Са развојем ласерске технологије и технологије развоја легуре алуминијума, посебно је важно даље спровести основна истраживања о технологији примене ласерског заваривања легуре алуминијума, развити нову технологију ласерског заваривања од легуре алуминијума и ефикасније проширити потенцијал примене ласерског заваривања легуре алуминијума. структуре, како би се разумео статус примене и тренд развоја технологије ласерског заваривања алуминијумских легура.
Легура алуминијума високе чврстоће има високу специфичну чврстоћу, специфичну крутост, добру отпорност на корозију, перформансе обраде и механичка својства, постала је незаобилазан метални материјал за конструкцијску лаку производњу у ваздухопловству, бродовима и другим областима транспорта, међу којима се највише користе авиони. Технологија заваривања има јединствене предности у побољшању степена искоришћења конструктивних материјала, смањењу тежине конструкција и реализацији јефтине производње сложених и различитих материјала, међу којима је технологија ласерског заваривања алуминијумске легуре најзаступљенија.
У поређењу са другим методама заваривања, ласерско заваривање има предности централизованог грејања, малих термичких оштећења, великог односа дубине заваривања и ширине и мале деформације заваривања. Процес заваривања се лако интегрише, аутоматизован је и флексибилан, а може се реализовати заваривање велике брзине и високе прецизности, посебно погодно за високо прецизно заваривање сложених конструкција.
Са развојем технологије материјала, настављају да се уводе разне легуре алуминијума високе чврстоће и високе жилавости, посебно трећа генерација легуре алуминијума литијума, појава нових легура алуминијума високе чврстоће, технологија ласерског заваривања алуминијума изнела више и вишим захтевима, док је разноврсност алуминијумских легура донела и низ нових проблема ласерског заваривања, тако да морамо дубље проучити ове проблеме, како бисмо ефикасније проширили потенцијал примене структуре за ласерско заваривање легуре алуминијума.
Ласер велике снаге
Ласерско заваривање је технологија која зрачи ласером високог интензитета на металну површину и чини да се метал топи, а затим хлади и кристализује да би се формирао завар кроз термичку спојницу између ласера и метала. Према механизму термичког деловања ласерског заваривања може се поделити на топлотно проводљиво заваривање и заваривање са дубоким продором две врсте, прво се углавном користи у заваривању пакета прецизних делова или микро и нано заваривању; Ово последње често производи ефекат мале рупе сличан заваривању електронским снопом у процесу заваривања, формирајући дубок и широк завар. Реализација ласерског заваривања са дубоким продирањем захтева велику снагу ласера, а постоје четири типа ласера велике снаге који се тренутно примењују у ласерском заваривању дубоког продирања.
1, ЦО2 гасни ласер
Радни медијум је гас ЦО2, ласер са таласном дужином од 10,6 μм, према структури ласерске побуде подељен је на попречни ток и аксијални ток две врсте. Иако је излазна снага ЦО2 ласера са попречним протоком достигла 150кВ, квалитет зрака је лош и није погодан за заваривање. ЦО2 ласер аксијалног протока има бољи квалитет зрака и може се користити за заваривање алуминијумских легура са високом ласерском рефлексијом.
2, ИАГ чврсти ласер
Радни медијум је рубин, неодимијумско стакло и неодимијум-допиран итријум алуминијумски гранат, итд. Излазна таласна дужина ласера је 1,06 μм. ИАГ ласер се лакше апсорбује од метала од ЦО2 ласера, а мање је погођен плазмом, за пренос влакана, флексибилан рад заваривања, добар приступ положају заваривања, главни је ласер за заваривање структуре алуминијумске легуре.
3, ИЛР ласер са влакнима
То је нови тип ласера развијен након 2002. године, који користи влакна као материјал матрице, допира различите јоне ретких земаља, а опсег излазне таласне дужине је око 1,08 μм, што је такође пренос влакана. Ласер са влакнима револуционарна употреба двоструко обложене структуре влакана, повећава дужину пумпе, побољшава ефикасност пумпе, тако да је излазна снага ласера са влакнима у великој мери повећана. У поређењу са ИАГ ласером, ИЛР ласер са влакнима се појављује касније, али има предности мале величине, ниских оперативних трошкова, високог квалитета зрака и велике снаге ласера.
Истраживање примене на структури ласерског заваривања легуре алуминијума
Од 1990-их, са развојем науке и технологије, појавом ласера велике снаге велике осветљености, интеграцијом технологије ласерског заваривања, интелигентним, флексибилним, разноврсним развојем постаје све зрелији, више пажње у земљи и иностранству, ласерско заваривање у различитим областима примене структуре легуре алуминијума. Тренутно су неки произвођачи аутомобила у Кини усвојили технологију ласерског заваривања у неким новим моделима, са развојем технологије ласерског заваривања за дебелу плочу од алуминијумске легуре, ласерско заваривање ће се у будућности примењивати на структуру оклопних возила.
У циљу реализације лаке производње, примена и истраживање ласерског заваривања сендвич структуре од легуре алуминијума у производњи конструкција бродова и брзих возова је тренутно жариште истраживања. Легура алуминијума је важан метални конструкцијски материјал за ваздухопловне конструкције, тако да у Јапану, Сједињеним Државама, Уједињеном Краљевству, Немачкој и другим развијеним земљама придају велики значај истраживању технологије ласерског заваривања легуре алуминијума.
Са развојем технологије ласерског заваривања са влакнима, област производње ваздухопловства у напредним земљама навела је ласерско заваривање влакнима и технологију композитног заваривања ласерског лука као фокус технологије заваривања алуминијумских легура, посебно заваривање дебелих плоча и заваривање различитих метала. На пример, пројекат НАЛИ у Сједињеним Државама спроводи истраживање о ласерском заваривању влакнима и технологији композитног заваривања ласерског лука за структуру коморе за сагоревање цивилних авиона и ЈСФ мотора авиона.
Карактеристике ласерског заваривања легуре алуминијума
У поређењу са конвенционалним фузионим заваривањем, концентрација загревања ласерског заваривања алуминијумске легуре, однос дубине заваривања и ширине је велики, деформација структуре заваривања је мала, али постоје неки недостаци, сумирани на следећи начин:
(1) Мали пречник тачке за фокусирање ласера доводи до високих захтева за заваривање радног предмета и тачност монтаже, обично размак у монтажи и количина погрешних ивица морају бити мањи од 0.1 мм или 10% плоче дебљине, што повећава тежину имплементације сложене тродимензионалне структуре заваривања
(2) Пошто је рефлективност легуре алуминијума на ласер на собној температури чак 90%, ласерско заваривање алуминијумске легуре дубоког продирања захтева да ласер има велику снагу. Истраживање ласерског заваривања лима од алуминијумске легуре показује да ласерско заваривање алуминијумске легуре дубоког продирања зависи од двоструког прага густине снаге ласера и линеарне енергије, који заједно ограничавају понашање завареног базена у процесу заваривања и коначно се одражавају на карактеристике формирања. шава. Оптимизација процеса завара са пуним продором може се оценити односом ширине задње стране карактеристика формирања завареног шава.
(3) Тачка топљења легуре алуминијума је ниска, проток течног метала је добар, снажно испаравање метала под дејством ласера велике снаге, метална пара/фотоиндукована плазма облак формиран са ефектом малих рупа у процесу заваривања утиче на апсорпцију ласерске енергије легуре алуминијума , што резултира нестабилношћу процеса заваривања дубоким продирањем, шав склон порозности, површинском колапсу, ивицама и другим дефектима;
(4) Брзина загревања и хлађења ласерског заваривања је велика, а тврдоћа завара је већа од тврдоће лука, али због сагоревања легирајућих елемената у ласерском заваривању легуре алуминијума, што утиче на јачање легуре, Завар од легуре алуминијума и даље има проблем омекшавања, чиме се смањује чврстоћа завареног споја од легуре алуминијума. Стога је главни проблем ласерског заваривања легуре алуминијума контрола дефеката завара и побољшање перформанси заварених спојева.
Технологија контроле дефекта ласерског заваривања легуре алуминијума
Под дејством ласера велике снаге, главни дефекти спојева за заваривање ласерске легуре алуминијума са дубоким продирањем су порозност, колапс површине и грицкање ивица, што се може побољшати заваривањем пуњења ласерском жицом или ласерским лучним композитним заваривањем. Тешко је контролисати дефект порозности завара.
Постојећи резултати истраживања показују да постоје две врсте карактеристичних пора код ласерског заваривања легура алуминијума са дубоким продирањем. Једна су металуршке поре, које су узроковане загађењем материјала или продирањем ваздуха у процесу заваривања као што је заваривање електролучним топљењем. Други тип је процесна порозност, која је узрокована нестабилном флуктуацијом мале рупе која је својствена процесу ласерског заваривања дубоког продирања.
У процесу ласерског заваривања дубоког продирања, рупа често заостаје за кретањем зрака због вискозног ефекта течног метала, а њен пречник и дубина флуктуирају под утицајем плазме/металне паре. Са кретањем снопа и протоком растопљеног метала базена, мехурићи се појављују на врху рупе у заваривању са дубоким продирањем без прожимања услед протока растопљеног метала базена, а мехурићи се појављују на уском струку у средини рупа у заваривању са пуним продором. Мехурићи мигрирају и котрљају се са струјом течног метала, или побегну са површине растопљеног базена, или се потискују назад у малу рупу, када се мехурићи очврсну у растопљеном базену и заробе металним фронтом, односно постану порозност шава.
Очигледно, порозност метала се углавном контролише контролом површинске обраде пре заваривања и разумном заштитом гаса током заваривања, а кључ порозности процеса је да се обезбеди стабилност мале рупе током ласерског заваривања дубоког продора. Према домаћим истраживањима технологије ласерског заваривања, контролу порозности ласерског заваривања алуминијума легуре алуминијума треба размотрити пре заваривања, процеса заваривања, накнадног третмана заваривања различитих карика, сумираних као следећи нови процеси и нове технологије.
1, метода третмана пре заваривања
Површинска обрада пре заваривања је ефикасан начин за контролу металуршких пора ласерског заваривања алуминијумске легуре, обично методе површинске обраде имају физичко и механичко чишћење, хемијско чишћење, последњих година дошло је до ласерског чишћења шока, што ће додатно побољшати степен аутоматизације ласерског заваривања.
2, контрола оптимизације стабилности параметара
Параметри процеса ласерског заваривања алуминијумске легуре обично су углавном снага ласера, дефокус, брзина заваривања и састав и проток гасне заштите. Ови параметри утичу не само на ефекат заштите подручја заваривања, већ и на стабилност процеса ласерског заваривања дубоког продирања, чиме утичу на порозност шава. Кроз ласерско заваривање лимова од легуре алуминијума са дубоким продирањем, утврђено је да стабилност продирања малих рупа утиче на стабилност завареног базена, а затим утиче на формирање вара што резултира дефектима порозности шава. Штавише, стабилност ласерског заваривања дубоког продирања је повезана са густином снаге ласера и усклађивањем линеарних количина, тако да је одређивање разумних параметара процеса стабилног формирања шава ефикасна мера за ефикасну контролу порозности ласерског шава од легуре алуминијума.
Резултати показују да се однос ширине полеђине шава према ширини површине вара (однос задње ширине вара) користи за процену формирања шава и стабилности лима од легуре алуминијума. Када се густина снаге ласера и енергија линије разумно поклапају, може се гарантовати однос леђа и ширине вара, а порозност завара може бити ефикасно контролисана.
3, двоструко ласерско заваривање
Двоструко ласерско заваривање се односи на процес заваривања у којем два фокусирана ласерска зрака истовремено делују на исту заварену базену. У процесу ласерског заваривања са дубоким продирањем, један од главних разлога за стварање порозности је тај што се гас у малој рупи затвара у заварени базен тренутним затварањем. Када се користи двотачкасто ласерско заваривање, услед дејства два извора светлости, велики отвор мале рупе погодује изласку унутрашње металне паре, а такође доприноси стабилности мале рупе, тј. да се смањи порозност шава. Студије о ласерском заваривању алуминијумских легура А356, АА5083, 2024 и 5А90 показују да ласерско заваривање на две тачке може значајно смањити порозност завара.
4, ласерско лучно композитно заваривање
Ласерско лучно композитно заваривање је метода заваривања у којој се ласер и лук примењују на исти заварени базен. Генерално користећи ласер као главни извор топлоте, интеракција између ласера и лука може побољшати дубину ласерског заваривања и брзину заваривања и смањити тачност склопа заваривања. Стабилност рупа за ласерско заваривање може се побољшати употребом жице за пуњење за контролу микроструктурних својстава заварених спојева, а помоћни ефекат лука може помоћи да се смањи порозност завара.
У процесу композитног заваривања ласерског лука, лук утиче на облак металне паре/плазме изазван ласерским процесом, што погодује апсорпцији ласерске енергије и стабилности малих рупа. Његову ефикасност су доказали и резултати ласерског лучног композитног заваривања легуре алуминијума.
5, ласерско заваривање влакана
Ефекат малих рупа процеса ласерског заваривања дубоког продирања је последица снажног испаравања метала под дејством ласера. Сила паре испаравања метала је уско повезана са густином снаге ласера и квалитетом зрака, што не утиче само на дубину продирања ласерског заваривања, већ утиче и на стабилност малих рупа. Сеији. ет ал. истраживање на СУС304 ласеру са влакнима велике снаге од нерђајућег челика показује да се заварени базен издужује током заваривања великом брзином, што спречава прскање, флуктуација мале рупе је стабилна, а врх мале рупе нема мехурића. Када се ласер са влакнима користи за брзо заваривање легуре титанијума и легуре алуминијума, такође се може добити завар без порозности. Аллен ет ал. Истраживање технологије контроле заштитног гаса у ласерском заваривању влакана легуре титанијума показује да се контролом положаја заштитног гаса за заваривање може спречити укључивање гаса, време затварања малих рупа може се смањити, мале рупе за заваривање се могу стабилизовати , а понашање очвршћавања завареног базена може се променити, чиме се смањује порозност шава.
6, пулсно ласерско заваривање
У поређењу са континуираним ласерским заваривањем, ласерски излаз усваја пулсирајући режим, који може подстаћи периодичан и стабилан ток растопљеног базена, што погодује изласку мехурића у растопљени базен и смањује порозност шава. ТИ Куо и СЛ Јенг су проучавали утицај начина излазне снаге ласера ИАГ ласерског заваривања на порозност и својства заварених спојева од нерђајућег челика СУС 3{5}4Л и инконела 690 суперлегуре. Резултати показују да: За пулсно ласерско заваривање квадратног таласа, када је основна снага 1700в, порозност шава опада са повећањем амплитуде импулса ΔП, а порозност нерђајућег челика опада са 2,1% на 0,5%, а суперлегура се смањује са 7,1% на 0,5%.
7, композитна технологија обраде након заваривања
У практичним инжењерским апликацијама, чак и ако је површинска обрада пре заваривања строга и процес заваривања стабилан, ласерско заваривање легуре алуминијума ће неизбежно произвести порозност завара, тако да је употреба третмана након заваривања за уклањање порозности веома важна. Тренутно је метода углавном модификовано заваривање. Технологија врућег изостатичког пресовања је једна од метода за уклањање порозности и скупљања одливака од алуминијумске легуре, а комбинована је са топлотном обрадом легуре алуминијума након ласерског заваривања како би се формирао композитни процес топлог изостатичког пресовања и топлотног третмана легуре алуминијума. компоненте за ласерско заваривање, које не само да елиминишу порозност завара, већ и побољшавају перформансе споја.
Због карактеристика легуре алуминијума, и даље постоје многи проблеми у примени ласерског заваривања велике снаге, главни проблем је контрола дефекта порозности шава и побољшање квалитета заваривања. Да би се побољшала стабилност процеса заваривања, инжењерска контрола порозности ласерског шава легуре алуминијума треба да размотри све аспекте пре заваривања, током заваривања и после заваривања. Тако су изведене многе нове технологије и процеси, као што су ласерско чишћење пре заваривања, оптимизација контроле односа ширине параметара процеса заваривања, ласерско заваривање са двоструким снопом, композитно заваривање ласерским луком, пулсно ласерско заваривање и фибер ласерско заваривање.
