Temps de lecture estimé : 12 minute
Avec le développement de la technologie laser et de la technologie de recherche et développement en alliage d'aluminium. Effectuer des recherches fondamentales sur la technologie d'application de soudage laser d'alliages d'aluminium. Développer une nouvelle technologie de soudage laser en alliage d'aluminium et étendre plus efficacement le potentiel d'application de la structure de soudage laser en alliage d'aluminium. Afin de comprendre le soudage laser en alliage d'aluminium. L'état des applications et la tendance de développement de la technologie sont particulièrement importants.
Méthode de soudage laser
L'alliage d'aluminium à haute résistance a une résistance spécifique élevée, une rigidité spécifique, une bonne résistance à la corrosion, des performances de traitement et des propriétés mécaniques. Il est devenu un matériau métallique indispensable dans la fabrication légère de l'aérospatiale, de la construction navale et d'autres domaines du transport. Parmi eux, les avions sont les plus utilisés. . La technologie de soudage présente des avantages uniques dans l'amélioration du taux d'utilisation des matériaux de structure. Réduction du poids structurel et réalisation à faible coût de structures globales de matériaux complexes et dissemblables. Parmi eux, la technologie de soudage laser en alliage d'aluminium est un point chaud qui a beaucoup attiré l'attention.
Par rapport à d'autres méthodes de soudage, le soudage laser présente les avantages d'un chauffage concentré. Petits dommages thermiques, grand rapport d'aspect du cordon de soudure et petite distorsion de soudage. Le processus de soudage est facile à intégrer, automatisé et flexible, et peut réaliser un soudage à grande vitesse et de haute précision. Convient pour le soudage de haute précision de structures complexes.
1. CO2 Laser à gaz
Le milieu de travail est le CO2 gaz, et le laser de longueur d'onde de 10,6 µm est émis. Selon la structure d'excitation laser, il est divisé en deux types : flux transversal et flux axial. Bien que la puissance de sortie du CO à flux croisés2 le laser a atteint 150KW, la qualité du faisceau est mauvaise et ne convient pas au soudage; le CO à flux axial2 le laser a une bonne qualité de faisceau et peut être utilisé pour le soudage d'alliages d'aluminium avec une réflectivité laser élevée.
2. Laser à semi-conducteurs YAG
Le milieu de travail est le rubis, le verre au néodyme et le grenat d'aluminium à l'yttrium dopé au néodyme, etc., et la longueur d'onde de sortie est un laser de 1,06 μm. Le laser YAG est plus facile à absorber par le métal que le CO2 laser et est moins affecté par le plasma. Il s'agit d'une transmission par fibre optique, d'une opération de soudage flexible et d'une bonne accessibilité à la position de soudage. C'est actuellement le laser principal pour le soudage des structures en alliage d'aluminium.
3. Laser à fibre YLR
Il s'agit d'un nouveau type de laser développé après 2002. Il utilise une fibre optique comme matériau de matrice, dopé avec différents ions de terres rares, et la plage de longueur d'onde de sortie est d'environ 1,08 µm. C'est aussi la transmission par fibre optique. Le laser à fibre révolutionne l'utilisation d'une structure de fibre à double gaine, qui augmente la longueur de la pompe et améliore l'efficacité de la pompe, augmentant ainsi considérablement la puissance de sortie du laser à fibre. Par rapport au laser YAG, bien que le laser à fibre YLR soit apparu plus tard, il présente les avantages d'une petite taille, d'un faible coût d'exploitation, d'une qualité de faisceau élevée, etc., et la puissance laser obtenue est élevée.
Caractéristiques du soudage laser en alliage d'aluminium
Comparé au soudage par fusion conventionnel, le soudage laser en alliage d'aluminium a un chauffage concentré, un grand rapport d'aspect du cordon de soudure et une petite déformation de la structure de soudage, mais il existe quelques inconvénients. En résumé, ce sont :
1. Le petit diamètre du point focal laser conduit à des exigences élevées pour la précision de soudage et d'assemblage de la pièce. Généralement, l'écart d'assemblage et la quantité de désalignement doivent être inférieurs à 0,1 mm ou 10% de l'épaisseur de la plaque, ce qui augmente la difficulté de mise en œuvre d'une structure de soudage par soudage tridimensionnelle complexe ;
2. Comme la réflectivité de l'alliage d'aluminium au laser est aussi élevée que 90% à température ambiante. Le soudage laser à pénétration profonde de l'alliage d'aluminium nécessite un laser de puissance plus élevée. La recherche sur le soudage laser de tôles en alliage d'aluminium montre que le soudage laser à pénétration profonde de l'alliage d'aluminium. Elle dépend du double seuil de densité de puissance laser et d'énergie de ligne. La densité de puissance laser et l'énergie de ligne limitent ensemble le comportement de la masse fondue pendant le processus de soudage. Et finalement refléter les caractéristiques de formage de la soudure. Ci-dessus, l'optimisation du processus de soudures à pleine pénétration peut être évaluée par le rapport largeur/arrière des paramètres caractéristiques de formation de soudure ;
3. L'alliage d'aluminium a un point de fusion bas et une bonne fluidité du métal liquide. Il produit une forte vaporisation de métal sous l'action d'un laser de haute puissance. Le nuage de vapeur métallique/photo plasma formé par l'effet de petits trous pendant le processus de soudage affecte l'énergie laser de l'alliage d'aluminium. L'absorption du chrome provoque l'instabilité du procédé de soudage à pénétration profonde. La soudure est sujette à des défauts tels que des pores, un effondrement de surface, une contre-dépouille, etc. ;
4. Le soudage laser a une vitesse de chauffage et de refroidissement rapide. La dureté de la soudure est supérieure à celle de l'arc. Cependant, en raison de la combustion d'éléments d'alliage lors du soudage au laser d'alliage d'aluminium. Ce qui affecte l'effet de renforcement de l'alliage, il existe toujours un problème de ramollissement dans la soudure de l'alliage d'aluminium. Réduisant ainsi les joints de soudage en alliage d'aluminium. force. Par conséquent, le principal problème du soudage laser d'alliages d'aluminium est de contrôler les défauts de soudure et d'améliorer les performances des joints soudés.
Technologie de contrôle des défauts du soudage laser en alliage d'aluminium
Sous l'action d'un laser haute puissance, les principaux défauts du soudage à pénétration profonde au laser en alliage d'aluminium sont les pores, l'effondrement de la surface et la contre-dépouille. Parmi eux, les défauts d'affaissement de surface et de contre-dépouille peuvent être améliorés par le soudage d'apport de fil laser ou le soudage hybride à l'arc laser ; Le contrôle des défauts stomatiques est plus difficile.
Les résultats des recherches existantes montrent que : il existe deux types de pores caractéristiques dans le soudage laser à pénétration profonde des alliages d'aluminium. L'un concerne les pores métallurgiques, qui sont des pores d'hydrogène causés par la pollution des matériaux ou l'intrusion d'air pendant le processus de soudage, comme le soudage par fusion à l'arc ; l'autre est un processus. Les pores sont causés par les fluctuations instables des petits trous inhérents au processus de soudage par pénétration profonde au laser.
Dans le procédé de soudage laser à pénétration profonde, le petit trou est souvent en retard par rapport au mouvement du faisceau en raison de l'effet visqueux du métal liquide. Son diamètre et sa profondeur sont affectés par le plasma/vapeur métallique et fluctuent. Avec le mouvement du faisceau et l'écoulement du métal en fusion, le trou Dans le soudage à pénétration profonde, des bulles apparaissent à l'extrémité du petit trou en raison de l'écoulement du métal du bain en fusion, tandis qu'en soudage à pénétration profonde à pleine pénétration, des bulles apparaissent à la taille au milieu du petit trou. Les bulles migrent et roulent avec le flux de métal liquide, ou s'échappent de la surface du bain en fusion, ou sont repoussées dans de petits trous. Lorsque les bulles sont solidifiées par le bain de fusion et capturées par le front métallique, elles deviennent des pores de soudure.
De toute évidence, les pores métallurgiques sont principalement contrôlés par le contrôle du traitement de surface avant le soudage et une protection raisonnable des gaz pendant le soudage. La clé pour traiter les pores est d'assurer la stabilité des petits trous dans le processus de soudage laser à pénétration profonde. Selon les recherches de la technologie de soudage laser domestique, le contrôle de la porosité du soudage laser à pénétration profonde d'alliage d'aluminium doit prendre en compte de manière exhaustive les différents liens avant le soudage, le processus de soudage et le traitement post-soudage. En résumé, il existe les nouveaux processus et nouvelles technologies suivants.
1. Méthode de traitement de pré-soudage
Le traitement de surface avant soudage est une méthode efficace pour contrôler les pores métallurgiques dans le soudage laser d'alliages d'aluminium. Habituellement, les méthodes de traitement de surface comprennent le nettoyage physique et mécanique et le nettoyage chimique. Ces dernières années, le nettoyage par choc laser est également apparu, ce qui améliorera encore l'automatisation du soudage laser.
2. Contrôle d'optimisation de la stabilité des paramètres
3. Soudage laser par points doubles
Le soudage laser à double point fait référence au processus de soudage dans lequel deux faisceaux laser focalisés agissent en même temps sur le même bain de fusion. Dans le processus de soudage laser à pénétration profonde, la fermeture instantanée pour sceller le gaz dans le petit trou du bain de fusion est l'une des principales raisons de la formation de pores de soudure. Lorsque le soudage laser à double point est utilisé, en raison de l'action des deux sources lumineuses, la grande ouverture du petit trou est propice à l'échappement de la vapeur métallique interne, et elle est également bénéfique pour la stabilité du petit trou, ainsi réduire la porosité du cordon de soudure. Des recherches sur le soudage laser des alliages d'aluminium A356, AA5083, 2024 et 5A90 ont montré que le soudage laser à double point peut réduire considérablement les pores de la soudure.
4. Soudage hybride à l'arc laser
Le soudage hybride à l'arc laser est une méthode de soudage dans laquelle le laser et l'arc sont appliqués au même bain de fusion. Généralement, le laser est la principale source de chaleur, et l'interaction entre le laser et l'arc est utilisée pour augmenter la pénétration du soudage laser et la vitesse de soudage, et réduire la précision de l'assemblage de soudage. L'utilisation de fil d'apport pour contrôler la structure et les performances du joint soudé, et l'effet auxiliaire de l'arc pour améliorer la stabilité du trou de soudage au laser, contribuant ainsi à réduire les pores de la soudure. Dans le procédé de soudage hybride à l'arc laser, l'arc affecte le nuage de vapeur de métal/plasma induit par le procédé laser, ce qui est bénéfique pour l'absorption de l'énergie laser par le matériau et la stabilité du petit trou. Les résultats de la recherche du cordon de soudure du laser en alliage d'aluminium soudage hybride à l'arc a également confirmé son effet.
5. Soudage laser à fibre
L'effet sténopé du procédé de soudage par pénétration profonde au laser provient de la forte vaporisation du métal sous l'action du laser. La puissance de la vapeur de vaporisation des métaux est étroitement liée à la densité de puissance du laser et à la qualité du faisceau. Ce qui affecte non seulement la profondeur de pénétration du soudage laser, mais affecte également la stabilité du petit trou. La recherche sur le laser à fibre haute puissance en acier inoxydable SUS304 a montré que le bain de fusion était allongé pendant le soudage à grande vitesse. Les projections ont été supprimées, la fluctuation du petit trou était stable. Il n'y avait pas de génération de bulles à la pointe du petit trou.
Lorsque le laser à fibre est utilisé pour le soudage à grande vitesse d'alliage de titane et d'alliage d'aluminium. Les mêmes soudures sans porosité peuvent être obtenues. Les recherches d'Allen sur la technologie de contrôle des gaz de protection pour le soudage laser à fibre en alliage de titane. Il a montré que le contrôle de la position du gaz de protection de soudage peut empêcher le gaz d'être impliqué. Réduisez le temps de fermeture du trou, stabilisez le trou de soudage et modifiez le comportement de solidification du bain de fusion, réduisant ainsi la porosité du cordon de soudage.
6. Soudage laser par impulsion
Par rapport au soudage laser continu, la sortie laser adopte une sortie pulsée, ce qui peut favoriser l'écoulement périodique et stable du bain de fusion, ce qui favorise l'échappement des bulles dans le bain de fusion et réduit les pores de la soudure. L'effet sur la porosité et les performances des soudures de l'acier inoxydable SUS 304L et de l'alliage haute température Inconel 690 montre que : pour le soudage laser à impulsions carrées, lorsque la puissance de base est de 1700w, lorsque l'amplitude d'impulsion ΔP augmente, la porosité de la soudure diminue. Parmi eux, la porosité de l'acier inoxydable a été réduite de 2,1% à 0,5%, et la porosité des superalliages a été réduite de 7,1% à 0,5%.
Technologie de traitement composite après soudage
Dans les applications d'ingénierie réelles, même si le traitement de surface strict est effectué avant le soudage, le processus de soudage est stable et le soudage laser en alliage d'aluminium produira inévitablement des pores de soudure. Par conséquent, il est très important d'utiliser un traitement post-soudage pour éliminer les pores. . Cette méthode est actuellement principalement le soudage modifié. La technologie de pressage isostatique à chaud est l'une des méthodes permettant d'éliminer la porosité interne et la porosité de retrait dans les pièces moulées en alliage d'aluminium. Il est combiné avec le traitement thermique sous contrainte après soudage laser d'alliage d'aluminium pour former un procédé composite composé de pressage isostatique à chaud et de traitement thermique de composants de soudage laser en alliage d'aluminium. Ce qui élimine les deux. Les pores de la soudure améliorent les performances du joint.
En raison des caractéristiques de l'alliage d'aluminium, il existe encore de nombreux problèmes dans l'application du soudage laser haute puissance qui doivent être étudiés en profondeur. Le problème principal est de contrôler les défauts des pores de la soudure et d'améliorer la qualité de la soudure. Le contrôle technique de la porosité dans le soudage laser d'alliages d'aluminium doit prendre en compte tous les aspects de manière exhaustive. Il comprend le soudage, le processus de soudage et le traitement post-soudage, afin d'améliorer la stabilité du processus de soudage. De nombreuses technologies et procédés nouveaux en sont issus, comme le nettoyage laser avant soudage. Optimisation du contrôle du rapport de largeur arrière des paramètres du processus de soudage, du soudage laser à double faisceau, du soudage hybride à l'arc laser, du soudage laser à impulsions et du soudage laser à fibre.
Plutôt utile! Puis-je le transférer sur mon blog ?
Oui bien sûr