Thời gian đọc ước tính: 12 phút
Với sự phát triển của công nghệ laser và công nghệ nghiên cứu phát triển hợp kim nhôm. Nghiên cứu cơ bản về công nghệ ứng dụng hàn laze trên hợp kim nhôm. Phát triển công nghệ hàn laser hợp kim nhôm mới, và mở rộng hiệu quả hơn tiềm năng ứng dụng của cấu trúc hàn laser hợp kim nhôm. Để hiểu được hàn laser hợp kim nhôm. Tình trạng ứng dụng và xu hướng phát triển của công nghệ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Phương pháp hàn laser
Hợp kim nhôm cường độ cao có độ bền riêng cao, độ cứng riêng, chống ăn mòn tốt, hiệu suất xử lý và các tính chất cơ học. Nó đã trở thành một vật liệu kim loại không thể thiếu trong sản xuất nhẹ hàng không vũ trụ, đóng tàu và các lĩnh vực vận tải khác. Trong số đó, máy bay được sử dụng nhiều nhất. . Công nghệ hàn có những ưu điểm độc đáo trong việc cải thiện tỷ lệ sử dụng của vật liệu kết cấu. Giảm trọng lượng cấu trúc và thực hiện chế tạo chi phí thấp các cấu trúc tổng thể vật liệu phức tạp và không giống nhau. Trong số đó, công nghệ hàn laser trên hợp kim nhôm đang là điểm nóng gây được nhiều sự chú ý.
So với các phương pháp hàn khác, hàn laser có ưu điểm là gia nhiệt tập trung. Thiệt hại nhiệt nhỏ, tỷ lệ co của đường hàn lớn và biến dạng hàn nhỏ. Quá trình hàn dễ dàng được tích hợp, tự động và linh hoạt, đồng thời có thể đạt được tốc độ hàn cao và độ chính xác cao. Thích hợp để hàn chính xác cao các cấu trúc phức tạp.
1. CO2 Laser khí
Môi chất làm việc là CO2 và phát ra tia laser có bước sóng 10,6μm. Theo cấu tạo kích từ tia laser được chia thành hai loại: dòng ngang và dòng dọc trục. Mặc dù công suất đầu ra của dòng chảy chéo CO2 tia laser đạt 150KW, chất lượng chùm tia kém và không thích hợp cho hàn; dòng chảy dọc trục CO2 laser có chất lượng chùm tia tốt và có thể được sử dụng để hàn các hợp kim nhôm có hệ số phản xạ laser cao.
2. Laser thể rắn YAG
Môi trường làm việc là ruby, thủy tinh neodymium, và garnet nhôm yttrium pha tạp neodymium, v.v., và bước sóng đầu ra là tia laser 1,06μm. Laser YAG dễ bị kim loại hấp thụ hơn CO2 laser và ít bị ảnh hưởng bởi plasma. Đó là truyền dẫn cáp quang, hoạt động hàn linh hoạt và khả năng tiếp cận vị trí mối hàn tốt. Nó hiện là tia laser chính để hàn kết cấu hợp kim nhôm.
3. Laser sợi quang YLR
Đây là một loại laser mới được phát triển sau năm 2002. Nó sử dụng sợi quang làm vật liệu nền, được pha tạp với các ion đất hiếm khác nhau và dải bước sóng đầu ra là khoảng 1,08μm. Nó cũng là truyền dẫn cáp quang. Tia laser sợi quang tạo ra một cuộc cách mạng trong việc sử dụng cấu trúc sợi quang kép, giúp tăng chiều dài máy bơm và cải thiện hiệu suất máy bơm, do đó làm tăng đáng kể công suất đầu ra của tia laser sợi quang. So với laser YAG, laser sợi quang YLR tuy xuất hiện muộn hơn nhưng có ưu điểm là kích thước nhỏ, chi phí vận hành thấp, chất lượng chùm tia cao, ... và công suất laser thu được cao.
Tính năng của hàn Laser hợp kim nhôm
So với hàn nhiệt hạch thông thường, hàn laser hợp kim nhôm có gia nhiệt tập trung, tỷ lệ đường hàn lớn và biến dạng cấu trúc hàn nhỏ, nhưng có một số khuyết điểm. Tóm lại, chúng là:
1. Đường kính nhỏ của điểm lấy nét laser dẫn đến yêu cầu cao về độ chính xác hàn và lắp ráp của phôi. Nói chung, khe hở lắp ráp và lượng lệch cần phải nhỏ hơn 0,1mm hoặc 10% của chiều dày tấm, điều này làm tăng khó khăn khi thực hiện kết cấu hàn ba chiều phức tạp;
2. Khi hệ số phản xạ của hợp kim nhôm đối với tia laze cao tới 90% ở nhiệt độ phòng. Quá trình hàn xuyên sâu bằng laser của hợp kim nhôm yêu cầu tia laser có công suất cao hơn. Nghiên cứu về quá trình hàn bằng tia laze của các tấm hợp kim nhôm cho thấy rằng tia laze hàn xuyên sâu vào các tấm hợp kim nhôm. Nó phụ thuộc vào ngưỡng kép của mật độ công suất laser và năng lượng đường truyền. Mật độ công suất laser và năng lượng dòng cùng hạn chế hoạt động của vũng nóng chảy trong quá trình hàn. Và cuối cùng phản ánh các đặc điểm hình thành của mối hàn. Trên đây, có thể đánh giá sự tối ưu hóa quá trình của mối hàn xuyên thấu hoàn toàn bằng tỷ lệ giữa chiều rộng của các thông số đặc trưng hình thành mối hàn;
3. Hợp kim nhôm có nhiệt độ nóng chảy thấp và tính kim loại lỏng tốt. Nó tạo ra sự hóa hơi kim loại mạnh dưới tác dụng của tia laser công suất cao. Đám mây plasma hơi / quang kim loại được hình thành do hiệu ứng lỗ nhỏ trong quá trình hàn ảnh hưởng đến năng lượng laser của hợp kim nhôm. Sự hấp thụ crom gây ra sự không ổn định của quá trình hàn xuyên sâu. Mối hàn dễ bị các khuyết tật như rỗ, xẹp bề mặt, cắt xén, v.v ...;
4. Hàn laser có tốc độ làm nóng và nguội nhanh. Độ cứng của mối hàn cao hơn độ cứng của hồ quang. Tuy nhiên, do sự đốt cháy các nguyên tố hợp kim trong quá trình hàn laser hợp kim nhôm. Trong đó ảnh hưởng đến tác dụng tăng cường của hợp kim, vẫn còn có vấn đề mềm trong mối hàn của hợp kim nhôm. Từ đó làm giảm các mối nối hàn hợp kim nhôm. sức lực. Vì vậy, vấn đề chính của hàn laser hợp kim nhôm là kiểm soát khuyết tật mối hàn và cải thiện hiệu suất của các mối hàn.
Công nghệ kiểm soát khuyết tật của hàn laser hợp kim nhôm
Dưới tác động của tia laser công suất cao, các khuyết điểm chính của quá trình hàn cắt bằng tia laser hợp kim nhôm là lỗ rỗng, bề mặt xẹp và vết cắt. Trong số đó, sự sụp đổ bề mặt và các khuyết tật đường cắt có thể được cải thiện bằng cách hàn đắp dây bằng laser hoặc hàn lai hồ quang bằng laser; Kiểm soát khiếm khuyết khí khổng khó hơn.
Các kết quả nghiên cứu hiện có cho thấy: có hai dạng lỗ rỗng đặc trưng trong hàn xuyên sâu bằng laser của hợp kim nhôm. Một là lỗ xốp luyện kim, là lỗ rỗng hydro do ô nhiễm vật liệu hoặc không khí xâm nhập trong quá trình hàn, giống như hàn nung chảy hồ quang; còn lại là một quá trình Các lỗ rỗng là do sự dao động không ổn định của các lỗ nhỏ vốn có trong quá trình hàn xuyên sâu bằng laser.
Trong quá trình hàn xuyên sâu bằng laser, lỗ nhỏ thường bị trễ hơn so với chuyển động của chùm tia do hiệu ứng nhớt của kim loại lỏng. Đường kính và độ sâu của nó bị ảnh hưởng bởi plasma / hơi kim loại và dao động. Với sự chuyển động của chùm tia và dòng chảy của kim loại vũng nóng chảy, lỗ Trong hàn xuyên sâu, các bong bóng xuất hiện ở đầu lỗ nhỏ do dòng chảy kim loại của vũng nóng chảy, trong khi hàn xuyên sâu, bong bóng xuất hiện ở eo giữa lỗ nhỏ. Các bong bóng di chuyển và lăn theo dòng chảy của kim loại lỏng, hoặc thoát ra khỏi bề mặt của bể nóng chảy, hoặc bị đẩy trở lại các lỗ nhỏ. Khi các bong bóng bị đông đặc bởi vũng nóng chảy và bị bắt bởi mặt trước kim loại, chúng trở thành các lỗ hàn.
Rõ ràng, các lỗ xốp luyện kim chủ yếu được kiểm soát bởi việc kiểm soát xử lý bề mặt trước khi hàn và bảo vệ khí hợp lý trong quá trình hàn. Chìa khóa để xử lý lỗ rỗng là đảm bảo sự ổn định của các lỗ nhỏ trong quá trình hàn xuyên sâu bằng laser. Theo nghiên cứu của công nghệ hàn laser trong nước, việc kiểm soát độ xốp khi hàn sâu bằng laser của hợp kim nhôm cần xem xét toàn diện các liên kết khác nhau trước khi hàn, quá trình hàn và xử lý sau hàn. Tóm lại, có những quy trình mới và công nghệ mới sau đây.
1. Phương pháp xử lý trước khi hàn
Xử lý bề mặt trước khi hàn là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát các lỗ rỗng luyện kim trong hàn laser hợp kim nhôm. Thông thường, các phương pháp xử lý bề mặt bao gồm làm sạch cơ lý và làm sạch bằng hóa chất. Trong những năm gần đây, làm sạch bằng tia laze cũng đã xuất hiện, điều này sẽ cải thiện hơn nữa tính tự động hoá của hàn laze.
2. Kiểm soát tối ưu hóa độ ổn định thông số
3. Hàn điểm đôi
Hàn laser hai điểm đề cập đến quá trình hàn trong đó hai chùm tia laser hội tụ tác động vào cùng một vũng nóng chảy cùng một lúc. Trong quá trình hàn xuyên sâu bằng tia laser, việc đóng tức thời để bịt kín khí trong lỗ nhỏ trong vũng nóng chảy là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến việc hình thành các lỗ rỗng mối hàn. Khi hàn laser hai điểm được sử dụng, do tác động của hai nguồn sáng, lỗ nhỏ mở lớn dẫn đến thoát hơi kim loại bên trong, đồng thời có lợi cho sự ổn định của lỗ nhỏ, do đó. giảm độ rỗng đường hàn. Các nghiên cứu về hàn laser hợp kim nhôm A356, AA5083, 2024 và 5A90 đã chỉ ra rằng hàn laser điểm đôi có thể làm giảm đáng kể các lỗ rỗng của mối hàn.
4. Hàn lai hồ quang laze
Hàn kết hợp hồ quang laze là một phương pháp hàn trong đó tia laze và hồ quang được áp dụng cho cùng một vũng nóng chảy. Nói chung, tia laser là nguồn nhiệt chính và sự tương tác giữa tia laser và hồ quang được sử dụng để tăng độ xuyên thấu và tốc độ hàn của tia laser, đồng thời làm giảm độ chính xác của cụm hàn. Việc sử dụng dây phụ để kiểm soát cấu trúc và hiệu suất của mối hàn, và tác dụng phụ của hồ quang để cải thiện độ ổn định của lỗ hàn laser, do đó giúp giảm lỗ rỗng mối hàn. Trong quy trình hàn kết hợp hồ quang laser, hồ quang ảnh hưởng đến đám mây hơi / plasma kim loại do quá trình laser tạo ra, điều này có lợi cho sự hấp thụ năng lượng laser của vật liệu và sự ổn định của lỗ nhỏ. Kết quả nghiên cứu đường hàn laser hợp kim nhôm hàn hồ quang cũng đã khẳng định tác dụng của nó.
5. Hàn sợi quang
Hiệu ứng lỗ kim của quá trình hàn xuyên sâu bằng laser bắt nguồn từ quá trình hóa hơi mạnh của kim loại dưới tác dụng của tia laser. Công suất hơi nước hóa hơi kim loại có quan hệ mật thiết với mật độ công suất laser và chất lượng chùm tia. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến độ sâu thâm nhập của hàn laser mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định của lỗ nhỏ. Nghiên cứu về tia laser sợi quang công suất cao bằng thép không gỉ SUS304 cho thấy vũng nung chảy bị kéo dài ra trong quá trình hàn tốc độ cao. Spatter bị dập tắt, dao động của lỗ nhỏ ổn định. Không có bong bóng tạo ra ở đầu của lỗ nhỏ.
Khi laser sợi quang được sử dụng để hàn tốc độ cao hợp kim titan và hợp kim nhôm. Có thể thu được các Mối hàn tương tự không có độ xốp. Nghiên cứu của Allen về công nghệ kiểm soát khí che chắn cho hàn laser sợi hợp kim titan. Nó cho thấy rằng việc kiểm soát vị trí của khí che chắn hàn có thể ngăn chặn khí tham gia. Giảm thời gian đóng lỗ, ổn định lỗ hàn và thay đổi hành vi đông đặc của vũng nóng chảy, do đó Giảm độ xốp của đường hàn.
6. Hàn Laser xung
So với hàn laser liên tục, đầu ra laser sử dụng đầu ra xung, có thể thúc đẩy dòng chảy tuần hoàn và ổn định của vũng nóng chảy, có lợi cho việc thoát bong bóng trong vũng nóng chảy và giảm các lỗ rỗng của mối hàn. Ảnh hưởng đến độ xốp và hiệu suất mối hàn của thép không gỉ SUS 304L và hợp kim nhiệt độ cao Inconel 690 cho thấy: đối với hàn laser xung sóng vuông, khi công suất cơ bản là 1700w, khi biên độ xung ΔP tăng, độ xốp mối hàn giảm. Trong số đó, độ xốp của thép không gỉ giảm từ 2,1% xuống 0,5%, và độ xốp của siêu hợp kim giảm từ 7,1% xuống 0,5%.
Công nghệ xử lý composite sau khi hàn
Trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, ngay cả khi xử lý bề mặt nghiêm ngặt trước khi hàn, quá trình hàn ổn định, và hàn laser hợp kim nhôm chắc chắn sẽ tạo ra các lỗ hàn. Vì vậy, việc sử dụng phương pháp điều trị sau hàn để loại bỏ lỗ chân lông là vô cùng quan trọng. . Phương pháp này hiện nay chủ yếu là hàn sửa đổi. Công nghệ ép đẳng nhiệt là một trong những phương pháp loại bỏ độ rỗng bên trong và độ rỗng do co ngót trong vật đúc hợp kim nhôm. Nó được kết hợp với xử lý nhiệt ứng suất sau khi hàn laser hợp kim nhôm để tạo thành một quy trình tổng hợp bao gồm ép đẳng nhiệt nóng và xử lý nhiệt các thành phần hàn laser hợp kim nhôm. Điều này giúp loại bỏ cả hai. Các lỗ hàn cải thiện hiệu suất của khớp.
Do đặc tính của hợp kim nhôm nên việc ứng dụng hàn laser công suất lớn vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu sâu. Vấn đề chính là kiểm soát khuyết tật lỗ rỗ mối hàn và nâng cao chất lượng mối hàn. Việc kiểm soát kỹ thuật độ xốp trong hàn laser hợp kim nhôm nên xem xét toàn diện tất cả các khía cạnh. Nó bao gồm quá trình hàn, quá trình hàn và xử lý sau hàn, để cải thiện sự ổn định của quá trình hàn. Nhiều công nghệ và quy trình mới đã ra đời từ đó, chẳng hạn như làm sạch bằng tia laze trước khi hàn. Tối ưu hóa kiểm soát tỷ lệ chiều rộng thông số quá trình hàn, hàn laser chùm tia kép, hàn lai hồ quang laser, hàn laser xung và hàn laser sợi quang.
Khá hữu dụng! Tôi có thể chuyển nó đến blog của tôi không?
Phải, tất nhiên