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Com o desenvolvimento da tecnologia laser e da tecnologia de pesquisa e desenvolvimento de ligas de alumínio. Realizar pesquisas básicas sobre tecnologia de aplicação de soldagem a laser de liga de alumínio. Desenvolver nova tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio e expandir com mais eficácia o potencial de aplicação da estrutura de soldagem a laser de liga de alumínio. Para entender a soldagem a laser de liga de alumínio. O status do aplicativo e a tendência de desenvolvimento da tecnologia são particularmente importantes.
Método de Soldagem a Laser
Liga de alumínio de alta resistência tem alta resistência específica, rigidez específica, boa resistência à corrosão, desempenho de processamento e propriedades mecânicas. Tornou-se um material metálico indispensável na fabricação leve de aeroespacial, construção naval e outros campos de transporte. Entre eles, os aviões são os mais usados. . A tecnologia de soldagem tem vantagens únicas em melhorar a taxa de utilização de materiais estruturais. Reduzindo o peso estrutural e realizando a fabricação de baixo custo de estruturas gerais de materiais complexos e diferentes. Entre eles, a tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio é um ponto importante que tem atraído muita atenção.
Em comparação com outros métodos de soldagem, a soldagem a laser tem as vantagens do aquecimento concentrado. Pequeno dano térmico, grande proporção da costura de solda e pequena distorção de soldagem. O processo de soldagem é fácil de ser integrado, automatizado e flexível e pode atingir alta velocidade e alta precisão de soldagem. Adequado para soldagem de alta precisão de estruturas complexas.
1. CO2 Laser a gás
O meio de trabalho é CO2 gás, e o laser de comprimento de onda de 10,6 μm é emitido. De acordo com a estrutura de excitação do laser, ele é dividido em dois tipos: fluxo transversal e fluxo axial. Embora a potência de saída do CO de fluxo cruzado2 o laser atingiu 150KW, a qualidade do feixe é ruim e não é adequada para soldagem; o fluxo axial CO2 O laser tem boa qualidade de feixe e pode ser usado para soldar ligas de alumínio com alta refletividade do laser.
2. Laser de estado sólido YAG
O meio de trabalho é rubi, vidro de neodímio e granada de ítrio e alumínio dopado com neodímio, etc., e o comprimento de onda de saída é de 1,06μm de laser. O laser YAG é mais fácil de ser absorvido pelo metal do que o CO2 laser e é menos afetado pelo plasma. É transmissão de fibra óptica, operação de soldagem flexível e boa acessibilidade à posição de solda. Atualmente é o principal laser para soldagem de estruturas em liga de alumínio.
3. YLR Fiber Laser
É um novo tipo de laser desenvolvido a partir de 2002. Ele usa fibra óptica como material de matriz, dopada com diferentes íons de terras raras, e a faixa de comprimento de onda de saída é de cerca de 1,08μm. É também transmissão de fibra óptica. O laser de fibra revoluciona o uso de uma estrutura de fibra de revestimento duplo, o que aumenta o comprimento da bomba e melhora a eficiência da bomba, aumentando significativamente a potência de saída do laser de fibra. Comparado com o laser YAG, embora o laser de fibra YLR tenha aparecido mais tarde, ele tem as vantagens de tamanho pequeno, baixo custo operacional, alta qualidade de feixe, etc., e a potência do laser obtida é alta.
Características da soldagem a laser de liga de alumínio
Em comparação com a soldagem por fusão convencional, a soldagem a laser de liga de alumínio tem aquecimento concentrado, uma grande proporção de costura de solda e pequena deformação da estrutura de soldagem, mas existem algumas deficiências. Em resumo, eles são:
1. O pequeno diâmetro do ponto de foco do laser leva a altos requisitos para a precisão de soldagem e montagem da peça de trabalho. Geralmente, a lacuna de montagem e a quantidade de desalinhamento precisam ser menores que 0,1 mm ou 10% da espessura da placa, o que aumenta a dificuldade de implementação de uma estrutura de soldagem de solda tridimensional complexa;
2. Como a refletividade da liga de alumínio ao laser é tão alta quanto 90% em temperatura ambiente. A soldagem de penetração profunda a laser de liga de alumínio requer um laser de maior potência. Pesquisas sobre soldagem a laser de chapas de liga de alumínio mostram que a soldagem de penetração profunda a laser da liga de alumínio. Depende dos limites duplos de densidade de potência do laser e energia da linha. A densidade de potência do laser e a energia da linha, juntas, restringem o comportamento da poça de fusão durante o processo de soldagem. E, em última análise, refletem as características de formação da solda. Acima, a otimização do processo de soldas de penetração total pode ser avaliada pela relação entre largura e largura dos parâmetros característicos de formação da solda;
3. A liga de alumínio tem um baixo ponto de fusão e boa fluidez de metal líquido. Produz forte vaporização do metal sob a ação de um laser de alta potência. A nuvem de vapor de metal / fotoplasma formada pelo efeito de pequenos orifícios durante o processo de soldagem afeta a energia do laser da liga de alumínio. A absorção do cromo causa a instabilidade do processo de soldagem por penetração profunda. A solda está sujeita a defeitos como poros, colapso de superfície, entalhe, etc .;
4. A soldagem a laser tem uma rápida velocidade de aquecimento e resfriamento. A dureza da solda é maior do que a do arco. No entanto, devido à queima de elementos de liga na soldagem a laser de liga de alumínio. O que afeta o efeito de fortalecimento da liga, ainda existe um problema de amolecimento na soldagem da liga de alumínio. Reduzindo assim as juntas de soldagem de liga de alumínio. força. Portanto, o principal problema da soldagem a laser de liga de alumínio é controlar os defeitos de solda e melhorar o desempenho das juntas soldadas.
Tecnologia de controle de defeitos de soldagem a laser de liga de alumínio
Sob a ação de um laser de alta potência, os principais defeitos da soldagem de penetração profunda a laser de liga de alumínio são os poros, colapso da superfície e corte inferior. Entre eles, o colapso da superfície e defeitos de corte inferior podem ser melhorados por soldagem de enchimento de arame a laser ou soldagem híbrida a arco a laser; O controle do defeito estomático é mais difícil.
Os resultados de pesquisas existentes mostram que: Existem dois tipos de poros característicos na soldagem de penetração profunda a laser de ligas de alumínio. Um são os poros metalúrgicos, que são poros de hidrogênio causados pela poluição do material ou intrusão de ar durante o processo de soldagem, como a soldagem por fusão a arco; a outra é um processo Os poros são causados pelas flutuações instáveis dos pequenos orifícios inerentes ao processo de soldagem de penetração profunda a laser.
No processo de soldagem de penetração profunda a laser, o pequeno orifício geralmente fica atrás do movimento do feixe devido ao efeito viscoso do metal líquido. Seu diâmetro e profundidade são afetados pelo plasma / vapor metálico e flutuam. Com o movimento do feixe e o fluxo do metal fundido da piscina, o orifício Na soldagem de penetração profunda com penetração, bolhas aparecem na ponta do pequeno orifício devido ao fluxo de metal da poça fundida, enquanto na soldagem de penetração profunda com penetração total, bolhas aparecem na cintura, no meio do pequeno orifício. As bolhas migram e rolam com o fluxo do metal líquido, ou escapam da superfície da poça fundida ou são empurradas de volta para pequenos orifícios. Quando as bolhas são solidificadas pela poça de fusão e capturadas pela parte frontal do metal, elas se tornam poros de fusão.
Obviamente, os poros metalúrgicos são controlados principalmente pelo controle de tratamento de superfície pré-soldagem e proteção de gás razoável durante a soldagem. A chave para processar poros é garantir a estabilidade dos pequenos orifícios no processo de soldagem de penetração profunda a laser. De acordo com a pesquisa da tecnologia de soldagem a laser doméstica, o controle de porosidade da soldagem de penetração profunda a laser de liga de alumínio deve considerar os vários elos antes da soldagem, processo de soldagem e tratamento pós-soldagem. Em resumo, existem os seguintes novos processos e novas tecnologias.
1. Método de tratamento pré-soldagem
O tratamento de superfície antes da soldagem é um método eficaz para controlar os poros metalúrgicos na soldagem a laser de liga de alumínio. Normalmente, os métodos de tratamento de superfície incluem limpeza física e mecânica e limpeza química. Nos últimos anos, a limpeza de choque a laser também apareceu, o que melhorará ainda mais a automação da soldagem a laser.
2. Controle de otimização de estabilidade de parâmetros
3. Soldagem a laser de ponto duplo
A soldagem a laser de ponto duplo refere-se ao processo de soldagem no qual dois feixes de laser focalizados atuam na mesma poça fundida ao mesmo tempo. No processo de soldagem de penetração profunda a laser, o fechamento instantâneo para selar o gás no pequeno orifício da poça de fusão é um dos principais motivos para a formação dos poros de solda. Quando a soldagem a laser de ponto duplo é usada, devido à ação das duas fontes de luz, a grande abertura do pequeno orifício é propícia para o escape de vapor de metal interno e também é benéfica para a estabilidade do pequeno orifício. reduzindo a porosidade da costura de soldagem. Pesquisas sobre soldagem a laser de ligas de alumínio A356, AA5083, 2024 e 5A90 mostraram que a soldagem a laser de ponto duplo pode reduzir significativamente os poros da solda.
4. Soldagem híbrida a arco a laser
A soldagem híbrida a arco a laser é um método de soldagem no qual o laser e o arco são aplicados à mesma poça fundida. Geralmente, o laser é a principal fonte de calor e a interação entre o laser e o arco é usada para aumentar a penetração da soldagem a laser e a velocidade de soldagem, e reduzir a precisão da montagem da soldagem. O uso de arame de adição para controlar a estrutura e desempenho da junta soldada, e o efeito auxiliar do arco para melhorar a estabilidade do furo de solda a laser, ajudando assim a reduzir os poros da solda. No processo de soldagem híbrida a arco a laser, o arco afeta a nuvem de vapor metálico / plasma induzida pelo processo a laser, o que é benéfico para a absorção da energia do laser pelo material e a estabilidade do pequeno orifício. Os resultados da pesquisa da costura de soldagem a laser de liga de alumínio soldagem a arco híbrido também confirmou seu efeito.
5. Soldagem a laser de fibra
O efeito de furo de alfinete do processo de soldagem com penetração profunda a laser origina-se da forte vaporização do metal sob a ação do laser. A energia do vapor de vaporização do metal está intimamente relacionada à densidade da energia do laser e à qualidade do feixe. O que não afeta apenas a profundidade de penetração da soldagem a laser, mas também afeta a estabilidade do pequeno orifício. A pesquisa sobre o laser de fibra de alta potência de aço inoxidável SUS304 mostrou que a poça de fusão foi alongada durante a soldagem de alta velocidade. O respingo foi suprimido, a flutuação do pequeno orifício foi estável. Não houve geração de bolhas na ponta do pequeno buraco.
Quando o laser de fibra é usado para soldagem de alta velocidade de liga de titânio e liga de alumínio. As mesmas soldas sem porosidade podem ser obtidas. A pesquisa de Allen sobre a tecnologia de controle de gás de proteção para soldagem a laser de fibra de liga de titânio. Ele mostrou que controlar a posição do gás de proteção de soldagem pode evitar que o gás seja envolvido. Reduz o tempo de fechamento do furo, estabiliza o furo de soldagem e altera o comportamento de solidificação da poça fundida, reduzindo assim a porosidade da costura de soldagem.
6. Soldagem a laser de pulso
Em comparação com a soldagem a laser contínua, a saída do laser adota uma saída pulsante, que pode promover o fluxo periódico e estável da poça fundida, o que leva ao escape de bolhas na poça fundida e reduz os poros da solda. O efeito sobre a porosidade e o desempenho das soldas de aço inoxidável SUS 304L e liga de alta temperatura Inconel 690 mostra que: para soldagem a laser de pulso de onda quadrada, quando a potência de base é 1700w, conforme a amplitude de pulso ΔP aumenta, a porosidade da solda diminui. Entre eles, a porosidade do aço inoxidável foi reduzida de 2,1% para 0,5%, e a porosidade das superligas foi reduzida de 7,1% para 0,5%.
Tecnologia de tratamento de compósitos após a soldagem
Em aplicações reais de engenharia, mesmo que o tratamento de superfície rigoroso seja realizado antes da soldagem, o processo de soldagem é estável e a soldagem a laser de liga de alumínio inevitavelmente produzirá poros de solda. Portanto, é muito importante usar o tratamento pós-soldagem para eliminar os poros. . Atualmente, este método é principalmente a soldagem modificada. A tecnologia de prensagem isostática a quente é um dos métodos para eliminar a porosidade interna e a porosidade de contração em peças fundidas de liga de alumínio. É combinado com o tratamento térmico de estresse após a soldagem a laser de liga de alumínio para formar um processo composto composto de prensagem isostática a quente e tratamento térmico de componentes de soldagem a laser de liga de alumínio. O que elimina ambos Os poros de solda melhoram o desempenho da junta.
Devido às características da liga de alumínio, ainda existem muitos problemas na aplicação da soldagem a laser de alta potência que precisam ser estudados em profundidade. O principal problema é controlar os defeitos dos poros da solda e melhorar a qualidade da soldagem. O controle de engenharia da porosidade na soldagem a laser de liga de alumínio deve considerar todos os aspectos de forma abrangente. Inclui soldagem, processo de soldagem e tratamento pós-soldagem, de modo a melhorar a estabilidade do processo de soldagem. Muitas novas tecnologias e processos foram derivados disso, como a limpeza a laser antes da soldagem. Otimização do controle de relação de largura traseira do parâmetro do processo de soldagem, soldagem a laser de feixe duplo, soldagem híbrida a arco a laser, soldagem a laser de pulso e soldagem a laser de fibra.
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