Vanlige feil iLasersveising av aluminiumslegering
Enten laserautogen sveising ellerlaserbuehybridsveisingbrukes til aluminiumslegeringer, er det noen vanlige tekniske problemer, dvs. defekter kan oppstå hvis prosessparametrene og sveiseforholdene er metallurgiske.upassende. DenAlle defekter i skjøter av aluminiumslegeringer dekkes hovedsakelig av to typer: sveiseporøsitet og varme sprekker i sveising. I tillegg til porøsitet og varme sprekker finnes det også defekter som underskjæring og dårlig baksidedannelse ved lasersveising av aluminiumslegeringer. Sammenlignet med sveiseporøsitet er sannsynligheten for sveisesprekker (synlige for det blotte øye eller under lav forstørrelse) ikke høy. Men fordi sprekker er farligere, fastsetter JIS Z 3105 at når en sprekk oppdages i en sveis, skal sveisen bedømmes som klasse IV. Underskjæring, dårlig baksidedannelse og andre defekter er for det meste alvorlige defekter forårsaket av feil hastighetskontroll eller uoverensstemmelser i prosessparametere. Slike defekter oppstår vanligvis i prosessen med utforskning og feilsøking, og forekommer sjelden i normal faktisk produksjonsdrift. Derfor er porøsitet en type defekt som er mer skadelig ved lasersveising av aluminiumslegeringer og i bruk av sveisede konstruksjoner, og den er vanskelig å eliminere fundamentalt.
1. Porøsitet
Porøsitet er den vanligste og største volumfeilen ilasersveising av aluminiumslegeringer, med størrelser fra hundrevis av mikron til flere millimeter. Dannelsesmekanismen er ennå ikke helt klarlagt. Porøsitet svekker ikke bare den effektive arbeidsdelen av sveisen, men forårsaker også spenningskonsentrasjon, noe som reduserer den dynamiske styrken og utmattingsegenskapene til den sveisede skjøten.
Når aluminiumslegering smelter i et hydrogenholdig miljø, kan det indre hydrogeninnholdet nå mer enn 0,69 ml/100 g, men etter at legeringen har størknet, er hydrogenløseligheten i likevekt maksimalt 0,036 ml/100 g. Det antas generelt at hydrogenløseligheten synker kraftig under avkjølingsprosessen ved lasersveising, og utfelling av overmettet hydrogen vil danne hydrogenporøsitet. Fordampning av legeringselementer med lavt smeltepunkt og høyt damptrykk kan også føre til porøsitet, som kalles metallurgisk porøsitet. I tillegg kan forstyrrelser i laserstrålen og ustabiliteten til nøkkelhullet også danne porøsitet, men slik porøsitet har en uregelmessig form og kan kalles prosessindusert porøsitet. På grunn av den høye kjemiske aktiviteten til aluminiumslegeringer, dannes det lett en oksidfilm på overflaten. Under sveising brytes krystallvannet og det kombinerte vannet som dekomponerer fra oksidfilmen på aluminiumslegeringsoverflaten, sammen med fuktigheten i luften og beskyttelsesgassen, direkte ned for å produsere hydrogen i høytemperaturområdet under laserens påvirkning. Disse hydrogengassene kan enten utfelles under avkjøling og størkning av smeltebadet for å danne bobler, eller direkte generere bobler på den ufullstendig smeltede oksidfilmen. På grunn av den lave spesifikke vekten til aluminiumslegeringer, er stigningshastigheten til boblene i smeltebadet lav. I tillegg har aluminiumslegeringer sterk varmeledningsevne, og avkjølings- og størkningshastigheten til smeltebadet er ekstremt rask. Noen bobler kan ikke slippe ut i tide og forbli i sveisen, og dermed danne metallurgisk porøsitet. Studier har vist at hovedgassen i porøsiteten til sveisesømmer i aluminiumslegeringer er hydrogen, så porøsiteten i sveisesømmer i aluminiumslegeringer kalles noen ganger hydrogenporøsitet. Når man observerer porøsitetsbrudd under et skanningselektronmikroskop, har porøsiteten for det meste en sfærisk morfologi med tett anordnede dendritt-ender av dendrittiske krystaller, og innerveggen er glatt, ren og fri for oksidasjonsspor. Tilstedeværelsen av porøsitet reduserer ikke bare sveisens kompakthet og skjøtens bæreevne, men reduserer også skjøtens styrke og plastisitet i varierende grad.
2. Varme sprekker
Varme sprekker (inkludert størkningssprekker og flytende sprekker) dannes under størkningsprosessen av smeltet metall og er en av de vanligste defekttypene i lasersveising av aluminiumslegeringer. Det mest åpenbare trekket ved bruddmorfologien til størkningssprekker er at bruddflaten består av et stort område med glatte, men ujevne, granulære brosteins- eller potetlignende strukturer, og overflaten beholder ofte intergranulære eutektiske materialer med lavt smeltepunkt eller flytende filmfolder, samt spor av sprøbrudd i dendritter. Bruddmorfologien til flytende sprekker ligner på størkningssprekker, men den har egenskapene til intergranulært brudd eller størkningsbrudd ved høy temperatur. I utmattingsbrudd i smeltesveisede skjøter under utmattingsbelastning er utmattingssprekkkilder forårsaket av slike varme sprekker også vanlige. Årsakene til varme sprekker i lasersveising av aluminiumslegeringer er hovedsakelig relatert til deres egne egenskaper og sveiseprosesser. Aluminiumslegeringer har en stor krympehastighet under størkning (opptil 5 %), noe som resulterer i stor sveisespenning og deformasjon; I tillegg dannes eutektiske strukturer med lavt smeltepunkt langs korngrensene under størkningen av sveisemetallet, noe som svekker bindingskraften til korngrensene, og dermed danner varme sprekker under påvirkning av strekkspenning. I tillegg kan sprekkmorfologiene i lasersveising av aluminiumslegeringer oppsummeres i følgende kategorier: sprekker i sveisesenteret; sprekker i sveisesmeltelinjen; intergranulære sprekker i sveiser; flytende sprekker i varmepåvirket sone; sprekker forårsaket av oksidfilmer; og intergranulære mikrosprekker.
I tillegg fører dårlig beskyttelse under sveising til at sveisemetallet reagerer med gasser i luften, og de dannede inneslutningene er også potensielle sprekkkilder. Typen og mengden legeringselementer har stor innflytelse på tendensen til varmsprekk under sveising av aluminiumslegeringer. Generelt har aluminiumslegeringer i Al-Si- og Al-Mn-serien god sveisbarhet og er ikke lette å produsere varmsprekk; mens aluminiumslegeringer i Al-Mg-, Al-Cu- og Al-Zn-serien har relativt høy tendens til varmsprekk. Tendensen til varmsprekk kan reduseres ved å justere sveiseprosessparametrene for å kontrollere oppvarmings- og kjølehastighetene. Generelt sett er tendensen til varmsprekk ved laserbuehybridsveising bedre enn ved lasersveising med tilsetttråd, og tendensen til varmsprekk ved lasersveising med tilsetttråd er bedre enn ved laserautogen sveising.
3. Underskjæring og gjennombrenning
Aluminiumslegeringer har lav ioniseringsenergi, og fotoindusert plasma er utsatt for overoppheting og ekspansjon under sveising, noe som resulterer i ustabile sveiseprosesser. I tillegg har flytende aluminiumslegeringer god fluiditet og lav overflatespenning. For å forbedre penetrasjonen kreves det ofte en større beskyttelsesgassstrømningshastighet og laserutgangseffekt, noe som forringer stabiliteten i sveiseprosessen, noe som fører til at smeltebadet svinger voldsomt under trykk og lett fører til defekter som underskjæring og gjennombrenning. Baksideformbarheten til lasersveisede aluminiumslegeringsplater kan forbedres effektivt ved å installere en vannkjølt kobberplate på baksiden av sveisen.
4. Slagginnlemmelse
En annen type defekt som ofte forekommer ved sveising av bilkarosserier er sveiseslagginklusjon. Studier har vist at slagginklusjon hovedsakelig kommer fra oksider på overflaten av sveisematerialer og sveisetråder, samt ustabile prosesser i lokaliseringen av aluminiumslegeringsmaterialer. Derfor bør produsenter av aluminiumslegeringsmaterialer styrke teknologisk innovasjon og forbedre støpeprosesser for å minimere innholdet av urenheter og hydrogen i råmaterialer og forbedre kvaliteten og stabiliteten til produktene.
Publisert: 05.08.2025
