποίησης ενέργειας στη διαδικασία συγκόλλησης και η μορφοποίηση της επιφάνειας της συγκόλλησης είναι καλύτερη από αυτή της αυτοσυγκόλληση με λέιζερ. Επιπλέον, η εισαγωγή του τόξου μπορεί να μειώσει σημαντικά την ακρίβεια σύσφιξης των εξαρτημάτων συγκόλλησης και το τόξο έχει μια αραιωτική επίδραση στο πλάσμα συγκόλλησης με λέιζερ, το οποίο μπορεί να μειώσει την επίδραση θωράκισης του πλάσματος στο λέιζερ. Το λέιζερ παίζει σημαντικό ρόλο στη σταθερότητα του τόξου, έτσι ώστε το τόξο να μπορεί να ενεργεί σταθερά στον σύνδεσμο κατά τη συγκόλληση υψηλής ταχύτητας, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει την ποιότητα συγκόλλησης του αρμού και να αυξήσει την ταχύτητα συγκόλλησης.
συγκόλληση λέιζερ από κράμα αλουμινίου στην αυτοκινητοβιομηχανία
Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στην εφαρμογή της συγκόλλησης με λέιζερ στην αυτοκινητοβιομηχανία:
1) Η ταχύτητα συγκόλλησης του είναι γρήγορη, βελτιώνει τον ρυθμό παραγωγής και η ταχύτητα συγκόλλησης μπορεί να φτάσει τα 6 m/min, κάτι που έχει ασύγκριτα πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους σύνδεσης του σώματος σε λευκό (όπως σημειακή συγκόλληση, συγκόλληση τόξου, πριτσίνωμα).
2) Έχει μικρούς περιορισμούς στη δομή του αμαξώματος, μπορεί να εφαρμοστεί σε διαφορετικές δομές συγκόλλησης (γύρος, γωνία, ένωση Τ, πισινό) και είναι συγκόλληση μονής όψης, όπου μπορεί να φτάσει η δοκός, ο σχεδιασμός είναι πιο ευέλικτος.
3) Οι απαιτήσεις της πλευράς συγκόλλησης με λέιζερ είναι χαμηλές, η πλευρά συγκόλλησης μπορεί να συγκολληθεί σε 6 ~ 8 mm, σε σύγκριση με τις απαιτήσεις της πλευράς συγκόλλησης σημείου (16 mm) μειωμένες στο μισό, μπορεί να παίξει ρόλο στο ελαφρύ.
4) Η δομή συγκόλλησης με λέιζερ της οροφής και του πίσω καλύμματος μπορεί να μειώσει την ποιότητα του αμαξώματος και δεν χρειάζεται να εφαρμοστεί στεγανωτικό και καμία εξωτερική επένδυση, εξοικονομώντας το κόστος του αμαξώματος.
5) Η ένωση συγκόλλησης με λέιζερ είναι λεία και τακτοποιημένη, καλή εμφάνιση κ.λπ.
Λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων της συγκόλλησης με λέιζερ, έχει απασχολήσει ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία και έχει ευνοηθεί από πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες. Χρησιμοποιείται σε διάφορα μέρη ευρωπαϊκών μοντέλων (όπως Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot κ.λπ.) και αμερικανικών μοντέλων (όπως Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet κ.λπ.) (οροφή, συναρμολόγηση πόρτας, εξωτερικό πάνελ καπακιού, πλευρικά δομικά μέρη και συγκόλληση δεξαμενής ροής κ.λπ.), και ως ένα από τα σύμβολα του σώματος υψηλής ποιότητας σε λευκό.
Ωστόσο, λόγω του υψηλού εφάπαξ επενδυτικού κόστους, της ακρίβειας λαμαρίνας και των απαιτήσεων ακρίβειας εργαλείων, δεν χρησιμοποιείται ευρέως μεταξύ των εγχώριων εταιρειών αυτοκινήτων.
Επί του παρόντος, η συγκόλληση με λέιζερ κράματος αλουμινίου έχει εφαρμοστεί σε μαζική παραγωγή σε σώμα από κράμα αλουμινίου. Το Audi TT, A6/A8 και η ναυαρχίδα CT6 της Cadillac συγκολλούνται με συγκόλληση λέιζερ από κράμα αλουμινίου στο επάνω κάλυμμα και στα πλαϊνά τοιχώματα. Η Cadillac CT6, η Audi A6/A8/Q5, η σειρά BMW 5/7, η σειρά Mercedes-Benz S σειρά / C και άλλα μοντέλα της πλάκας καλύμματος κορμού υιοθετούν συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου. Οι πόρτες Audi A6/A8, Mercedes-Benz S /C Series, BMW 5 /7 series κ.λπ., υιοθετούν τη συγκόλληση με λέιζερ από κράμα αλουμινίου. Η Nio εφάρμοσε επίσης μεγάλο αριθμό συγκόλλησης λέιζερ από κράμα αλουμινίου στο κάλυμμα και το πλευρικό τοίχωμα καθώς και στην πόρτα.
Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας των αυτοκινήτων, την ικανότητα επεξεργασίας της βιομηχανίας και την ποιότητα επεξεργασίας, το κόστος χρήσης της συγκόλλησης με λέιζερ θα μειωθεί σημαντικά. Ταυτόχρονα, με την ανάπτυξη του ελαφρού αυτοκινήτου, η εφαρμογή του κράματος αλουμινίου στο αμάξωμα του αυτοκινήτου αυξάνεται, η συγκόλληση με λέιζερ ως μία από τις σημαντικές μεθόδους σύνδεσης για την επίλυση του προβλήματος της ποιότητας συγκόλλησης κράματος αλουμινίου, θα χρησιμοποιηθεί ευρύτερα στην αυτοκινητοβιομηχανία.
Η Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας που ειδικεύεται στην Ε&Α, την κατασκευή και τις πωλήσεις αυτόματης μηχανής επένδυσης λέιζερ, μηχανής επένδυσης λέιζερ υψηλής ταχύτητας, μηχανής σκλήρυνσης λέιζερ, εξοπλισμού συγκόλλησης λέιζερ και εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Εάν ενδιαφέρεστε για τα προϊόντα μας, επικοινωνήστε μαζί μας στο bob@gshenglaser.com.