در حال حاضر با افزایش پیچیدگی خط لوله خودرو، نقاط جوش بیشتر و بیشتر، ناگزیر مشکلات جوش شعله زیادی را به همراه دارد، البته هر روش جوشکاری مزایا و معایب خاص خود را دارد. این مقاله به تجزیه و تحلیل امکان سنجی خط لوله تهویه مطبوع جوشکاری لیزری می پردازد.
نحوه حل مشکل جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم
امروزه جوشکاری لیزری به طور گسترده در صنعت ماشینکاری استفاده می شود. علاوه بر این، فناوری لیزر همچنین دارای ویژگی های ورودی گرمای جوشکاری کوچک، نفوذ ناحیه حرارتی جوشکاری کوچک، تغییر شکل آسان و غیره است. بنابراین، در زمینه جوشکاری آلیاژ آلومینیوم مورد توجه ویژه قرار گرفته است.
از سوی دیگر، با توجه به ویژگی های پردازش آلیاژ آلومینیوم، برخی از مشکلات جوشکاری در جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم وجود دارد. چگونه این مشکلات را حل کنیم؟
مشکل 1: آلیاژ آلومینیوم سرعت جذب لیزر پایینی دارد.
این مشکل عمدتا به دلیل مواد آلیاژ آلومینیوم است. به دلیل انعکاس اولیه بالا و هدایت حرارتی بالای آلیاژ آلومینیوم به پرتو لیزر، آلیاژ آلومینیوم قبل از ذوب شدن پرتو لیزر جذب کمی دارد. آلیاژهای آلومینیوم به دلیل چگالی بالای الکترونهای آزاد درون آلیاژ آلومینیوم در حالت جامد، اثر بازتابی قوی بر نور لیزر دارند که تمایل به برهمکنش با فوتونهای پرتو و بازتاب انرژی را دارد. مطالعات نشان داده است که بازتاب آلیاژهای آلومینیوم برای لیزرهای گازی CO2 تا 90 درصد و برای لیزرهای جامد نزدیک به 80 درصد است. در عین حال، آلیاژهای آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی قوی هستند و در نتیجه جذب کم نور لیزر توسط آلیاژهای آلومینیوم می شود. بنابراین باید اقدامات مناسبی برای بهبود جذب نور لیزر توسط آلیاژهای آلومینیوم انجام شود.
برای این مشکل، راه حل عمدتا شامل جنبه های زیر است.
1. پیش تصفیه سطحی مواد آلیاژ آلومینیوم. آلیاژ آلومینیوم پاسخ لیزری بالایی دارد. پیش تصفیه مناسب سطح آلیاژ آلومینیوم، مانند اکسیداسیون آندی، پرداخت الکترولیتی، سندبلاست، سندبلاست و غیره می تواند به طور قابل توجهی جذب انرژی تابشی روی سطح را بهبود بخشد. مطالعات نشان داده است که تمایل به تبلور آلیاژ آلومینیوم پس از حذف لایه اکسیدی بیشتر از آلیاژ آلومینیوم اصلی است. برای اینکه سطح آلیاژ آلومینیوم از بین نرود، فرآیند جوشکاری لیزر را ساده کنید، می توانید از فرآیند جوشکاری برای افزایش دمای سطح قطعه کار برای بهبود جذب لیزر استفاده کنید.
2. اندازه نقطه را کاهش دهید و چگالی توان لیزر را افزایش دهید. با افزایش چگالی توان لیزر برای بهبود جذب آلیاژ آلومینیوم به لیزر. افزایش چگالی توان لیزر باعث می شود که حوضچه مذاب جوشکاری یک اثر سوراخ کوچک ایجاد کند، که می تواند تا حد زیادی میزان جذب لیزر را افزایش دهد.
3. ساختار جوش را تغییر دهید، به طوری که پرتو لیزر بارها در شکاف منعکس شود تا جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم تسهیل شود. شکل مفصل بر جذب لیزر تاثیر می گذارد. مخروطی v و اریب مربعی برای تشکیل سوراخ کلید نسبت به اتصالات بدون اریب مساعدتر هستند، به طوری که چگالی توان لیزر افزایش مییابد و جذب لیزر آلیاژ آلومینیوم افزایش مییابد.
مشکل 2: تولید آسان تخلخل و ترک های حرارتی، فرآیند جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم مستعد تخلخل و ترک های حرارتی است.
تخلخل شایع ترین و مهم ترین نوع عیب در جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم است. انواع تخلخل را می توان به 2 دسته تقسیم کرد.
یک کلاس به دلیل جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم در فرآیند خنکسازی، حلالیت هیدروژن به شدت کاهش مییابد، محتوای هیدروژن آلیاژ آلومینیوم حالت مذاب تا {0}}.69 میلیلیتر/100 گرم، انجماد خنککننده محتوای هیدروژن آلیاژ آلومینیوم 0.036 است. میلی لیتر / 100 گرم، رسوب هیدروژن بیش از حد اشباع و تشکیل منافذ هیدروژن. علاوه بر این، لایه ای از فیلم اکسید روی سطح آلیاژ آلومینیوم وجود دارد و آب کریستالی روی سطح آلیاژ آلومینیوم، هوا و رطوبت موجود در گاز محافظ مستقیماً در طول جوشکاری به هیدروژن تجزیه می شود. این منافذ هیدروژن در فرآیند خنکسازی سریع جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم فرار میکنند و در جوش باقی میمانند تا منافذ هیدروژن را تشکیل دهند.
دسته دیگر به دلیل فرآیند جوشکاری لیزری ناشی از ناپایداری و فروپاشی سوراخ کلید است، فلز مایع برای پر کردن سوراخ های تشکیل شده بسیار دیر است. تخلخل بیش از حد باعث کاهش چگالی جوش، کاهش ظرفیت باربری اتصال می شود و باعث می شود استحکام و انعطاف پذیری اتصال درجات کاهش متفاوتی داشته باشد.
کاهش جوشکاری لیزر آلیاژ آلومینیوم در عیوب تخلخل در تعدادی از اقدامات مانند تغییر مسیر راه رفتن پرتو لیزر، استفاده از نوسان پرتو به حوضچه مذاب برای هم زدن، افزایش احتمال تخلخل خارج شده از سطح، استفاده از سیم پرکننده یا پودر آلیاژ پرکننده و همچنین استفاده از فناوری دو نقطه ای و جوشکاری کامپوزیت لیزری و سایر اقدامات را می توان برای کاهش اثر تخلخل به دست آورد، اما حذف آن از ریشه دشوار است. رسانایی حرارتی آلومینیوم با توجه به مواد آلیاژ آلومینیوم، ضخامت و وضعیت سطح در فرآیند جوشکاری برای تنظیم شکل موج قدرت لیزر نسبتا خوب است. همانطور که در شکل قبل از نوک شکل موج برای جوشکاری نشان داده شده است، همچنین می تواند قبل از گرمایش پس از عایق شکل موج برای جوشکاری استفاده شود، برای کاهش نقطه دمیدن و تخلخل نقش خاصی دارد. این می تواند فروپاشی ناپایدار منافذ را کاهش دهد، زاویه تابش پرتو لیزر را تغییر دهد و میدان مغناطیسی را در جوشکاری اعمال کند، اما همچنین می تواند به طور موثر منافذ تولید شده در طول فرآیند جوشکاری را کنترل کند.
دلایل ترک حرارتی در جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم عمدتاً به ویژگی های خاص و فرآیند جوشکاری آن مربوط می شود. انقباض انجماد آلیاژ آلومینیوم (تا 5٪)، تنش جوشکاری و تغییر شکل، و فلز جوش در تبلور در امتداد مرزهای دانه، یک سازمان یوتکتیک نقطه ذوب پایین ایجاد می کند، به طوری که مرزهای دانه از نیروی پیوند در تنش کششی ضعیف می شود. تحت عمل تشکیل ترک های داغ.
اتخاذ روش پر کردن سیم یا پودر آلیاژ می تواند تمایل به ترک گرم را کاهش دهد و کنترل سرعت گرمایش و سرمایش با تنظیم پارامترهای فرآیند جوشکاری نیز می تواند تمایل به ترک گرم را کاهش دهد. هنگام استفاده از لیزر YAG، گرمای ورودی را می توان با تنظیم شکل موج پالس برای به حداقل رساندن ترک خوردگی کریستال کنترل کرد.
مشکل 3: کاهش خواص مکانیکی پیوندهای جوش داده شده - نرم شدن
سوختن از دست دادن عناصر آلیاژی در طول فرآیند جوشکاری، خواص مکانیکی پیوندهای جوش داده شده با آلیاژ آلومینیوم را کاهش می دهد.
"نرم شدن" پدیده کاهش استحکام و سختی اتصالات جوشی است. هنگامی که جوشکاری لیزری از اتصالات آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود، بافت جوش و ناحیه متاثر از حرارت اتصالات جوش داده شده مشکل نرم شدن یکسانی دارند. تعداد زیادی از مطالعات نشان داده اند که از بین بردن اساسی پدیده نرم شدن جوشکاری آلیاژ آلومینیوم دشوار است، اما در مقایسه با جوشکاری محافظ گاز، جوشکاری لیزری به دلیل کاهش ورودی گرما، به طوری که منطقه نرم شدن جوش باریک تر است. جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم و الکترود ذوب با گاز محافظ جوشکاری در مقایسه با اتصالات لیزری، درجه "نرم شدن" کمتر است و با افزایش سرعت جوشکاری و افزایش استحکام کششی. پلاسما در فرآیند جوشکاری تاثیر انرژی یونیزاسیون عنصر آلومینیوم کم است، جوش لیزری به احتمال زیاد پلاسمای فلزی تشکیل می دهد، پلاسما ناشی از شکست لیزر، انحراف، در نتیجه تغییر نقطه کانونی موقعیت پرتو لیزر، بنابراین که نسبت عمق جوش کاهش می یابد و کیفیت اتصالات جوش داده شده را تحت تأثیر قرار می دهد. برای کاهش انبساط پلاسما در جهت ارتفاع پرش، از روش پودر از پیش قرار داده شده روی سطح قطعه کار استفاده کنید، به طوری که پلاسما روی سطح قطعه کار بتواند پایداری نسبی دامنه پرش را حفظ کند.
منافذ ناپایدار در فرآیند جوشکاری آلیاژ آلومینیوم منجر به کاهش خواص مکانیکی اتصال جوش شده می شود. آلیاژ آلومینیوم عمدتا شامل روی، منیزیم و آل است. در فرآیند جوشکاری، نقطه جوش آلومینیوم بالاتر از دو عنصر دیگر است. بنابراین هنگام جوشکاری عناصر آلیاژی آلومینیوم می توان برخی از عناصر آلیاژی با نقطه جوش کم اضافه کرد که منجر به ایجاد سوراخ های کوچک و استحکام جوش می شود.
تکنولوژی جوش لیزری دو آلیاژ آلومینیوم
جوشکاری لیزری خود ذوب 1 آلیاژ آلومینیوم
جوشکاری خود ذوب لیزری به پرتو لیزر با چگالی بالا به عنوان یک منبع گرما، ضربه به سطح مواد پایه اشاره دارد، به طوری که خود مواد پایه ذوب می شود، شکل گیری اتصالات جوش داده شده روش جوشکاری. برای جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم، سطح آلیاژ آلومینیوم از بازتاب لیزر بالا است، جوشکاری به قدرت لیزر بیشتری نیاز دارد. قطر نقطه لیزر کوچک است، دقت مورد نیاز ابزار جوشکاری بالا است، مقدار تحمل شکاف قطعات کم است، معمولاً به مقدار شکاف قطعات 0.2 میلی متر زیر نیاز دارد. فرآیند جوشکاری سرعت گرمایش و سرمایش، نقص تخلخل جوش، چگالی انرژی لیزر متمرکز می شود، اثر سوراخ کلید به راحتی منجر به مقعر جوش و پدیده لبه های گاز گرفتن می شود. پدیده لبه گاز گرفتن، بنابراین پارامترهای فرآیند جوشکاری دارای الزامات بالایی است. جوشکاری خود ذوب لیزری در جوشکاری آلیاژ آلومینیوم نشان دهنده مزایای کیفیت جوش خوب، سرعت جوش سریع و اتوماسیون آسان است و به طور گسترده در صنعت خودرو استفاده می شود. در صنعت خودروهای الکتریکی، آب بندی پوسته باتری قدرت عمدتاً در جوشکاری لیزری خود ذوب آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. یک وسیله نقلیه انرژی جدید در بدنه آلومینیومی، مونتاژ درب و کنار اجزای ساختاری جوش نیز در جوشکاری همجوشی لیزری آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود.
2 جوش سیم پرکننده لیزری آلیاژ آلومینیوم
جوشکاری سیم پرکننده لیزری در لیزر هنوز به عنوان منبع حرارت اصلی برای ذوب فلز جوش داده شده است، اما استفاده از دستگاه تغذیه خودکار سیم به حوضچه مذاب به طور مداوم به فلز پرکننده برای رسیدن به فرآیند اتصال متالورژیکی تغذیه می شود. در مقایسه با جوش خود ذوب لیزری، جوشکاری سیم پرکننده لیزری با پر کردن سیم از ترکیبات مختلف، برای بهبود خواص متالورژیکی جوش، برای جلوگیری از ایجاد ترک های حرارتی و تخلخل جوش، الزامات دقت شکاف فرآیند جوشکاری را کاهش می دهد. و برای بهبود پایداری فرآیند جوشکاری و خواص مکانیکی اتصالات.
جوشکاری سیم پرکننده لیزری آلیاژ آلومینیوم دارای ویژگی های کیفیت ظاهری خوب است، دقت شکاف فرآیند نسبت به جوشکاری خود ذوب لیزری شلتر است و غیره. معمولاً در سطح ظاهری بدنه مانند بین پوشش بالایی و محفظه جانبی اعمال می شود. ، و بین پانل های بالایی و پایینی صفحه بیرونی پوشش محفظه چمدان. همچنین مدل هایی برای به دست آوردن کیفیت جوش بالاتر و استفاده از جوش سیم پرکننده لیزری برای جوشکاری درب های آلیاژ آلومینیوم وجود دارد.
جوشکاری کامپوزیت قوس الکتریکی 3 آلیاژ آلومینیوم
جوشکاری کامپوزیت با قوس لیزری، لیزر و قوس ۲ نوع خواص فیزیکی است، مکانیسم انتقال انرژی با کامپوزیت منبع حرارت بسیار متفاوت است و با هم در نقش قطعه کار جوش داده شده، نه تنها به ۲ نوع گرما بازی کامل میکند. منبع مزیت های مربوطه خود هستند، بلکه کاستی های یکدیگر را نیز جبران می کنند. در جوشکاری کامپوزیت لیزری آلیاژ آلومینیوم، قوس می تواند منبع حرارت لیزر را هدایت کند، آلیاژ آلومینیوم را در توانایی جذب لیزر و استفاده از انرژی فرآیند جوشکاری بهبود بخشد و شکل دادن به سطح جوش را نسبت به جوشکاری خود ذوب لیزری بهبود بخشد. علاوه بر این، معرفی قوس می تواند تا حد زیادی دقت نصب قطعه کار جوش داده شده را کاهش دهد، در حالی که قوس اثر رقت بر پلاسمای جوش لیزری دارد که می تواند اثر محافظ پلاسما را بر روی لیزر کاهش دهد. لیزر نقش مهمی در تثبیت قوس دارد، به طوری که می توان قوس را در جوشکاری با سرعت بالا روی اتصال تثبیت کرد که می تواند کیفیت جوش اتصال را بهبود بخشد و سرعت جوش را افزایش دهد.
نتیجه
چگالی انرژی پرتو لیزر جوشکاری آلیاژ آلومینیوم تا 109W/cm2، در عین حال دارای مزایای گرمایش متمرکز، آسیب حرارتی، نسبت عمق و عرض جوش، تغییر شکل جوش و غیره است، فرآیند جوشکاری آسان برای ادغام، اتوماسیون، انعطاف پذیری است. می توان به جوشکاری با سرعت و دقت بالا دست یافت و فرآیند جوشکاری نیازی به محیط خلاء ندارد، اشعه ایکس تولید نمی کند، به ویژه برای جوشکاری با دقت بالا ساختارهای پیچیده مناسب است. جذاب ترین ویژگی جوش لیزری آلومینیوم راندمان بالای آن است و برای بازی کامل به این راندمان بالا باید آن را در ضخامت زیاد جوش فیوژن عمیق اعمال کرد. بنابراین، تحقیق و استفاده از لیزر پرقدرت برای جوشکاری همجوشی عمیق با ضخامت زیاد، روند اجتنابناپذیر توسعه آینده خواهد بود. جوشکاری همجوشی عمیق با ضخامت زیاد پدیده سوراخ پینهول و تأثیر آن بر تخلخل جوش را برجسته میکند، بنابراین مکانیسم تشکیل و کنترل سوراخها روز به روز محبوبتر میشود و به یک موضوع داغ نگرانی و تحقیق عمومی در صنعت تبدیل میشود.
بهبود پایداری فرآیند جوشکاری لیزری، تشکیل جوش و کیفیت جوش اهدافی است که دنبال می شود. بنابراین، فناوری های جدید مانند فرآیند کامپوزیت قوس لیزری، جوش لیزری سیم پرکننده، جوش لیزری پودری غیر از پیش تعیین شده، فناوری فوکوس دوگانه، شکل دهی پرتو و غیره بیشتر بهبود یافته و توسعه خواهند یافت.
