Чести дефекти при ласерско заварување со алуминиумски легури

Чести дефекти воЛасерско заварување од алуминиумски легури

Без разлика дали ласерско автогено заварување илиласерско-лачно хибридно заварувањесе користи за алуминиумски легури, постојат некои вообичаени технички проблеми, т.е. може да се појават дефекти ако параметрите на процесот и условите за заварување се металуршкинесоодветно. НаСите дефекти во споевите на алуминиумските легури главно вклучуваат два вида: порозност на заварувањето и топли пукнатини при заварување. Покрај порозноста и топлите пукнатини, дефекти како што се поткопување и слабо формирање на задната страна постојат и при ласерско заварување на алуминиумски легури. Во споредба со порозноста на заварувањето, веројатноста за пукнатини при заварување (видливи со голо око или под мало зголемување) не е голема. Меѓутоа, бидејќи пукнатините се поопасни, JIS Z 3105 предвидува дека откако ќе се открие пукнатина во заварот, заварот треба да се оцени како Класа IV. Поткопувањето, слабото формирање на задната страна и другите дефекти се претежно сериозни дефекти предизвикани од неправилна контрола на брзината или несовпаѓање на параметрите на процесот. Ваквите дефекти генерално се појавуваат во фазата на истражување и дебагирање на процесот и ретко се јавуваат во нормални реални производствени операции. Затоа, порозноста е вид на дефект што е поштетен при ласерско заварување на алуминиумски легури и при употреба на заварени конструкции и тешко е фундаментално да се елиминира.

1. Порозност

Порозноста е најчестиот и главен волуменски дефект кајласерско заварување на алуминиумски легури, со големини кои се движат од стотици микрони до неколку милиметри. Механизмот на неговото формирање сè уште не е целосно јасен. Порозноста не само што го ослабува ефикасниот работен дел од заварот, туку предизвикува и концентрација на напрегање, намалувајќи ја динамичката цврстина и перформансите на замор на заварениот спој.

Кога алуминиумската легура се топи во средина што содржи водород, нејзината внатрешна содржина на водород може да достигне повеќе од 0,69 ml/100 g, но откако легурата ќе се стврдне, нејзината растворливост во водород во рамнотежа е најмногу 0,036 ml/100 g. Општо се верува дека за време на процесот на ладење на ласерското заварување, растворливоста на водородот нагло опаѓа, а таложењето на презаситен водород ќе формира порозност на водород. Испарувањето на легирачките елементи со ниска точка на топење и висок притисок на пареа, исто така, може да доведе до порозност, која се нарекува металуршка порозност. Покрај тоа, нарушувањето на ласерскиот зрак и нестабилноста на клучалката, исто така, можат да формираат порозност, но таквата порозност има неправилна форма и може да се нарече порозност предизвикана од процесот. Поради високата хемиска активност на алуминиумските легури, на површината лесно се формира оксиден филм. За време на заварувањето, кристалната вода и комбинираната вода што се распаѓаат од оксидниот филм на површината на алуминиумската легура, заедно со влагата во воздухот и заштитниот гас, директно се распаѓаат за да произведат водород во областа со висока температура под дејство на ласерот. Овие водородни гасови можат или да се таложат за време на ладењето и стврднувањето на стопениот базен за да формираат меурчиња или директно да генерираат меурчиња на нецелосно стопениот оксиден филм. Поради ниската специфична тежина на алуминиумските легури, брзината на растење на меурчињата во стопениот базен е бавна. Покрај тоа, алуминиумските легури имаат силна топлинска спроводливост, а брзината на ладење и стврднување на стопениот базен е екстремно голема. Некои меурчиња не можат да избегаат со текот на времето и остануваат во заварот, со што формираат металуршка порозност. Студиите покажаа дека главниот гас во порозноста на заварите од алуминиумски легури е водород, па затоа порозноста во заварите од алуминиумски легури понекогаш се нарекува водородна порозност. При набљудување на пукнатината на порозноста под скенирачки електронски микроскоп, порозноста претежно претставува сферична морфологија со цврсто распоредени дендритни краеви на дендритични кристали, а внатрешниот ѕид е мазен, чист и без траги од оксидација. Постоењето на порозност не само што ја намалува компактноста на заварот и носивоста на спојот, туку и ја намалува цврстината и пластичноста на спојот до различен степен.

2. Топли пукнатини

Топлите пукнатини (вклучувајќи пукнатини на стврднување и пукнатини на ликвидација) се формираат за време на процесот на стврднување на стопениот метал во базен и се еден од вообичаените типови на дефекти при ласерско заварување на алуминиумски легури. Најочигледната карактеристика на морфологијата на фрактура на пукнатините на стврднување е тоа што површината на фрактурата е составена од голема површина од мазна, но нерамна грануларна калдрма или структури слични на компир, а површината често задржува интергрануларни евтектики со ниска точка на топење или набори на течен филм, како и траги од кршливо фрактура на дендритите. Морфологијата на фрактура на пукнатините на ликвидација е слична на онаа на пукнатините на стврднување, но има карактеристики на интергрануларна фрактура на висока температура или фрактура на стврднување. Во фрактурата на замор на споеви заварени со фузија под оптоварување на замор, изворите на пукнатини на замор предизвикани од такви топли пукнатини се исто така чести. Причините за топли пукнатини при ласерско заварување на алуминиумски легури се главно поврзани со нивните сопствени карактеристики и процеси на заварување. Алуминиумските легури имаат голема стапка на собирање за време на стврднување (до 5%), што резултира со голем стрес на заварување и деформација; Покрај тоа, евтектички структури со ниска точка на топење се формираат по должината на границите на зрната за време на стврднувањето на металот за заварување, што ја ослабува силата на врзување на границите на зрната, со што се формираат топли пукнатини под дејство на затегнувачки стрес. Покрај тоа, морфологиите на пукнатините при ласерско заварување на алуминиумски легури може да се сумираат во следниве категории: пукнатини во центарот на заварувањето; пукнатини на линијата на фузија на заварот; меѓугрануларни пукнатини во заварите; пукнатини на ликвидација во зоната погодена од топлина; пукнатини предизвикани од оксидни филмови; и меѓугрануларни микропукнатини.

Покрај тоа, слабата заштита за време на заварувањето предизвикува металот на заварувањето да реагира со гасовите во воздухот, а формираните инклузии се исто така потенцијални извори на пукнатини. Видот и количината на легирачките елементи имаат големо влијание врз тенденцијата за топло пукање за време на заварувањето на алуминиумските легури. Општо земено, алуминиумските легури од сериите Al-Si и Al-Mn имаат добра заварливост и не се лесни за производство на топло пукање; додека алуминиумските легури од сериите Al-Mg, Al-Cu и Al-Zn имаат релативно високи тенденции за топло пукање. Тенденцијата за топло пукање може да се намали со прилагодување на параметрите на процесот на заварување за да се контролираат стапките на загревање и ладење. Општо земено, тенденцијата за топло пукање кај ласерско-лачно хибридно заварување е подобра од онаа кај ласерското заварување со жица за полнење, а тенденцијата за топло пукање кај ласерското заварување со жица за полнење е подобра од онаа кај ласерското автогено заварување.

3. Подсекување и изгорување низ површината

Алуминиумските легури имаат ниска енергија на јонизација, а фото-индуцираната плазма е склона кон прегревање и експанзија за време на заварувањето, што резултира со нестабилни процеси на заварување. Покрај тоа, течните алуминиумски легури имаат добра флуидност и низок површински напон. За да се подобри пенетрацијата, често се потребни поголема брзина на проток на заштитен гас и излезна моќност на ласерот, што ја влошува стабилноста на процесот на заварување, предизвикувајќи стопениот базен да флуктуира насилно под притисок и лесно доведува до дефекти како што се поткопување и изгорување. Формирањето на задната страна на ласерски заварените алуминиумски легури може ефикасно да се подобри со инсталирање на водено ладена бакарна плоча на задната страна од заварот.

4. Вклучување на згура

Друг вид дефект што често се јавува при заварување на каросеријата на автомобилот е вклучувањето на згура од заварувањето. Студиите покажаа дека вклучувањето на згура главно доаѓа од оксиди на површината на заварените материјали и жиците за заварување, како и од нестабилни процеси во локализацијата на материјалите од алуминиумски легури. Затоа, производителите на материјали од алуминиумски легури треба да ги зајакнат технолошките иновации и да ги подобрат процесите на леење за да ја минимизираат содржината на нечистотии и водород во суровините и да ја зголемат стабилноста на квалитетот на производите.