Alumiiniseoksen laserhitsaus: prosessihaasteet, parametrit ja vikojen hallinta

Alumiiniseoksia on kaikkialla nykyaikaisessa valmistuksessa:{0}}sähköajoneuvojen akkuhyllyissä, ilmailurakenteissa, elektroniikkakoteloissa ja lämmönvaihtimissa. Niiden lujuus--painosuhde on erinomainen, mutta sama keveys tekee niistä yhden vaikeimmista laserilla liitettävistä materiaaleista.

Toisin kuin teräs, alumiini heijastaa suuren osan tulevasta laservalosta huoneenlämpötilassa, johtaa lämpöä nopeasti pois ja kantaa kestävää alumiini{0}}oksidikuorta, joka vangitsee vetyä ja muuttaa sulamis-altaan kemiaa. Nämä ominaisuudet eivät tee alumiinista "ei--hitsattavaa" laserilla. ne yksinkertaisesti pakottavat insinöörit käsittelemään aallonpituutta, säteen laatua, metalliseoksen valintaa, pinnan kuntoa ja suojakaasua yhtenä kytkettynä järjestelmänä. Jos olet uusi prosessissa, meidänlaserhitsauskoneiden toimintaperiaateselittää, kuinka palkin ja materiaalin vuorovaikutus luo hitsisulan alun perin. Katso laajempi kuva siitä, mitkä metallit käyttäytyvät samalla tavalla, katso meidänmateriaalien yhteensopivuusopas laserhitsaukseen.

Tämä opas keskittyy käytännön päätöksiin, joilla erotetaan toistettava alumiinilaserhitsaus huokoisuutta ja halkeamia täynnä olevasta kosmeettisesta helmistä.

Laserlähteen valinta on ensimmäinen suodatin kaikissa alumiinin hitsaussovelluksissa. Kaikki teolliset laserit eivät liity hyvin alumiiniin.

CO₂-laserit (10,6 µm)historiallisesti kamppaillut paljaalla alumiinilla, koska sula altaan heijastaa voimakkaasti tällä aallonpituudella ja plasmasuojaus voi keskeyttää energian toimituksen. Nykyään ne ovat harvoin ensisijainen valinta alumiinin syväläpihitsaukseen, vaikka niitä käytetään edelleen erikoistuneissa juotos- tai päällystyslevysovelluksissa.

Nd:YAG-, kuitu-, levy- ja suora{0}}diodilaserit (~1 µm)hallitsevat alumiinimyymälän kerrosta. 1 µm:n kohdalla alkuperäinen heijastavuus on pienempi kuin monet olettavat, ja avaimenreiän muodostuessa absorptiokyky nousee jyrkästi. Kuitu- ja levylaserit lisäävät kirkkautta, erinomaista sähkötehokkuutta ja joustavaa kuidun toimitusta, minkä vuoksi ne ovat oletuksena nopeille alumiiniliitoksille-auto- ja akkutuotannossa.

Puolijohdelaserit (diodi).valitaan usein lämmönjohtavuus{0}}prosesseihin, kuten juottamiseen. Ajoneuvojen lämmön-vaihtimen-sovelluksissa diodilaser voi sulattaa täytelangan tai juotoseoksen muodostaen matalan-huokoisuuden liitoksen ilman huokoisuutta aiheuttavaa syvää-avaimenreikädynamiikkaa.

Jos tuotantolinjasi toimii 24/7 ja priorisoi nopeuden 5xxx- tai 6xxx-osille,kuitulaserhitsausjärjestelmät tuotantolinjoillekattavat tehoalueet, säteen{0}}toimitusvaihtoehdot ja automaatioliitännät. Mikro-liitokset tai lämpö-herkät kokoonpanot, aQCW lähes{0}}jatkuvaaaltohitsausalustatuottaa millisekunnin huippupulsseja alhaisella keskimääräisellä lämmöntuonnilla, ja meidänQCW-lasertekniikka ja huippu{0}}tehodynamiikan opaskäydään läpi, miten huipputeho ja kuormitussuhde ovat vuorovaikutuksessa.

Seoksen valinta on yhtä tärkeää kuin laserin valinta. 5xxx-seos ja 7xxx-seos voivat käyttäytyä täysin eri materiaaleina saman palkin alla.

Taulukkoarvot ovat tyypillisiä alan ohjeita laserhitsaukselle. Tarkka käyttäytyminen riippuu luonteesta, paksuudesta, sauman suunnittelusta ja täyteainestrategiasta.

Akku-moduuli- ja virtakiskotöissä 6xxx-pursotus ja 5xxx-levyt ovat jokapäiväisiä materiaaleja. Jos mallisi yhdistää alumiinin kupari- tai nikkeliliittimiin, meidänalumiini---nikkeliakkulaserhitsauskoneon rakennettu erilaisiin-metallikielekkeisiin ja kiskosovelluksiin, joissa halkeamia-kestävät hitsausaikataulut ovat tärkeitä.

Huokoisuus on alumiinin laserhitsausten yleisin vika. Huokoset tulevat kahdesta päälähteestä: vedystä ja avaimenreiän epävakaudesta.

Vedyn huokoisuusalkaa oksidikalvosta. Al2O3 pinnalla imee kosteutta ilmakehästä, leikkausöljyistä tai liuotinjäämistä. Kun oksidi hajoaa sulatealtaassa, vapautuvalla vedyllä on korkea liukoisuus nestemäiseen alumiiniin, mutta erittäin alhainen liukoisuus kiinteään alumiiniin. Nopean jähmettymisen aikana se poistuu kuplina, jotka jäätyvät helmeen.

Avaimenreiän{0}}huokoisuustapahtuu, kun avaimenreikä heilahtelee tai romahtaa. Törmäys voi vangita suojakaasua tai metallihöyryä altaan sisään; Jos allas jähmettyy ennen kuin kupla saavuttaa pinnan, huokoset jäävät.

Räätälöity laserpulssiaaltomuoto alumiinin hitsaukseen

Hallintastrategia on siksi kolmipuolinen:

1. Puhtaat, kuivat pinnat.Rasvanpoisto ja mekaaninen tai kemiallinen oksidin poisto vähentävät vetylähdettä enemmän kuin mikään jälki{0}}hitsaus.
2. Vakaa avaimenreikä.Säteen heiluminen, tehomodulaatio tai optimoitu hitsausnopeus vähentävät romahtamistaajuutta.
3. Oikea suojaus.Argon on vakiona; heliumiseokset voivat tukahduttaa plasman ja pidentää vakaata-prosessiikkunaa.

Vian vertailu: epävakaa avaimenreikä ja huokoinen alumiinisauma

Laajempi vikaluettelo, joka sisältää roiskeita, alileikkauksia ja epätäydellisiä tunkeutumisia, on oppaassammeyleiset laserhitsausvirheet ja kenttäkorjaukset.

Kuumahalkeilu, jota kutsutaan myös jähmettymissäröilyksi, ilmenee jähmettymisen lopussa, kun dendriitin väliin jää matalan -sulamispisteen-kalvoja. Alumiinissa seosaineet, kuten kupari ja sinkki, laajentavat jähmettymisaluetta ja pidentää nestekalvojen kestoa. Kun kutistumisjännitys vetää osittain jähmettyneen liitoksen irti, aukeaa halkeama pitkin hitsin keskiviivaa tai rakeiden rajoja.

Klassiset lievennysvaiheet ovat:

• Vaihda kemiaa.Piin lisääminen 4043- tai 4047-täytelangan kautta kaventaa jäätymisaluetta ja lisää useimpien 6xxx-seosten jähmettymishalkeilun kestoa.
• Vähennä lämmöntuottoa.Alempi linjaenergia kutistaa sameaa vyöhykettä ja halkeilua aiheuttavaa lämpöjännitystä.
• Vähennä pidättymistä.Oikea kiinnitys, liitosrako ja hitsausjärjestys vähentävät kutistumisjännitystä jähmettyvässä palleessa.
• Käytä yhteensopivia pohjamateriaaleja.Jos mahdollista, vältä 2xxx- ja 7xxx-jalometallien käyttöä sulahitsauksissa ja valitse sen sijaan 5xxx tai 6xxx.

Oma artikkelimme aiheesta5 tyypillistä laserhitsausvirhettä ja ennaltaehkäisylaajentaa halkeamiskeskustelun kylmähalkeiluon, alitäyttöön ja muihin yleisiin ongelmiin.

Huoneenlämmössä paljas alumiini heijastaa noin 90 % tai enemmän 1 µm:n laservalosta. Tilanne muuttuu pinnan sulamishetkellä: absorptiokyky hyppää, muodostuu höyrykapillaari ja useat sisäiset heijastukset vangitsevat energiaa avaimenreiän sisään. Siirtyminen heijastus-dominoivasta avaimenreikä-kuumennukseen on ratkaiseva tapahtuma alumiinin laserhitsauksessa.

Koska käynnistysabsorptio on alhainen, prosessi tarvitsee lyhyen, suuren-tehotiheyden-lävistyksen avaimenreiän käynnistämiseksi. Kun hitsi on muodostettu, se voi toimia pienemmällä tehotiheydellä, mutta toimintaikkuna pysyy kapeana. Liian hidas ja avaimenreikä kasvaa epävakaaksi; liian nopeasti ja avaimenreikä painuu kokoon ennen kuin täysi tunkeutuminen on saavutettu.

Käytännön vipuja ovat mm.

• Pinnan teksturointi tai hiontanostaa alkuabsorptiokykyä.
• Tehon ramppi tai räätälöidyt pulssiaaltomuodotvälttääksesi räjähtävän höyrystymisen{0}}käynnistettäessä.
• Säteen värähtely (värähtely)laajentaa avaimenreikää ja parantaa aukkojen silloittamista.
• Defocus-hallintasäätämään energian jakautumista nivelen poikki.

Jos vertaat laserhitsausta alumiinin kaariprosesseihin, artikkelimme aiheestakädessä pidettävä laserhitsaus, joka korvaa TIG:n alumiiniseoksillanäyttää, kuinka 1 µm:n säde vaikuttaa kulkunopeuteen, lämmöntuontiin ja vääristymiin todellisissa 6xxx:n päittäisliitoksissa. Suorat perä{3}}parametrisuositukset:alumiinin päittäis-hitsausparametritsivulla luetellaan tyypilliset teho-, nopeus- ja suojausasetukset.

Laadukas-alumiinin laserhitsaus on järjestelmätulos. Yksi heikko askel heikentää viisi muuta. Käytä tätä tarkistuslistaa ennen prosessin vapauttamista tuotantoon:

1. Suojakaasu ja laitteistot.Käytä argonia tai argon-helium-seoksia. Tarkista suuttimen kulma, seisonta-ja virtausnopeus laminaarisen peiton varmistamiseksi. Turbulentti virtaus vetää ilmaa altaaseen.
2. Pinnan valmistelu.Poista öljyt ja oksidit. Säilytä puhdistetut osat valvotussa kosteudessa; uudelleen-hapetus alkaa muutamassa tunnissa.
3. Parametri asetettu.Tasapainottaa tehoa, polttoasentoa ja kulkunopeutta lejeeringin ja paksuuden mukaan. Suorita-kokeilujen-suunnittelu varsinaisella osalla, ei vain tasakupongeilla.
4. Täytestrategia.Lisää 4047/5356-johtoa, kun tarvitaan halkeamiskestävyyttä tai rakojen silloittamista. Sovita täyteaine perusseokseen ja huoltoympäristöön.
5. Kehittyneet tekniikat.Harkitse twin{0}}spot-, säteen huojuntaa tai kuuma-langansyöttöä, kun tunkeutumisen tasaisuus tai aukon sieto on kriittistä.
6. Lähetä{0}}prosessin vahvistus.Käytä silmämääräistä tarkastusta sekä röntgen- tai ultraäänitestausta kriittisten nivelten-turvallisuuden varmistamiseksi. Dokumentoi hyväksytty parametriikkuna ja käytä-prosessin aikana tapahtuvaa valodiodi- tai plasmavalvontaa poikkeaman havaitsemiseen.
7. Lämpö{0}}vyöhykkeen tarkistus.Vanhenevat-lejeeringit, kuten 6061, voivat menettää voimansa HAZ:ssa. Jos mekaaniset ominaisuudet ovat rajallisia, suunnittele liitos uudelleen tai lisää jälki-hitsauksen vanhenemisvaihe.

Soveltuvaa tapaustutkimusta varten sivumme osoitteessaalumiininen kamerakotelo laserhitsausnäyttää, kuinka nämä samat vaiheet hallitsevat vääristymiä ja kosmeettista ulkonäköä ohutseinäisissä{0}}auton osissa. Suuremman-äänenvoimakkuuden linjoille, meidänautomaattinen jatkuvatoiminen kuitulaserhitsaustyöasemaintegroi nämä ohjaimet tuotanto{0}}valmiiseen soluun.

Alumiiniseoksen laserhitsaus palkitsee menetelmällisen suunnittelun. Aloita 1 µm:n kuitu- tai levylaserilla, valitse 5xxx tai 6xxx perusmetallit mahdollisuuksien mukaan, puhdista pinnat aggressiivisesti ja stabiloi avaimenreikä tehomodulaation tai säteen värähtelyn avulla. Käsittele huokoisuutta vedyn-hallinta- ja avaimenreiän-vakausongelmana ja kuumahalkeilua kemiallisena-ja-rajoitusongelmana. Tee molemmat, ja tuloksena olevat liitokset vastaavat alumiinin keveyttä ja luotettavaa mekaanista suorituskykyä.

Kenttäkorjaus-, prototyyppi- tai pieni{0}}volyymitöihin, joissa liikkuvuus on tärkeää, a1000 W kädessä pidettävä kuitulaserhitsauskonevoi toimittaa saman säteenlaadun kannettavassa pakkauksessa. Näet koko järjestelmämme selaamallateollisuuden laserhitsauslaitteettai lähetä seos-, paksuus- ja liitosvaatimukset sovellustiimillemme prosessin arviointia varten.