Soldagem a laser de liga de alumínio

 

A tecnologia laser tem as características de pequeno aporte de calor de soldagem, pequena influência na área de aquecimento da soldagem e não é fácil de deformar, por isso tem recebido atenção especial no campo da soldagem de ligas de alumínio. No entanto, devido às características de processamento da liga de alumínio, existem algumas dificuldades de soldagem na soldagem a laser de ligas de alumínio. Como resolver esses problemas?

 

Questão 1: A liga de alumínio tem baixa taxa de absorção do laser.
Este problema se deve principalmente ao problema dos materiais de liga de alumínio. Devido à alta refletividade inicial e à alta condutividade térmica da liga de alumínio para o feixe de laser, a liga de alumínio tem uma baixa taxa de absorção do feixe de laser antes de derreter. A liga de alumínio tem um forte efeito de reflexão na luz laser. Isto se deve à alta densidade de elétrons livres dentro da liga de alumínio no estado sólido, que interagem facilmente com os fótons do feixe e refletem a energia. A pesquisa mostra que a refletividade da liga de alumínio para o laser de gás CO2 chega a 90%, e a refletividade para o laser sólido também é próxima de 80%. Ao mesmo tempo, a liga de alumínio possui uma forte condutividade térmica, resultando em uma taxa de absorção muito baixa da liga de alumínio para luz laser. Portanto, medidas apropriadas devem ser tomadas para melhorar a taxa de absorção do laser nas ligas de alumínio.

 

Para resolver este problema, as soluções incluem principalmente os seguintes aspectos:
1. Pré-tratamento de superfície de materiais de liga de alumínio. As ligas de alumínio têm alta resposta ao laser. Execute o pré-tratamento adequado na superfície da liga de alumínio, como anodização, polimento eletrolítico, jato de areia, jato de areia, etc. Estudos demonstraram que a tendência de cristalização das ligas de alumínio após a remoção da película de óxido é maior do que a das ligas de alumínio originais. Para não danificar o acabamento superficial da liga de alumínio e simplificar o processo de soldagem a laser, o processo de soldagem pode ser utilizado para aumentar a temperatura da superfície da peça e aumentar a taxa de absorção do laser do material.

2. Reduza o tamanho do ponto e aumente a densidade de potência do laser. A absorção do laser da liga de alumínio é melhorada aumentando a densidade de potência do laser. O aumento na densidade de potência do laser produzirá um efeito pinhole na poça fundida de soldagem, o que pode aumentar significativamente a taxa de absorção do laser do material.

3. Altere a estrutura de soldagem para fazer o feixe de laser refletir várias vezes na lacuna para facilitar a soldagem a laser de liga de alumínio. A forma da junta afetará a absorção da luz laser. As ranhuras em forma de V e as ranhuras quadradas são mais propícias à formação de buracos de fechadura do que as juntas sem ranhuras, o que aumenta a densidade de potência do laser e aumenta a taxa de absorção do laser das ligas de alumínio.

 

 

Problema 2:É fácil produzir poros e rachaduras quentes. O processo de soldagem a laser de liga de alumínio é propenso a poros e rachaduras a quente.

A porosidade é o tipo de defeito mais comum e mais importante na soldagem a laser de ligas de alumínio. Os tipos estomáticos podem ser divididos em 2 categorias.

Uma delas se deve à diminuição acentuada na solubilidade do hidrogênio durante o processo de resfriamento da soldagem a laser de ligas de alumínio. O teor de hidrogênio da liga de alumínio fundido pode atingir {{0}},69mL/100g. O teor de hidrogênio da liga de alumínio após resfriamento e solidificação é de 0,036mL/100g, que está supersaturado. O hidrogênio precipita para formar poros de hidrogênio. Além disso, existe uma película de óxido na superfície da liga de alumínio. Durante a soldagem, a água cristalina na superfície da liga de alumínio, a umidade do ar e o gás protetor são decompostos diretamente em hidrogênio. Esses poros de hidrogênio não têm tempo de escapar durante o rápido processo de resfriamento da soldagem a laser de liga de alumínio, mas permanecem na solda para formar poros de hidrogênio.

 

O outro tipo é o furo formado porque o buraco de fechadura gerado durante o processo de soldagem a laser é instável e entra em colapso, e o metal líquido não tem tempo para preenchê-lo. Poros excessivos reduzirão a densidade da solda, reduzirão a capacidade de carga da junta e reduzirão a resistência e a plasticidade da junta em vários graus.

 

Existem muitas medidas para reduzir defeitos de poros na soldagem a laser de ligas de alumínio, como alterar a trajetória do feixe de laser, usar oscilação do feixe para agitar a poça fundida, aumentar a possibilidade de poros escaparem da superfície, usar enchimento de arame ou pó de liga, e Medidas como tecnologia de ponto duplo e soldagem híbrida a laser podem atingir o efeito de redução dos poros, mas são difíceis de eliminar fundamentalmente. O alumínio tem condutividade térmica relativamente boa e a forma de onda da potência do laser pode ser ajustada durante o processo de soldagem de acordo com o material, espessura e condição da superfície da liga de alumínio. Conforme mostrado na figura, a soldagem pode ser realizada usando o tipo onda de ponta frontal, ou a soldagem pode ser realizada usando o tipo onda com pré-aquecimento frontal e depois preservação de calor, ambos desempenhando um certo papel na redução de pontos de explosão e poros. Pode reduzir o colapso instável dos poros, alterar o ângulo de irradiação do feixe de laser e aplicar um campo magnético durante a soldagem. Também pode controlar eficazmente os poros gerados durante o processo de soldagem.

 

A causa das trincas a quente na soldagem a laser de ligas de alumínio está relacionada principalmente às suas próprias características e ao processo de soldagem. Quando a liga de alumínio solidifica, a taxa de encolhimento é grande (até 5%), a tensão de soldagem e a deformação são grandes, e o metal de solda produzirá uma estrutura eutética de baixo ponto de fusão ao longo dos limites de grão durante a cristalização, o que enfraquece o limite de grão força de ligação e desempenha um papel na tensão de tração. Rachaduras térmicas se formam abaixo.

A tendência de trincas a quente pode ser reduzida com enchimento de arame ou pó de liga. A tendência de trincas a quente também pode ser reduzida ajustando os parâmetros do processo de soldagem para controlar a velocidade de aquecimento e resfriamento. Ao usar lasers YAG, a entrada de calor pode ser controlada ajustando a forma de onda do pulso para reduzir rachaduras no cristal.

 

 

Problema 3:As propriedades mecânicas do elo soldado são reduzidas - suavizadas.

 

A perda de combustão dos elementos de liga durante o processo de soldagem reduz as propriedades mecânicas das conexões soldadas de liga de alumínio.

 

"Amolecimento" é a redução da resistência e da dureza de uma junta soldada. Quando são usadas juntas de liga de alumínio para soldagem a laser, a estrutura da solda e a zona afetada pelo calor da junta soldada também apresentam problemas de amolecimento. Um grande número de estudos mostrou que o fenômeno de amolecimento da soldagem de ligas de alumínio é difícil de eliminar fundamentalmente. No entanto, em comparação com a soldagem com proteção de gás, a soldagem a laser reduz a entrada de calor e torna a zona de amolecimento da solda mais estreita. Em comparação com a soldagem a arco de metal a gás da soldagem a laser de liga de alumínio, o grau de "amolecimento" das juntas soldadas a laser é menor e a resistência à tração aumenta com o aumento da velocidade de soldagem. O impacto do plasma no processo de soldagem A energia de ionização do elemento de alumínio é baixa. É mais fácil formar plasma metálico durante a soldagem a laser. O plasma causa refração e deflexão do laser, alterando assim a posição de foco do feixe de laser, reduzindo a taxa de penetração da solda e afetando a qualidade da junta soldada. O método de pré-posicionamento do pó na superfície da peça de trabalho é usado para enfraquecer o salto de expansão do plasma na direção da altura, de modo que o plasma possa manter uma amplitude de salto relativamente estável na superfície da peça de trabalho.

 

Poros instáveis ​​durante o processo de soldagem de ligas de alumínio levam à diminuição das propriedades mecânicas das juntas soldadas. As ligas de alumínio incluem principalmente Zn, Mg e Al. Durante a soldagem, o alumínio tem um ponto de ebulição mais alto que os outros dois elementos. Portanto, alguns elementos de liga de baixo ponto de ebulição podem ser adicionados ao soldar componentes de liga de alumínio, o que é benéfico para a formação de pequenos furos e para a firmeza da soldagem.

 

1. Soldagem por autofusão a laser de liga de alumínio
Soldagem autógena a laser refere-se a um método de soldagem que usa um feixe de laser de alta densidade de energia como fonte de calor para impactar a superfície do material de base, fazendo com que o material de base se derreta para formar uma junta soldada. Para soldagem a laser de liga de alumínio, a superfície da liga de alumínio possui alta refletividade do laser, o que requer uma grande potência do laser durante a soldagem; o diâmetro do ponto do laser é pequeno, os requisitos de precisão para as ferramentas de soldagem são altos e a tolerância para folgas nas peças é baixa, o que geralmente requer peças. O valor da folga está abaixo de 0,2 mm; a velocidade de aquecimento e resfriamento é rápida durante o processo de soldagem, há muitos defeitos nos poros de soldagem, a densidade de energia do laser é concentrada e o efeito buraco de fechadura pode facilmente levar a soldas côncavas e cortadas. Portanto, os parâmetros do processo de soldagem têm requisitos mais elevados. A soldagem autógena a laser tem as vantagens de boa qualidade de soldagem, rápida velocidade de soldagem e fácil automação na soldagem de ligas de alumínio, e é amplamente utilizada na indústria automotiva. Na indústria de veículos elétricos, a soldagem por autofusão a laser em liga de alumínio é usada principalmente para vedar o invólucro da bateria de energia. Na carroceria de alumínio de uma empresa nacional de veículos de nova energia, a soldagem de conjuntos de portas e painéis laterais também utiliza soldagem de autofusão a laser de liga de alumínio.

 

2. Soldagem de fio de enchimento a laser de liga de alumínio
Na soldagem de fio de enchimento a laser, o laser ainda serve como principal fonte de calor para derreter o metal a ser soldado, mas um dispositivo automático de alimentação de fio é usado para alimentar continuamente o metal de enchimento na poça fundida para alcançar o processo de conexão metalúrgica. Em comparação com a soldagem autógena a laser, a soldagem com preenchimento de fio a laser relaxa os requisitos de precisão de folga no processo de soldagem. Ao preencher os fios de soldagem com diferentes componentes, melhora as propriedades metalúrgicas da solda, evita a soldagem de trincas e poros quentes e melhora a estabilidade do processo de soldagem. propriedades e propriedades mecânicas das juntas.

 

A soldagem de enchimento de fio a laser de liga de alumínio tem as características de boa qualidade de aparência e precisão de lacuna de processo mais fraca do que a soldagem autógena a laser. Geralmente é usado nas superfícies externas da carroceria do carro, como entre a tampa superior e os painéis laterais, e entre os painéis externos superior e inferior da tampa do porta-malas. Existem também alguns modelos que utilizam soldagem de enchimento com fio a laser para soldar portas de liga de alumínio, a fim de obter maior qualidade de soldagem.

 

3. Soldagem híbrida de arco a laser de liga de alumínio
A soldagem híbrida laser-arco combina duas fontes de calor, laser e arco, com propriedades físicas e mecanismos de transmissão de energia completamente diferentes, e trabalha em conjunto na peça a ser soldada. Não só aproveita ao máximo as respectivas vantagens das duas fontes de calor, mas também se complementa. deficiências. Na soldagem híbrida laser-arco de ligas de alumínio, o arco pode guiar a fonte de calor do laser, melhorar a capacidade de absorção do laser da liga de alumínio e a utilização de energia durante o processo de soldagem, e a conformabilidade da superfície da solda é melhor que a do laser soldagem autógena. Além disso, a introdução do arco pode reduzir significativamente a precisão de fixação da peça de soldagem. Ao mesmo tempo, o arco tem um efeito diluidor no plasma da soldagem a laser, o que pode reduzir o efeito de proteção do plasma no laser. O laser desempenha um papel importante na estabilidade do arco, para que o arco possa atuar de forma estável na junta durante a soldagem em alta velocidade, o que pode melhorar a qualidade da soldagem da junta e aumentar a velocidade de soldagem.

 

 

 

Conclusão
A densidade de energia do feixe de soldagem a laser de liga de alumínio pode atingir 109W/cm2. Ele também tem as vantagens de aquecimento concentrado, pequenos danos térmicos, grande relação profundidade/largura de solda e pequena deformação de soldagem. O processo de soldagem é fácil de integrar, automatizar e flexível, e pode atingir alta velocidade e alta velocidade. Soldagem de precisão e o processo de soldagem não requer ambiente de vácuo e não produz raios X. É especialmente adequado para soldagem de alta precisão de estruturas complexas. A característica mais atraente da soldagem a laser de liga de alumínio é sua alta eficiência. Para aproveitar ao máximo esta alta eficiência, ela deve ser aplicada em soldagem profunda de grande espessura. Portanto, a pesquisa e aplicação de laser de alta potência para soldagem de penetração profunda de grande espessura será uma tendência inevitável no desenvolvimento futuro. A soldagem de penetração profunda de grande espessura destaca o fenômeno pinhole e seu impacto na porosidade da solda. Portanto, o mecanismo de formação e controle de furos tornou-se cada vez mais comum e se tornará uma questão importante de preocupação e pesquisa generalizada na indústria.

 

Melhorar a estabilidade, a formação da costura de soldagem e a qualidade da soldagem do processo de soldagem a laser é o objetivo perseguido pelas pessoas. Portanto, novas tecnologias, como tecnologia de compósito de arco a laser, soldagem a laser com fio de enchimento, soldagem a laser com pó sem predefinição, tecnologia de foco duplo e modelagem de feixe, serão melhoradas e desenvolvidas.