Heefeg Defekter beim Laserschweissen vun Aluminiumlegierungen

Heefeg Defekter anLaserschweissung vun Aluminiumlegierung

Egal ob Laser-autogen Schweessen oderLaser-Bou-Hybridschweißengëtt fir Aluminiumlegierungen benotzt, et ginn e puer allgemeng technesch Problemer, z.B. Mängel kënnen optrieden, wann d'Prozessparameter an d'Schweissbedingungen metallurgesch sinn.net korrekt. DenAl Defekter an Aluminiumlegierungsverbindunge ginn haaptsächlech vun zwou Zorten ofgeleet: Schweesporositéit a Schweessrëss. Nieft Porositéit a Schweessrëss gëtt et och Defekter wéi Ënnerschnitt a schlecht Récksäitbildung beim Laserschweessen vun Aluminiumlegierungen. Am Verglach mat der Schweesporositéit ass d'Wahrscheinlechkeet vu Schweessrëss (mat bloussem A oder ënner gerénger Vergréisserung sichtbar) net héich. Well Rëss awer méi geféierlech sinn, bestëmmt den JIS Z 3105, datt soubal e Rëss an enger Schweess festgestallt gëtt, d'Schweess als Klass IV beurteelt gëtt. Ënnerschnitt, schlecht Récksäitbildung an aner Defekter si meeschtens eescht Defekter, déi duerch eng falsch Geschwindegkeetskontroll oder net iwwereneestëmmend Prozessparameter verursaacht ginn. Sou Defekter trieden normalerweis an der Phas vun der Prozessexploratioun an dem Debugging op a kommen selten an der normaler tatsächlecher Produktioun op. Dofir ass Porositéit eng Zort Defekt, déi méi schiedlech beim Laserschweessen vun Aluminiumlegierungen an am Déngscht vu geschweesste Strukturen ass, an et ass schwéier, se grondleeënd ze eliminéieren.

1. Porositéit

Porositéit ass den heefegsten a gréisste VolumendefektLaserschweißen vun Aluminiumlegierungen, mat Gréissten, déi vun Honnerte vu Mikrometer bis zu e puer Millimeter reechen. Säi Bildungsmechanismus ass nach net ganz kloer. D'Porositéit schwächt net nëmmen den effektiven Aarbechtssektioun vun der Schweess, mee verursaacht och Spannungskonzentratioun, wouduerch d'dynamesch Stäerkt an d'Middegkeetsleistung vun der geschweesster Verbindung reduzéiert ginn.

Wann eng Aluminiumlegierung an enger wasserstoffhalteger Ëmwelt schmëlzt, kann säin internen Waasserstoffgehalt méi wéi 0,69 ml/100g erreechen, awer nodeems d'Legierung fest gëtt, ass hir Waasserstofflöslechkeet am Gläichgewiicht maximal 0,036 ml/100g. Et gëtt allgemeng ugeholl, datt während dem Ofkillprozess vum Laserschweißen d'Léislechkeet vum Waasserstoff staark erofgeet, an d'Nidderschlag vun iwwersättigte Waasserstoff zu enger Waasserstoffporositéit féiert. D'Verdampfung vun Legierungselementer mat nidderegem Schmelzpunkt an héijem Dampdrock kann och zu enger Porositéit féieren, déi metallurgesch Porositéit genannt gëtt. Zousätzlech kënnen d'Stéierung vum Laserstrahl an d'Instabilitéit vum Schlëssellach och zu enger Porositéit féieren, awer sou eng Porositéit huet eng onregelméisseg Form a kann als prozessinduzéiert Porositéit bezeechent ginn. Wéinst der héijer chemescher Aktivitéit vun Aluminiumlegierungen entsteet liicht en Oxidfilm op der Uewerfläch. Beim Schweessen zersetzen sech d'Kristallwaasser an dat kombinéiert Waasser, dat aus dem Oxidfilm op der Aluminiumlegierungsuewerfläch ofgebaut gëtt, zesumme mat der Fiichtegkeet an der Loft an dem Schutzgas direkt ënner der Wierkung vum Laser fir Waasserstoff am Héichtemperaturberäich ze produzéieren. Dës Waasserstoffgase kënnen entweder beim Ofkillen an der Festung vum Schmelzbad ausfällen, fir Blasen ze bilden, oder direkt Blasen op dem onvollstänneg geschmoltenen Oxidfilm generéieren. Wéinst der gerénger spezifescher Dicht vun Aluminiumlegierungen ass d'Opstiegsgeschwindegkeet vun de Blasen am Schmelzbad lues. Zousätzlech hunn Aluminiumlegierungen eng staark Wärmeleitfäegkeet, an d'Ofkillungs- an Festungsgeschwindegkeet vum Schmelzbad ass extrem séier. E puer Blasen kënnen net rechtzäiteg entkommen a bleiwen an der Schweißnaht, wouduerch metallurgesch Porositéit entsteet. Studien hunn gewisen, datt den Haaptgas an der Porositéit vun Aluminiumlegierungsschweißnahten Waasserstoff ass, dofir gëtt d'Porositéit an Aluminiumlegierungsschweißnahten heiansdo Waasserstoffporositéit genannt. Wann een de Broch vun der Porositéit ënner engem Rasterelektronemikroskop observéiert, weist d'Porositéit meeschtens eng sphäresch Morphologie mat dicht arrangéierten Dendritenden vun dendritesche Kristaller, an d'bannenzeg Mauer ass glat, propper a fräi vun Oxidatiounsspuren. D'Existenz vu Porositéit reduzéiert net nëmmen d'Kompaktheet vun der Schweißnaht an d'Droekapazitéit vun der Verbindung, mä reduzéiert och d'Festigkeit an d'Plastizitéit vun der Verbindung a verschiddene Mooss.

2. Waarm Rëss

Waarm Rëss (inklusiv Erstarrëss a Flëssegkeetsrëss) bilden sech wärend dem Erstarrungsprozess vum geschmollte Metall a sinn eng vun den heefegsten Defekttypen beim Laserschweißen vun Aluminiumlegierungen. Dat offensichtlechst Merkmal vun der Brochmorphologie vu Erstarrëss ass, datt d'Bruchfläch aus enger grousser Fläch vu glaten, awer ongläiche granuläre Kopfsteen- oder Kartoffelähnleche Strukturen zesummegesat ass, an d'Uewerfläch behält dacks intergranulär Eutektik mat nidderegem Schmelzpunkt oder flëssege Filmfalten, souwéi Spuere vu spréchege Broch vun Dendriten. D'Bruchmorphologie vu Flëssegkeetsrëss ass ähnlech wéi déi vu Erstarrëss, awer si huet d'Charakteristike vun engem Héichtemperatur-intergranuläre Broch oder Erstarrungsbroch. Beim Middegkeetsbroch vu Schmelzgeschweißte Verbindungen ënner Middegkeetsbelaaschtung sinn och Quelle vu Middegkeetsrëss, déi duerch sou waarm Rëss verursaacht ginn, heefeg. D'Ursaache vu waarme Rëss beim Laserschweißen vun Aluminiumlegierungen hänken haaptsächlech mat hiren eegenen Charakteristiken a Schweessprozesser zesummen. Aluminiumlegierungen hunn eng héich Schrumpfquote wärend der Erstarrung (bis zu 5%), wat zu enger grousser Schweessspannung an Deformatioun féiert; Zousätzlech entstinn während der Erstarrung vum Schweessmetall eutektesch Strukturen mat nidderegem Schmelzpunkt laanscht d'Käregrenzen, wat d'Bindungskraaft vun de Käregrenzen schwächt a sou ënner der Wierkung vun der Zugspannung waarm Rëss entstinn. Zousätzlech kënnen d'Rëssmorphologien beim Laserschweißen vun Aluminiumlegierungen an déi folgend Kategorien zesummegefaasst ginn: Rëss an der Mëtt vun der Schweess; Rëss an der Schweißverschmelzungslinn; intergranulär Rëss a Schweißnähten; Verflëssegungsrëss an der hëtzebeaflosster Zon; Rëss verursaacht duerch Oxidfilmer; an intergranulär Mikrorëss.

Zousätzlech féiert e schlechte Schutz beim Schweessen dozou, datt de Schweessmetall mat Gasen an der Loft reagéiert, an déi geformt Inklusiounen sinn och potenziell Rëssquellen. D'Aart a Quantitéit vun den Legierungselementer hunn e groussen Afloss op d'Tendenz zu waarme Rëss beim Schweesse vun Aluminiumlegierungen. Am Allgemengen hunn Al-Si an Al-Mn Aluminiumlegierungen eng gutt Schweessbarkeet a produzéieren net einfach waarm Rëss; während Al-Mg, Al-Cu an Al-Zn Aluminiumlegierungen eng relativ héich Tendenz zu waarme Rëss hunn. D'Tendenz zu waarme Rëss kann reduzéiert ginn andeems d'Parameter vun der Schweessprozedur ugepasst ginn, fir d'Heiz- a Killgeschwindegkeet ze kontrolléieren. Am Allgemengen ass d'Tendenz zu waarme Rëss beim Laser-Bou-Hybridschweessen besser wéi déi beim Laser-Fülldrahtschweessen, an d'Tendenz zu waarme Rëss beim Laser-Fülldrahtschweessen ass besser wéi déi beim Laser-Autogenschweessen.

3. Ënnerschneiden a Duerchbrennen

Aluminiumlegierungen hunn eng niddreg Ioniséierungsenergie, a photoinduzéiert Plasma ass ufälleg fir Iwwerhëtzung an Expansioun beim Schweessen, wat zu onstabile Schweessprozesser féiert. Zousätzlech hunn flësseg Aluminiumlegierungen eng gutt Flëssegkeet an eng niddreg Uewerflächespannung. Fir d'Penetratioun ze verbesseren, sinn dacks e méi grousse Schutzgasduerchflussrate a Laserausgangsleistung erfuerderlech, wat d'Stabilitéit vum Schweessprozess verschlechtert, wouduerch de Schmelzbad ënner Drock hefteg schwankt a liicht zu Defekter wéi Ënnerschnitt a Verbrennung féiert. D'Récksäitformbarkeet vu lasergeschweißte Aluminiumlegierungsplacke kann effektiv verbessert ginn andeems eng waassergekillte Kupferplack op der Récksäit vun der Schweess installéiert gëtt.

4. Schlak-Inklusioun

Eng aner Zort vu Defekt, deen dacks beim Schweessen vun Autoskarosserie optrieden ass d'Schlakfassung vum Schweessmaterial. Studien hunn gewisen, datt d'Schlakfassung haaptsächlech vun Oxiden op der Uewerfläch vu Schweessmaterialien a Schweessdréit kënnt, souwéi vun onstabile Prozesser an der Lokalisatioun vun Aluminiumlegierungsmaterialien. Dofir sollten d'Hiersteller vun Aluminiumlegierungsmaterialien d'technologesch Innovatioun stäerken an d'Gossprozesser verbesseren, fir den Inhalt vun Ongereinheeten a Waasserstoff an de Rohmaterialien ze minimiséieren an d'Qualitéitsstabilitéit vun de Produkter ze verbesseren.