Tobulėjant lazerinėms technologijoms ir aliuminio lydinių kūrimo technologijoms, ypač svarbu toliau vykdyti pagrindinius aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo taikymo technologijos tyrimus, kurti naują aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo technologiją ir efektyviau plėsti aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo taikymo galimybes. struktūra, kad būtų galima suprasti aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo technologijos taikymo būseną ir plėtros tendencijas.
Didelio stiprumo aliuminio lydinys pasižymi dideliu specifiniu stiprumu, specifiniu standumu, geru atsparumu korozijai, apdirbimo našumu ir mechaninėmis savybėmis, tapo nepakeičiama metalo medžiaga lengvos konstrukcijos gamyboje aviacijos erdvėje, laivuose ir kitose transporto srityse, tarp kurių dažniausiai naudojami orlaiviai. Suvirinimo technologija turi unikalių pranašumų gerinant konstrukcinių medžiagų panaudojimo greitį, mažinant konstrukcijų svorį ir įgyvendinant pigią sudėtingų ir nepanašių medžiagų gamybą, tarp kurių populiariausia yra aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo technologija.
Palyginti su kitais suvirinimo būdais, lazerinis suvirinimas turi centralizuoto šildymo, mažos šiluminės žalos, didelio suvirinimo gylio ir pločio santykio bei mažos suvirinimo deformacijos privalumų. Suvirinimo procesas yra lengvai integruojamas, automatizuotas ir lankstus, galimas greitas ir labai tikslus suvirinimas, ypač tinkamas sudėtingų konstrukcijų suvirinimui.
Tobulėjant medžiagų technologijoms, ir toliau pristatomi įvairūs didelio stiprumo ir didelio kietumo aliuminio lydiniai, ypač trečiosios kartos aliuminio ličio lydiniai, naujų didelio stiprumo aliuminio lydinių atsiradimas, aliuminio lazerinio suvirinimo technologija. ir aukštesni reikalavimai, o aliuminio lydinių įvairovė taip pat atnešė daugybę naujų lazerinio suvirinimo problemų, todėl turime nuodugniai ištirti šias problemas, kad galėtume efektyviau išplėsti aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo struktūros taikymo galimybes.
Didelės galios lazeris
Lazerinis suvirinimas yra technologija, kuri spinduliuoja didelio intensyvumo lazerį į metalinį paviršių ir verčia metalą išsilydyti, o po to atvėsti ir kristalizuotis, kad susidarytų suvirinimo siūlė per terminę jungtį tarp lazerio ir metalo. Pagal lazerinio suvirinimo šiluminio veikimo mechanizmą galima suskirstyti į dviejų tipų šilumos laidumo suvirinimą ir giluminio įsiskverbimo suvirinimą, pirmasis daugiausia naudojamas tiksliam dalių paketų suvirinimui arba mikro ir nano suvirinimui; Pastarasis dažnai sukuria mažos skylės efektą, panašų į suvirinimą elektronų pluoštu suvirinimo procese, sudarydamas gilų ir platų suvirinimą. Giluminio suvirinimo lazeriu realizavimui reikalinga didelė lazerio galia, o šiuo metu lazerinio giluminio įsiskverbimo suvirinimui naudojami keturių tipų didelės galios lazeriai.
1, CO2 dujų lazeris
Darbo terpė yra CO2 dujos, 10,6 μm bangos ilgio lazeris, pagal lazerio sužadinimo struktūrą yra padalintas į skersinį srautą ir ašinį srautą. Nors skersinio srauto CO2 lazerio išėjimo galia pasiekė 150kW, spindulio kokybė prasta ir jis netinkamas suvirinimui. Ašinio srauto CO2 lazeris pasižymi geresne spindulio kokybe ir gali būti naudojamas aliuminio lydiniams suvirinti su dideliu lazerio atspindžiu.
2, YAG kietasis lazeris
Darbo terpė yra rubinas, neodimio stiklas ir neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas ir kt. Išėjimo bangos ilgis yra 1,06 μm lazeris. YAG lazeris lengviau sugeria metalą nei CO2 lazeris ir yra mažiau veikiamas plazmos, skaidulų perdavimui, lanksčiam suvirinimui, geram suvirinimo padėties prieinamumui, yra pagrindinis lazeris aliuminio lydinio struktūrai suvirinti.
3, YLR pluošto lazeris
Tai naujo tipo lazeris, sukurtas po 2002 m., naudojant pluoštą kaip matricos medžiagą, naudojant skirtingus retųjų žemių jonus, o išėjimo bangos ilgio diapazonas yra apie 1,08 μm, o tai taip pat yra pluošto perdavimas. Skaidulinio lazerio revoliucinis dvigubo apvalkalo pluošto struktūros panaudojimas padidina siurblio ilgį, pagerina siurblio efektyvumą, todėl pluoštinio lazerio išėjimo galia labai padidėja. Palyginti su YAG lazeriu, YLR skaidulinis lazeris pasirodo vėliau, tačiau jis turi mažo dydžio, mažų eksploatavimo sąnaudų, aukštos spindulių kokybės ir didelės lazerio galios pranašumus.
Aliuminio lydinio suvirinimo lazeriu struktūros taikymo tyrimai
Nuo 1990-ųjų, tobulėjant mokslui ir technologijoms, atsirandantys didelės galios didelio ryškumo lazeriai, suvirinimo lazeriu technologijų integracija, protingas, lankstus, įvairus vystymas tampa vis brandesnis, vis daugiau dėmesio skiriama lazeriniam suvirinimui įvairiose srityse. aliuminio lydinio struktūros pritaikymas. Šiuo metu kai kurie Kinijos automobilių gamintojai kai kuriuose naujuose modeliuose taiko lazerinio suvirinimo technologiją, o plėtojant aliuminio lydinio storų plokščių suvirinimo lazeriu technologiją, ateityje suvirinimas lazeriu bus taikomas šarvuotų transporto priemonių konstrukcijoms.
Siekiant realizuoti lengvą gamybą, aliuminio lydinio sumuštinių konstrukcijų suvirinimo lazeriu taikymas ir tyrimas laivų ir greitųjų traukinių konstrukcijų gamyboje yra dabartinis tyrimų taškas. Aliuminio lydinys yra svarbi aviacijos ir kosmoso konstrukcijų metalo konstrukcinė medžiaga, todėl Japonijoje, JAV, Jungtinėje Karalystėje, Vokietijoje ir kitose išsivysčiusiose šalyse aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo technologijos tyrimai yra labai svarbūs.
Tobulėjant pluoštinio lazerinio suvirinimo technologijai, pažangių šalių aviacijos gamybos sritis pluoštinio lazerinio suvirinimo ir lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo technologijos yra aliuminio lydinio suvirinimo technologijos, ypač storų plokščių suvirinimo ir skirtingų metalų suvirinimo, dėmesio centre. Pavyzdžiui, JAV vykdomas NALI projektas atlieka suvirinimo pluoštiniu lazeriu ir lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo technologijos tyrimus, skirtus civilinių orlaivių degimo kameros struktūrai ir JSF orlaivių varikliams.
Aliuminio lydinio suvirinimo lazeriu charakteristikos
Palyginti su įprastu lydomuoju suvirinimu, aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo šildymo koncentracija, suvirinimo gylio ir pločio santykis yra didelis, suvirinimo konstrukcijos deformacija nedidelė, tačiau yra tam tikrų trūkumų, apibendrintų taip:
(1) Dėl nedidelio lazerinio fokusavimo taško skersmens keliami aukšti ruošinio suvirinimo ir surinkimo tikslumo reikalavimai, paprastai surinkimo tarpas ir netinkamų kraštų kiekis turi būti mažesnis nei 0,1 mm arba 10 % plokštės. storis, o tai apsunkina sudėtingos trimatės suvirinimo struktūros įgyvendinimą
(2) Kadangi aliuminio lydinio atspindėjimas lazeriui kambario temperatūroje yra net 90%, aliuminio lydinio giluminio įsiskverbimo suvirinimui lazeris turi turėti didelę galią. Aliuminio lydinio lakštų suvirinimo lazeriu tyrimai rodo, kad aliuminio lydinio suvirinimas lazeriu priklauso nuo dvigubo lazerio galios tankio ir linijinės energijos slenksčio, kuris kartu riboja suvirinimo baseino elgesį suvirinimo procese ir galiausiai atspindi formavimo ypatybes. suvirinimo siūlės. Visiško įsiskverbimo suvirinimo proceso optimizavimą galima įvertinti pagal suvirinimo siūlės formavimo charakteristikų nugaros pločio santykį.
(3) Aliuminio lydinio lydymosi temperatūra yra žema, skysto metalo srautas geras, stiprus metalo garavimas veikiant didelės galios lazeriu, metalo garų / fotoindukuotas plazmos debesis, susidaręs su mažos skylės efektu suvirinimo procese, turi įtakos aliuminio lydinio lazerio energijos absorbcijai. , dėl to giliai įsiskverbiantis suvirinimo procesas tampa nestabilus, suvirinimas linkęs į poringumą, paviršiaus griuvimą, briaunų ir kitus defektus;
(4) Lazerinio suvirinimo šildymo ir aušinimo greitis yra greitas, o suvirinimo kietumas yra didesnis nei lanko, tačiau dėl aliuminio lydinio suvirinimo lazeriu degimo lydinių elementų, kurie turi įtakos lydinio stiprėjimui, aliuminio lydinio suvirinimo siūlė vis dar turi minkštėjimo problemą, todėl sumažėja aliuminio lydinio suvirintos jungties stiprumas. Todėl pagrindinė aliuminio lydinio suvirinimo lazeriu problema yra suvirinimo defektų kontrolė ir suvirintų jungčių našumo gerinimas.
Aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo defektų valdymo technologija
Veikiant didelės galios lazeriui, pagrindiniai aliuminio lydinio lazerinio giluminio įsiskverbimo suvirinimo jungčių trūkumai yra poringumas, paviršiaus įgriuvimas ir briaunos įkandimas, kuriuos galima pagerinti suvirinant lazerine viela arba kompozitiniu suvirinimu lazeriu. Sunku kontroliuoti suvirinimo siūlės akytumą.
Esami tyrimų rezultatai rodo, kad aliuminio lydinio giluminio suvirinimo lazeriu būdingos poros yra dviejų tipų. Viena iš jų yra metalurginės poros, kurias sukelia medžiagų užterštumas arba oro įsiskverbimas į suvirinimo procesą, pavyzdžiui, lankinį suvirinimą. Kitas tipas yra proceso poringumas, kurį sukelia nestabilus mažos skylės svyravimas, būdingas lazerio giluminio suvirinimo procesui.
Lazerinio giluminio suvirinimo procese skylė dažnai atsilieka nuo pluošto judėjimo dėl skysto metalo klampumo, o jos skersmuo ir gylis svyruoja veikiant plazmos/metalo garams. Judant sijai ir tekant išlydytam baseino metalui, dėl išlydyto baseino metalo srauto neprasiskverbiančio giluminio įsiskverbimo suvirinimo skylės gale atsiranda burbuliukai, o ties siauru juosmeniu viduryje. skylė visiško įsiskverbimo giluminio įsiskverbimo suvirinimo. Burbuliukai migruoja ir rieda kartu su skysto metalo srautu arba išbėga nuo išlydyto baseino paviršiaus, arba nustumiami atgal į mažą skylutę, kai burbuliukai sukietėja išlydyto baseino ir sulaiko metalo priekinę dalį, ty tampa suvirinimo akytumas.
Akivaizdu, kad metalo poringumą daugiausia kontroliuoja paviršiaus apdorojimo kontrolė prieš suvirinimą ir pagrįsta dujų apsauga suvirinimo metu, o proceso poringumo raktas yra užtikrinti mažos skylės stabilumą gilaus įsiskverbimo suvirinimo lazeriu metu. Remiantis vietiniais lazerinio suvirinimo technologijų tyrimais, aliuminio lydinio lazerio giluminio įsiskverbimo suvirinimo akytumo kontrolė turėtų būti apsvarstyta prieš suvirinimą, suvirinimo procesą, suvirinant po įvairių jungčių apdorojimo, apibendrinant kaip šiuos naujus procesus ir naujas technologijas.
1, išankstinio suvirinimo apdorojimo metodas
Paviršiaus apdorojimas prieš suvirinimą yra veiksmingas būdas kontroliuoti aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo metalurgines poras, paprastai paviršiaus apdorojimo metodai yra fizinis ir mechaninis valymas, cheminis valymas, pastaraisiais metais buvo atliktas lazerinis šoko valymas, kuris dar labiau pagerins automatizavimo laipsnį. suvirinimo lazeriu.
2, parametrų stabilumo optimizavimo valdymas
Aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo proceso parametrai dažniausiai yra lazerio galia, defokusavimas, suvirinimo greitis ir dujų apsaugos sudėtis bei srautas. Šie parametrai įtakoja ne tik suvirinimo zonos apsauginį poveikį, bet ir lazerio giluminio suvirinimo proceso stabilumą, taip įtakoja suvirinimo siūlės poringumą. Atliekant aliuminio lydinio lakštų giluminio įsiskverbimo suvirinimą lazeriu, nustatyta, kad mažų skylių įsiskverbimo stabilumas turi įtakos suvirinimo baseino stabilumui, o vėliau paveikia suvirinimo siūlės formavimąsi, todėl atsiranda suvirinimo poringumo defektų. Be to, lazerio giluminio įsiskverbimo suvirinimo stabilumas yra susijęs su lazerio galios tankiu ir linijinio kiekio atitikimu, todėl pagrįstų stabilaus suvirinimo formavimo proceso parametrų nustatymas yra veiksminga priemonė veiksmingai kontroliuoti aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo poringumą.
Rezultatai rodo, kad aliuminio lydinio lakšto suvirinimo formavimuisi ir stabilumui įvertinti naudojamas suvirinimo siūlės galo pločio ir siūlės paviršiaus pločio santykis (suvirinimo siūlės užpakalinio pločio santykis). Kai lazerio galios tankis ir linijos energija pagrįstai sutampa, gali būti garantuotas suvirinimo atgal ir pločio santykis, o suvirinimo poringumas gali būti veiksmingai kontroliuojamas.
3, dvigubo taško lazerinis suvirinimas
Dvigubas suvirinimas lazeriu reiškia suvirinimo procesą, kurio metu du sufokusuoti lazerio spinduliai veikia tą patį suvirinimo baseiną tuo pačiu metu. Lazerinio giluminio suvirinimo procese viena iš pagrindinių poringumo susidarymo priežasčių yra ta, kad mažoje skylėje esančios dujos yra uždaromos suvirinimo baseine momentiniu uždarymu. Kai naudojamas dvitaškis lazerinis suvirinimas, dėl dviejų šviesos šaltinių veikimo didelė mažos skylės anga padeda išbėgti vidiniams metalo garams, taip pat yra palanki mažos skylės stabilumui. sumažinti suvirinimo siūlės poringumą. A356, AA5083, 2024 ir 5A90 aliuminio lydinių suvirinimo lazeriu tyrimai rodo, kad dviejų taškų lazerinis suvirinimas gali žymiai sumažinti suvirinimo siūlės poringumą.
4, lazerinis lankinis kompozitinis suvirinimas
Kompozitinis suvirinimas lazeriu – tai suvirinimo būdas, kai lazeris ir lankas yra taikomi tam pačiam suvirinimo baseinui. Paprastai naudojant lazerį kaip pagrindinį šilumos šaltinį, lazerio ir lanko sąveika gali pagerinti suvirinimo lazeriu gylį ir suvirinimo greitį bei sumažinti suvirinimo surinkimo tikslumą. Lazerinio suvirinimo skylių stabilumą galima pagerinti naudojant užpildo vielą, kad būtų galima kontroliuoti suvirintų jungčių mikrostruktūros savybes, o pagalbinis lanko poveikis gali padėti sumažinti suvirinimo akytumą.
Lazerinio lankinio kompozitinio suvirinimo procese lankas veikia lazerio proceso sukeltą metalo garų/plazmos debesį, kuris yra palankus lazerio energijos absorbcijai ir mažų skylučių stabilumui. Lazerinio lankinio aliuminio lydinio suvirinimo rezultatai taip pat įrodė jo efektyvumą.
5, pluošto lazerinis suvirinimas
Lazerinio giluminio suvirinimo proceso mažos skylės efektas atsiranda dėl stipraus metalo garavimo lazeriu. Metalo garavimo garų jėga yra glaudžiai susijusi su lazerio galios tankiu ir spindulio kokybe, o tai turi įtakos ne tik lazerinio suvirinimo įsiskverbimo gyliui, bet ir mažų skylučių stabilumui. Seiji. ir kt. SUS304 nerūdijančio plieno didelės galios pluošto lazerio tyrimai rodo, kad suvirinimo baseinas pailgėja greitojo suvirinimo metu, o tai slopina purslų susidarymą, mažas skylės svyravimas yra stabilus, o mažos skylės antgalis neturi burbuliukų. Kai pluoštinis lazeris naudojamas greitam titano ir aliuminio lydinio suvirinimui, taip pat galima gauti neporingą suvirinimą. Allenas ir kt. titano lydinio pluošto lazerinio suvirinimo apsauginių dujų valdymo technologijos tyrimai rodo, kad kontroliuojant suvirinimo apsauginių dujų padėtį galima išvengti dujų įsiskverbimo, sutrumpinti mažų skylių uždarymo laiką, stabilizuoti suvirinimo mažas skylutes. , o suvirinimo baseino kietėjimo elgesys gali būti pakeistas, taip sumažinant suvirinimo siūlės poringumą.
6, impulsinis lazerinis suvirinimas
Palyginti su nepertraukiamu lazeriniu suvirinimu, lazerio išvestis įgauna pulsuojantį režimą, kuris gali skatinti periodišką ir stabilų išlydyto baseino srautą, kuris skatina burbulo ištekėjimą išlydytame baseine ir sumažina suvirinimo siūlės poringumą. TY Kuo ir SL Jeng tyrė YAG lazerinio suvirinimo lazerio galios režimo įtaką SUS 304L nerūdijančio plieno ir inconel 690 superlydinių siūlių poringumui ir savybėms. Rezultatai rodo, kad: Kvadratinės bangos impulsiniam lazeriniam suvirinimui, kai bazinė galia yra 1700w, suvirinimo siūlės poringumas mažėja didėjant impulso amplitudei ΔP, o nerūdijančio plieno poringumas sumažėja nuo 2,1% iki 0,5%, o superlydinio sumažėja nuo 7,1% iki 0,5%.
7, sudėtinė apdorojimo technologija po suvirinimo
Praktinėse inžinerijos srityse, net jei paviršiaus apdorojimas yra griežtas prieš suvirinimą ir suvirinimo procesas yra stabilus, aliuminio lydinio suvirinimas lazeriu neišvengiamai sukels suvirinimo poringumą, todėl labai svarbu naudoti apdorojimą po suvirinimo, kad būtų pašalintas poringumas. Šiuo metu metodas daugiausia yra modifikuotas suvirinimas. Karšto izostatinio presavimo technologija yra vienas iš būdų, kaip pašalinti aliuminio lydinių poringumą ir susitraukimą, ir ji derinama su aliuminio lydinio terminiu apdorojimu įtempiais po suvirinimo lazeriu, kad susidarytų sudėtinis karšto izostatinio presavimo ir aliuminio lydinio terminio apdorojimo procesas. lazerinio suvirinimo komponentai, kurie ne tik pašalina suvirinimo siūlės poringumą, bet ir pagerina jungties veikimą.
Dėl aliuminio lydinio savybių vis dar yra daug problemų taikant didelės galios lazerinį suvirinimą, pagrindinė problema yra suvirinimo siūlės poringumo defekto kontrolė ir suvirinimo kokybės gerinimas. Siekiant pagerinti suvirinimo proceso stabilumą, aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo poringumo inžinerinė kontrolė turėtų atsižvelgti į visus aspektus prieš suvirinimą, suvirinimo metu ir po suvirinimo. Taigi buvo sukurta daug naujų technologijų ir procesų, tokių kaip valymas prieš suvirinimą lazeriu, suvirinimo proceso parametrų atgalinio pločio santykio valdymo optimizavimas, dvigubo pluošto lazerinis suvirinimas, lazerinis lankinis suvirinimas, impulsinis lazerinis suvirinimas ir suvirinimas pluoštiniu lazeriu.
