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Mit der Entwicklung der Lasertechnologie und der Forschungs- und Entwicklungstechnologie für Aluminiumlegierungen. Durchführung von Grundlagenforschung zur Anwendungstechnologie des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen. Entwickeln Sie eine neue Laserschweißtechnologie für Aluminiumlegierungen und erweitern Sie das Anwendungspotenzial der Laserschweißstruktur aus Aluminiumlegierungen effektiver. Um das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen zu verstehen. Der Anwendungsstand und der Entwicklungstrend der Technologie sind besonders wichtig.

Laserschweißverfahren

Hochfeste Aluminiumlegierung hat eine hohe spezifische Festigkeit, spezifische Steifigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitungsleistung und mechanische Eigenschaften. Es ist zu einem unverzichtbaren Metallmaterial in der Leichtbaufertigung in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau und in anderen Bereichen des Transportwesens geworden. Unter ihnen werden Flugzeuge am häufigsten verwendet. . Die Schweißtechnologie hat einzigartige Vorteile bei der Verbesserung der Nutzungsrate von Konstruktionsmaterialien. Reduzierung des Strukturgewichts und Realisierung einer kostengünstigen Herstellung komplexer und materialungleicher Gesamtstrukturen. Unter ihnen ist die Laserschweißtechnologie von Aluminiumlegierungen ein Hot Spot, der viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat.

Gegenüber anderen Schweißverfahren hat das Laserschweißen die Vorteile der konzentrierten Erwärmung. Kleine thermische Schäden, das große Aspektverhältnis der Schweißnaht und geringer Schweißverzug. Der Schweißprozess ist einfach zu integrieren, zu automatisieren und flexibel und ermöglicht schnelles und hochpräzises Schweißen. Geeignet zum hochpräzisen Schweißen komplexer Strukturen.

1. CO₂ Gaslaser

Das Arbeitsmedium ist CO₂ Gas, und der Laser mit 10,6 μm Wellenlänge wird ausgegeben. Entsprechend der Laseranregungsstruktur wird sie in zwei Typen unterteilt: Querströmung und Axialströmung. Obwohl die Ausgangsleistung des Cross-Flow-CO₂ Laser hat 150 kW erreicht, die Strahlqualität ist schlecht und nicht zum Schweißen geeignet; das axiale CO₂ Laser hat eine gute Strahlqualität und kann zum Schweißen von Aluminiumlegierungen mit hoher Laserreflexion verwendet werden.

2. YAG-Festkörperlaser

Das Arbeitsmedium ist Rubin, Neodym-Glas und Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat usw., und die Ausgangswellenlänge beträgt 1,06 μm Laser. YAG-Laser wird von Metall leichter absorbiert als CO₂ Laser und wird weniger durch Plasma beeinflusst. Es ist eine Glasfaserübertragung, ein flexibler Schweißbetrieb und eine gute Zugänglichkeit der Schweißposition. Er ist derzeit der wichtigste Laser zum Schweißen von Aluminiumlegierungsstrukturen.

3. YLR-Faserlaser

Es handelt sich um einen neuen Lasertyp, der nach 2002 entwickelt wurde. Er verwendet Glasfasern als Matrixmaterial, die mit verschiedenen Seltenerdionen dotiert sind, und der Ausgangswellenlängenbereich beträgt etwa 1,08 μm. Es ist auch eine Glasfaserübertragung. Der Faserlaser revolutioniert die Verwendung einer doppelt ummantelten Faserstruktur, die die Pumplänge erhöht und die Pumpeffizienz verbessert, wodurch die Ausgangsleistung des Faserlasers stark erhöht wird. Obwohl der YLR-Faserlaser später auftauchte, hat er im Vergleich zum YAG-Laser die Vorteile einer geringen Größe, niedriger Betriebskosten, hoher Strahlqualität usw. und der erzielten Laserleistung ist hoch.

Merkmale des Laserschweißens mit Aluminiumlegierungen

Im Vergleich zum herkömmlichen Schmelzschweißen weist das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen eine konzentrierte Erwärmung, ein großes Seitenverhältnis der Schweißnaht und eine geringe Verformung der Schweißstruktur auf, es gibt jedoch einige Nachteile. Zusammengefasst sind dies:

1. Der kleine Durchmesser des Laserfokusflecks führt zu hohen Anforderungen an die Schweiß- und Montagegenauigkeit des Werkstücks. Im Allgemeinen müssen der Montagespalt und das Ausmaß der Fehlausrichtung weniger als 0,1 mm oder 10% der Blechdicke betragen, was die Implementierung einer komplexen dreidimensionalen Schweißschweißstruktur erschwert;

2. Da das Reflexionsvermögen der Aluminiumlegierung für den Laser bei Raumtemperatur bis zu 90% beträgt. Das Laser-Tiefschweißen von Aluminiumlegierungen erfordert einen Laser mit höherer Leistung. Forschungen zum Laserschweißen von Aluminiumlegierungsblechen zeigen, dass Laser-Tiefschweißen der Aluminiumlegierung. Sie hängt von den zwei Schwellenwerten der Laserleistungsdichte und der Linienenergie ab. Laserleistungsdichte und Linienenergie zusammen begrenzen das Verhalten des Schmelzbades während des Schweißprozesses. Und spiegeln letztendlich die Umformeigenschaften der Schweißnaht wider. Oben kann die Prozessoptimierung von Vollschweißnähten anhand des Rücken-zu-Breiten-Verhältnisses der charakteristischen Parameter für die Schweißnahtformung bewertet werden;

3. Aluminiumlegierung hat einen niedrigen Schmelzpunkt und eine gute Fließfähigkeit des flüssigen Metalls. Es erzeugt eine starke Metallverdampfung unter Einwirkung eines Hochleistungslasers. Die durch den kleinen Locheffekt während des Schweißprozesses gebildete Metalldampf-/Photoplasmawolke beeinflusst die Laserenergie der Aluminiumlegierung. Die Aufnahme von Chrom verursacht die Instabilität des Tiefschweißprozesses. Die Schweißnaht ist anfällig für Fehler wie Poren, Oberflächenkollaps, Hinterschneidungen usw.;

4. Laserschweißen hat eine schnelle Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit. Die Härte der Schweißnaht ist höher als die des Lichtbogens. Allerdings aufgrund des Brennens von Legierungselementen beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen. Was die Verstärkungswirkung der Legierung beeinflusst, besteht immer noch ein Erweichungsproblem bei der Schweißnaht der Aluminiumlegierung. Dadurch werden die Verbindungsstellen beim Schweißen von Aluminiumlegierungen reduziert. Stärke. Daher besteht das Hauptproblem beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen darin, Schweißfehler zu kontrollieren und die Leistung von Schweißverbindungen zu verbessern.

Fehlerkontrolltechnologie beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen

Unter der Wirkung eines Hochleistungslasers sind die Hauptfehler beim Laser-Tiefschweißen mit Aluminiumlegierung Poren, Oberflächenkollaps und Hinterschneidungen. Unter diesen können Oberflächenkollaps und Hinterschneidungsfehler durch Laserdraht-Füllschweißen oder Laserlichtbogen-Hybridschweißen verbessert werden; Die Kontrolle von Stomatadefekten ist schwieriger.

Bisherige Forschungsergebnisse zeigen: Beim Laser-Tiefschweißen von Aluminiumlegierungen gibt es zwei Arten von charakteristischen Poren. Eine davon sind metallurgische Poren, bei denen es sich um Wasserstoffporen handelt, die durch Materialverschmutzung oder das Eindringen von Luft während des Schweißprozesses, wie beim Lichtbogenschmelzschweißen, verursacht werden; das andere ist ein Prozess Die Poren entstehen durch die instabilen Schwankungen der kleinen Löcher, die beim Laser-Tiefschweißprozess inhärent sind.

Beim Laser-Tiefschweißverfahren hinkt das kleine Loch aufgrund der viskosen Wirkung des flüssigen Metalls oft der Strahlbewegung hinterher. Sein Durchmesser und seine Tiefe werden durch den Plasma-/Metalldampf beeinflusst und schwanken. Mit der Bewegung des Strahls und dem Fluss des geschmolzenen Metalls wird das Loch Beim Einschweißen mit tiefem Einbrand treten Blasen an der Spitze des kleinen Lochs aufgrund des Metallflusses des geschmolzenen Bades auf, während beim Tiefschweißen mit vollem Einbrand, Blasen erscheinen an der Taille in der Mitte des kleinen Lochs. Blasen wandern und rollen mit dem Fluss des flüssigen Metalls oder entweichen der Oberfläche des Schmelzbades oder werden in kleine Löcher zurückgedrückt. Wenn die Blasen durch das Schmelzbad verfestigt und von der Metallfront eingefangen werden, werden sie zu Schweißporen.

Offensichtlich werden metallurgische Poren hauptsächlich durch eine Kontrolle der Oberflächenbehandlung vor dem Schweißen und einen angemessenen Gasschutz während des Schweißens kontrolliert. Der Schlüssel zur Bearbeitung von Poren liegt darin, die Stabilität der kleinen Löcher im Laser-Tiefschweißverfahren zu gewährleisten. Nach der Forschung der heimischen Laserschweißtechnologie sollte die Porositätskontrolle beim Laser-Tiefschweißen von Aluminiumlegierungen die verschiedenen Verbindungen vor dem Schweißen, dem Schweißprozess und der Nachbehandlung des Schweißens umfassend berücksichtigen. Zusammenfassend gibt es folgende neue Verfahren und neue Technologien.

1. Behandlungsmethode vor dem Schweißen

Die Oberflächenbehandlung vor dem Schweißen ist eine wirksame Methode zur Kontrolle metallurgischer Poren beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen. Üblicherweise umfassen Oberflächenbehandlungsverfahren physikalische und mechanische Reinigung und chemische Reinigung. In den letzten Jahren ist auch die Laserschockreinigung erschienen, die die Automatisierung des Laserschweißens weiter verbessern wird.

2. Parameterstabilitätsoptimierungssteuerung

Die Prozessparameter des Laserschweißprozesses aus Aluminiumlegierungen umfassen normalerweise hauptsächlich die Laserleistung, den Defokussierungsbetrag, die Schweißgeschwindigkeit und die Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit des Gasschutzes. Diese Parameter beeinflussen nicht nur die Schutzwirkung des Schweißbereichs. Beeinflussen aber auch die Stabilität des Laser-Tiefschweißverfahrens und beeinträchtigen dadurch die Schweißporen. Beim Laser-Tiefschweißen von Aluminiumlegierungsblechen hat sich herausgestellt, dass die Stabilität der Eindringung in kleine Löcher die Stabilität des Schmelzbades beeinflusst. Was wiederum die Schweißnahtbildung beeinflusst und Schweißporenfehler verursacht, und die Stabilität des Laser-Tiefschweißens hängt mit der Abstimmung von Laserleistungsdichte und Linienvolumen zusammen. Daher ist es eine wirksame Maßnahme, um die Porosität von Aluminiumlegierungen effektiv zu kontrollieren Laserschweißnaht zur Ermittlung der sinnvollen und stabilen Prozessparameter der Schweißnahtformung.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zu den Umformeigenschaften der voll durchgeschweißten und stabilen Schweißnaht zeigen, dass das Verhältnis der Breite des Schweißrückens zur Breite der Schweißnahtoberfläche (das Verhältnis der hinteren Breite der Schweißnaht) ist verwendet, um die Formgebung und Stabilität der Schweißnaht des Aluminiumlegierungsblechs zu bewerten. Wenn die Laserleistungsdichte des Dünnplatten-Laserschweißens angemessen an die Linienenergie angepasst ist, kann ein bestimmtes Verhältnis von Schweißnaht zu Breite sichergestellt werden, und die Schweißporen können effektiv kontrolliert werden.

3. Doppelpunkt-Laserschweißen

Als Doppelpunkt-Laserschweißen bezeichnet man das Schweißverfahren, bei dem zwei fokussierte Laserstrahlen gleichzeitig auf dasselbe Schmelzbad einwirken. Beim Laser-Tiefschweißverfahren ist das sofortige Schließen des Gases im kleinen Loch im Schmelzbad einer der Hauptgründe für die Bildung von Schweißporen. Beim Doppelpunkt-Laserschweißen begünstigt die große Öffnung des kleinen Lochs aufgrund der Wirkung der beiden Lichtquellen das Entweichen von Metalldampf im Inneren und ist auch der Stabilität des kleinen Lochs zuträglich, dadurch Verringerung der Schweißnahtporosität. Untersuchungen zum Laserschweißen von A356-, AA5083-, 2024- und 5A90-Aluminiumlegierungen haben gezeigt, dass das Doppelpunkt-Laserschweißen die Schweißporen erheblich reduzieren kann.

4. Laserlichtbogen-Hybridschweißen

Das Laserlichtbogen-Hybridschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem Laser und Lichtbogen auf dasselbe Schmelzbad aufgebracht werden. Im Allgemeinen ist der Laser die Hauptwärmequelle, und die Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem Lichtbogen wird verwendet, um die Laserschweißeindringung und Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen und die Genauigkeit der Schweißmontage zu verringern. Die Verwendung von Zusatzdraht zur Steuerung der Struktur und Leistung der Schweißverbindung und die Hilfswirkung des Lichtbogens zur Verbesserung der Stabilität des Laserschweißlochs, wodurch die Schweißporen reduziert werden. Beim Laserlichtbogen-Hybridschweißverfahren beeinflusst der Lichtbogen die durch den Laserprozess induzierte Metalldampf-/Plasmawolke, was der Absorption der Laserenergie durch das Material und der Stabilität des kleinen Lochs zugute kommt. Die Forschungsergebnisse der Schweißnaht von Aluminiumlegierungslaser Lichtbogen-Hybridschweißen bestätigte auch seine Wirkung.

5. Faserlaserschweißen

Der Pinhole-Effekt des Laser-Tiefschweißverfahrens entsteht durch das starke Verdampfen von Metall unter Einwirkung des Lasers. Die Dampfleistung der Metallverdampfung steht in engem Zusammenhang mit der Laserleistungsdichte und der Strahlqualität. Was sich nicht nur auf die Eindringtiefe beim Laserschweißen auswirkt, sondern auch auf die Stabilität des kleinen Lochs. Die Untersuchung des Hochleistungs-Faserlasers SUS304 aus Edelstahl zeigte, dass sich das Schmelzbad während des Hochgeschwindigkeitsschweißens verlängerte. Spritzer wurden unterdrückt, die Fluktuation des kleinen Lochs war stabil. An der Spitze des kleinen Lochs gab es keine Blasenbildung.

Wenn der Faserlaser zum Hochgeschwindigkeitsschweißen von Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen verwendet wird. Die gleichen Schweißnähte ohne Porosität können erhalten werden. Allens Forschung zur Schutzgaskontrolltechnologie für das Faserlaserschweißen mit Titanlegierungen. Es zeigte sich, dass die Kontrolle der Position des Schweißschutzgases verhindern kann, dass Gas beteiligt ist. Reduzieren Sie die Lochschließzeit, stabilisieren Sie das Schweißloch und ändern Sie das Erstarrungsverhalten des Schmelzbades, wodurch die Porosität der Schweißnaht verringert wird.

6. Pulslaserschweißen

Im Vergleich zum kontinuierlichen Laserschweißen nimmt die Laserleistung eine pulsierende Leistung an, die den periodischen und stabilen Fluss des Schmelzbads fördern kann, was das Entweichen von Blasen im Schmelzbad begünstigt und die Poren der Schweißnaht reduziert. Die Auswirkung auf die Porosität und Leistung von Schweißnähten aus Edelstahl SUS 304L und der Hochtemperaturlegierung Inconel 690 zeigt, dass: beim Rechteckwellen-Pulslaserschweißen bei einer Grundleistung von 1700 W mit zunehmender Pulsamplitude ΔP die Schweißporosität abnimmt. Unter diesen wurde die Porosität von Edelstahl von 2,1% auf 0,5% reduziert, und die Porosität von Superlegierungen wurde von 7,1% auf 0,5% reduziert.

Verbundbehandlungstechnologie nach dem Schweißen

Bei tatsächlichen technischen Anwendungen ist der Schweißprozess selbst dann stabil, wenn die strenge Oberflächenbehandlung vor dem Schweißen durchgeführt wird, und das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen erzeugt unvermeidlich Schweißporen. Daher ist es sehr wichtig, eine Nachbehandlung zu verwenden, um Poren zu entfernen. . Dieses Verfahren ist derzeit hauptsächlich das modifizierte Schweißen. Die Heißisostatische Presstechnologie ist eine der Methoden zur Beseitigung der inneren Porosität und der Schrumpfporosität in Gussteilen aus Aluminiumlegierungen. Es wird mit der Spannungswärmebehandlung nach dem Laserschweißen von Aluminiumlegierungen kombiniert, um einen Verbundprozess zu bilden, der aus isostatischem Heißpressen und Wärmebehandlung von Laserschweißkomponenten aus Aluminiumlegierung besteht. Dadurch wird beides eliminiert. Die Schweißporen verbessern die Verbindungsleistung.

Aufgrund der Eigenschaften von Aluminiumlegierungen gibt es noch viele Probleme bei der Anwendung des Hochleistungslaserschweißens, die eingehend untersucht werden müssen. Das Hauptproblem besteht darin, die Schweißporenfehler zu kontrollieren und die Schweißqualität zu verbessern. Die technische Kontrolle der Porosität beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen sollte alle Aspekte umfassend berücksichtigen. Es umfasst Schweißen, Schweißverfahren und Nachbehandlung, um die Stabilität des Schweißprozesses zu verbessern. Viele neue Technologien und Verfahren wurden daraus abgeleitet, wie zum Beispiel die Laserreinigung vor dem Schweißen. Optimierung der Steuerung des Rückenbreitenverhältnisses der Schweißprozessparameter, Zweistrahl-Laserschweißen, Laserlichtbogen-Hybridschweißen, Pulslaserschweißen und Faserlaserschweißen.

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