Hợp kim nhôm cường độ cao có độ bền riêng cao, độ cứng riêng, chống ăn mòn tốt, hiệu suất xử lý và tính chất cơ học. Nó đã trở thành vật liệu kim loại không thể thiếu trong các công trình xây dựng nhẹ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, tàu hải quân,… Trong đó, máy bay được sử dụng rộng rãi nhất. . Công nghệ hàn có những ưu điểm độc đáo trong việc cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu kết cấu, giảm trọng lượng kết cấu và thực hiện chế tạo chi phí thấp các kết cấu tổng thể vật liệu phức tạp và khác 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 laze có ưu điểm là gia nhiệt tập trung, tổn thương nhiệt nhỏ, tỷ lệ đường hàn lớn, 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.

01 laser khí CO2

Môi trường hoạt động là khí CO2 và tia laser có bước sóng 10.6μm được phát ra. 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 laser CO2 dòng chéo đã đạt 150kW, nhưng chất lượng chùm tia kém và không phù hợp cho hàn; laser CO2 dòng dọc trục có chất lượng chùm tia tốt và có thể được sử dụng để hàn hợp kim nhôm với hệ số phản xạ laser cao.

02 laser trạng thái rắn YAG

Môi trường làm việc là ruby, thủy tinh neodymium và granat 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 laser CO2 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.

03 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 khoảng 1.08μm. Nó cũng là truyền dẫn cáp quang. Laser sợi quang tạo ra một cuộc cách mạng trong việc sử dụng cấu trúc sợi quang hai lớp, tăng chiều dài bơm và cải thiện hiệu suất bơm, do đó công suất đầu ra của laser sợi quang được tăng lên đáng kể. So với laser YAG, tuy laser sợi quang YLR 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.

Nghiên cứu ứng dụng cấu trúc hàn laser của hợp kim nhôm

Từ những năm 1990, với sự phát triển của khoa học công nghệ và sự xuất hiện của laser công suất cao và độ sáng cao, sự tích hợp, thông minh, linh hoạt và đa dạng của công nghệ hàn laser đã phát triển mạnh mẽ. Trong và ngoài nước, người ta đã quan tâm nhiều hơn đến hàn laser trong các lĩnh vực Ứng dụng hợp kim nhôm trong kết cấu. Hiện tại, một số nhà sản xuất ô tô ở nước tôi đã áp dụng công nghệ hàn laser trên một số mẫu xe mới. Với sự phát triển của công nghệ hàn laser cho các tấm dày hợp kim nhôm, hàn laser sẽ được ứng dụng vào các kết cấu xe bọc thép trong tương lai.

Công nghệ mới nhất để hàn hợp kim nhôm bằng laser là gì?

Để đạt được mục tiêu chế tạo nhẹ, việc ứng dụng và nghiên cứu hàn laser kết cấu bánh sandwich hợp kim nhôm đang là điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong sản xuất tàu thủy và kết cấu tàu cao tốc. Hợp kim nhôm là vật liệu kết cấu kim loại quan trọng đối với các công trình hàng không vũ trụ, vì vậy các nước phát triển như Nhật Bản, Hoa Kỳ, Anh Quốc, Đức và các nước phát triển khác rất coi trọng việc nghiên cứu công nghệ hàn laser hợp kim nhôm.

Với sự phát triển của công nghệ hàn laser sợi quang, lĩnh vực sản xuất hàng không của các nước tiên tiến đã coi công nghệ hàn laser sợi quang và hàn lai hồ quang laze là trọng tâm của công nghệ hàn hợp kim nhôm, đặc biệt là hàn tấm dày và hàn các kim loại khác nhau, chẳng hạn như Hoa Kỳ Kỳ NALI Dự án đang tiến hành nghiên cứu công nghệ hàn laser sợi quang và hàn lai hồ quang laser cho máy bay dân dụng và kết cấu buồng đốt động cơ máy bay JSF.

Tính năng của hàn laser hợp kim nhôm

So với hàn nhiệt hạch thông thường, hàn laser hợp kim nhôm có nhiệt độ 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 nhỏ hơn 0.1mm hoặc 10% chiều dày tấm, điều này làm tăng khó khăn khi thực hiện kết cấu hàn ba chiều phức tạp;

2) Do hệ số phản xạ của hợp kim nhôm với tia laser cao tới 90% ở nhiệt độ phòng, nên việc hàn xuyên sâu bằng laser của hợp kim nhôm yêu cầu tia laser công suất cao hơn. Nghiên cứu về quá trình hàn laser tấm hợp kim nhôm cho thấy rằng quá trình hàn xuyên sâu bằng laser của hợp kim nhôm phụ thuộc vào ngưỡng kép của mật độ công suất laser và năng lượng dòng. 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 hơi kim loại / photoplasma 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 và mối hàn dễ bị các khuyết tật như rỗ, xẹp bề mặt, cắt xén, v.v …;

4) Hàn laze có tốc độ nung nóng và nguội nhanh, độ cứng của mối hàn cao hơn so với hồ quang. Tuy nhiên, do quá trình đốt cháy các nguyên tố hợp kim trong quá trình hàn laser hợp kim nhôm làm ảnh hưởng đến tác dụng tăng cường của hợp kim nên mối hàn của hợp kim nhôm vẫn xảy ra hiện tượng hóa mềm, do đó làm giảm các mối nối của 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 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, như hàn nung chảy hồ quang; còn lại là 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 tia 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 kim loại của vũng nóng chảy, trong khi hàn xuyên sâu, bọt khí 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, lỗ xốp luyện kim chủ yếu được kiểm soát bằng cách hàn trước xử lý bề mặt kiểm soát 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 các nhà công nghệ hàn laser trong nước, việc kiểm soát độ xốp của vật liệu hàn bằng laser xuyên sâu bằng laser hợp kim nhôm cần xem xét một cách toàn diện tất cả các khía cạnh của quá trình hàn, quá trình hàn và xử lý sau hàn. Tóm lại, có những quy trình mới và công nghệ mới sau đây.

01 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.

02 Kiểm soát tối ưu hóa độ ổn định thông số

Các thông số quy trình của quá trình hàn laser hợp kim nhôm thường chủ yếu bao gồm công suất laser, lượng khử nét, tốc độ hàn, thành phần và tốc độ dòng chảy của khí bảo vệ. Các thông số này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ của vùng hàn, mà còn ảnh hưởng đến sự ổn định của quá trình hàn xuyên sâu bằng tia laser, từ đó ảnh hưởng đến các lỗ rỗng của mối hàn.

Thông qua quá trình hàn xuyên sâu bằng laser của tấm hợp kim nhôm, người ta thấy rằng tính ổn định của độ xuyên lỗ nhỏ ảnh hưởng đến độ ổn định của vũng nóng chảy, do đó sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành mối hàn và gây ra khuyết tật lỗ hàn, và sự ổn định của hàn xuyên sâu bằng laser Có liên quan đến sự phù hợp của mật độ công suất laser và thể tích đường truyền Vì vậy, việc kiểm soát hiệu quả độ xốp của đường hàn laser hợp kim nhôm là một biện pháp hữu hiệu để xác định các thông số quá trình hình thành đường hàn hợp lý và ổn định.

Kết quả nghiên cứu đặc điểm hình thành của mối hàn ngấu toàn phần và ổn định cho thấy tỷ số giữa chiều rộng mặt sau của mối hàn với chiều rộng bề mặt của mối hàn (tỷ số giữa chiều rộng mặt sau của mối hàn) là được sử dụng để đánh giá sự hình thành và độ ổn định của mối hàn của tấm hợp kim nhôm. Khi mật độ công suất laser của hàn laser tấm mỏng được kết hợp hợp lý với năng lượng dòng, có thể đảm bảo một tỷ lệ chiều rộng trở lại mối hàn nhất định và có thể kiểm soát hiệu quả các lỗ rỗng mối hàn.

03 Hàn laser 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 điểm đôi 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 lỗ rỗng mối hàn.

04 Hàn lai hồ quang laser

Hàn kết hợp hồ quang laze là 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, 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 lai hồ quang laze hợp kim nhôm cũng khẳng định tác dụng của nó.

05 Hàn laser sợi quang

Hiệu ứng lỗ kim của quá trình hàn xuyên sâu bằng tia laser bắt nguồn từ quá trình hóa hơi mạnh của kim loại dưới tác dụng của tia laser. Công suất hơi hóa hơi kim loại liên quan chặt chẽ đến mật độ công suất laser và chất lượng chùm tia, không chỉ ảnh hưởng đến độ sâu xuyên qua của hàn laser mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định của lỗ nhỏ. Seiji. Nghiên cứu của cộng sự về tia laser sợi quang công suất cao bằng thép không gỉ SUS304 cho thấy vũng nóng chảy được kéo dài ra trong quá trình hàn tốc độ cao, hạt văng bị triệt tiêu, dao động của lỗ nhỏ ổn định và không có bong bóng ở đầu của lỗ nhỏ. Khi laser sợi quang được sử dụng để hàn tốc độ cao hợp kim titan và hợp kim nhôm, điều tương tự cũng có thể đạt được mà không có mối hàn rỗng.

Nghiên cứu của Allen và cộng sự về công nghệ kiểm soát khí che chắn cho hàn laser sợi hợp kim titan cho thấy rằng bằng cách kiểm soát vị trí của khí che chắn hàn, nó 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 rỗng của đường hàn.

06 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. TY Kuo và SL Jeng đã nghiên cứu chế độ đầu ra công suất laser của hàn laser YAG, và ảnh hưởng đến các lỗ rỗng và hiệu suất của các mối hàn siêu hợp kim thép không gỉ SUS 304L và inconel 690. Kết quả cho thấy: đối với hàn laser xung sóng vuông, khi công suất cơ bản là 1700w Với sự tăng của biên độ xung ΔP, độ xốp của mối hàn giảm. Độ xốp của thép không gỉ giảm từ 2.1% xuống 0.5% và độ xốp của superalloy giảm từ 7.1% xuống 0.5%.

07 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 các lỗ rỗng bên trong và sự co ngót của 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 các thành phần hàn laser hợp kim nhôm. Kết hợp với xử lý nhiệt, nó không chỉ giúp loại bỏ độ rỗng của đường hàn mà còn 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 cần xem xét toàn diện tất cả các khía cạnh của quá trình hàn, quá trình hàn và xử lý sau hàn, để cải thiện tính ổn định của quá trình hàn. Nhiều công nghệ và quy trình mới đã ra đời từ đó, chẳng hạn như làm sạch bằng laser trước khi hàn, tối ưu hóa kiểm soát tỷ lệ chiều rộng ngược thông số quá trình hàn, hàn laser chùm tia kép, hàn lai hồ quang laser, hàn laser xung và hàn laser sợi quang.

Liên kết đến bài viết này :Công nghệ mới nhất để hàn hợp kim nhôm bằng laser là gì?

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/,thanks!


Công nghệ mới nhất để hàn hợp kim nhôm bằng laser là gì?Tấm kim loại, berili, thép cacbon, magiê, in 3D, độ chính xác Cơ khí CNC dịch vụ cho các ngành thiết bị nặng, xây dựng, nông nghiệp và thủy lực. Thích hợp cho nhựa và hiếm gia công hợp kim. Nó có thể biến các bộ phận có đường kính lên đến 15.7 inch. Các quy trình bao gồm gia công thụy sĩ, chuốt, tiện, phay, doa và ren. Nó cũng cung cấp đánh bóng kim loại, sơn, mài bề mặt và thân cây dịch vụ ép tóc. Phạm vi sản xuất (bao gồm nhôm đúc chết và đúc khuôn kẽm) lên đến 50,000 miếng. Thích hợp cho vít, khớp nối, mang, bơm, bánhhộp đựng, máy sấy trống và thức ăn quay van Ứng dụng.PTJ sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Chào mừng bạn đến với Liên hệ với chúng tôi ( [email protected] ) trực tiếp cho dự án mới của bạn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *