Dažni aliuminio lydinių lazerinio suvirinimo defektai

Dažni defektaiAliuminio lydinio lazerinis suvirinimas

Ar tai būtų lazerinis autogeninis suvirinimas, arlazerinio lanko hibridinis suvirinimasnaudojamas aliuminio lydiniams, kyla keletas bendrų techninių problemų, t. y. defektai gali atsirasti, jei proceso parametrai ir suvirinimo sąlygos yra metalurginės.netinkamas.Aliuminio lydinių jungčių defektai daugiausia skirstomi į du tipus: suvirinimo porėtumą ir karštus suvirinimo įtrūkimus. Be porėtumo ir karštų įtrūkimų, lazeriniu suvirinant aliuminio lydinius taip pat yra tokių defektų kaip įpjovimas ir blogas įtrūkimų susidarymas. Palyginti su suvirinimo porėtumu, suvirinimo įtrūkimų (matomų plika akimi arba esant mažam didinimui) tikimybė nėra didelė. Tačiau kadangi įtrūkimai yra pavojingesni, JIS Z 3105 nustato, kad aptikus įtrūkimą suvirinime, suvirinimas turi būti vertinamas kaip IV klasės. Įpjovimas, blogas įtrūkimų susidarymas ir kiti defektai dažniausiai yra rimti defektai, atsirandantys dėl netinkamo greičio valdymo arba neatitikimų proceso parametrų. Tokie defektai paprastai atsiranda proceso tyrimo ir derinimo etape ir retai pasitaiko įprastose faktinėse gamybos operacijose. Todėl porėtumas yra defekto tipas, kuris yra kenksmingesnis lazeriniu suvirinant aliuminio lydinius ir eksploatuojant suvirintas konstrukcijas, ir jį sunku iš esmės pašalinti.

1. Poringumas

Poringumas yra labiausiai paplitęs ir pagrindinis tūrio defektasaliuminio lydinių lazerinis suvirinimas, kurių dydžiai svyruoja nuo šimtų mikronų iki kelių milimetrų. Jo susidarymo mechanizmas dar nėra iki galo aiškus. Poringumas ne tik susilpnina efektyvų suvirinimo siūlės darbinį pjūvį, bet ir sukelia įtempių koncentraciją, sumažindamas suvirinto jungties dinaminį stiprumą ir nuovargio charakteristikas.

Kai aliuminio lydinys lydosi vandenilio turinčioje aplinkoje, jo vidinis vandenilio kiekis gali siekti daugiau nei 0,69 ml/100 g, tačiau lydiniui sukietėjus, jo vandenilio tirpumas pusiausvyroje yra ne didesnis kaip 0,036 ml/100 g. Paprastai manoma, kad lazerinio suvirinimo aušinimo proceso metu vandenilio tirpumas smarkiai sumažėja, o persotinto vandenilio nusodinimas sudarys vandenilio poringumą. Žemos lydymosi temperatūros ir aukšto garų slėgio legiruojančių elementų išgaravimas taip pat gali sukelti poringumą, kuris vadinamas metalurginiu poringumu. Be to, lazerio spindulio trikdymas ir rakto skylutės nestabilumas taip pat gali sudaryti poringumą, tačiau toks poringumas yra netaisyklingos formos ir gali būti vadinamas proceso sukeltu poringumu. Dėl didelio aliuminio lydinių cheminio aktyvumo paviršiuje lengvai susidaro oksido plėvelė. Suvirinimo metu kristalinis vanduo ir sujungtas vanduo, suskaidyti iš oksido plėvelės ant aliuminio lydinio paviršiaus, kartu su drėgme ore ir apsauginėmis dujomis, aukštos temperatūros zonoje lazerio veikimo metu tiesiogiai suskyla ir susidaro vandenilis. Šios vandenilio dujos gali nusėsti išlydyto vandens telkinio aušinimo ir kietėjimo metu ir sudaryti burbuliukus arba tiesiogiai generuoti burbuliukus ant nepilnai išsilydžiusios oksido plėvelės. Dėl mažo aliuminio lydinių savitojo svorio burbuliukų kilimo greitis išlydytame vandens telkinyje yra lėtas. Be to, aliuminio lydiniai pasižymi dideliu šilumos laidumu, todėl išlydyto vandens telkinio aušinimo ir kietėjimo greitis yra itin didelis. Kai kurie burbuliukai negali laiku išeiti ir lieka suvirinimo siūlėje, todėl susidaro metalurginis poringumas. Tyrimai parodė, kad pagrindinės dujos aliuminio lydinių suvirinimo siūlių poringume yra vandenilis, todėl aliuminio lydinių suvirinimo siūlių poringumas kartais vadinamas vandenilio poringumu. Stebint poringumo plyšį skenuojančiu elektroniniu mikroskopu, poringumas dažniausiai yra sferinės morfologijos su sandariai išsidėsčiusiais dendritiniais kristalais, o vidinė sienelė yra lygi, švari ir be oksidacijos pėdsakų. Poringumas ne tik sumažina suvirinimo siūlės kompaktiškumą ir jungties laikomąją galią, bet ir įvairiu mastu sumažina jungties stiprumą ir plastiškumą.

2. Karšti įtrūkimai

Karštieji įtrūkimai (įskaitant kietėjimo įtrūkimus ir skystėjimo įtrūkimus) susidaro išlydyto metalo kietėjimo procese ir yra vienas iš dažniausių defektų tipų suvirinant aliuminio lydinius lazeriu. Akivaizdžiausias kietėjimo įtrūkimų lūžio morfologijos bruožas yra tas, kad lūžio paviršius sudarytas iš didelio ploto lygių, bet nelygių granuliuotų akmenų arba bulvių pavidalo struktūrų, o paviršiuje dažnai išlieka tarpkristalinės žemos lydymosi temperatūros eutektikos arba skystos plėvelės raukšlės, taip pat dendritų trapios lūžio pėdsakai. Skystėjimo įtrūkimų lūžio morfologija yra panaši į kietėjimo įtrūkimų, tačiau ji turi aukštos temperatūros tarpkristalinio lūžio arba kietėjimo lūžio požymių. Lydomojo suvirinimo jungčių nuovargio lūžio metu, veikiant nuovargio apkrovai, taip pat dažni tokių karštųjų įtrūkimų sukelti nuovargio įtrūkimų šaltiniai. Karštųjų įtrūkimų priežastys suvirinant aliuminio lydinius lazeriu daugiausia susijusios su jų pačių savybėmis ir suvirinimo procesais. Aliuminio lydiniai kietėjimo metu pasižymi dideliu susitraukimo greičiu (iki 5 %), todėl susidaro dideli suvirinimo įtempiai ir deformacija; Be to, suvirinimo metalo kietėjimo metu išilgai grūdelių ribų susidaro žemos lydymosi temperatūros eutektinės struktūros, kurios silpnina grūdelių ribų sukibimo jėgą, todėl, veikiant tempimo įtempiui, susidaro karšti įtrūkimai. Be to, aliuminio lydinių lazerinio suvirinimo įtrūkimų morfologiją galima apibendrinti į šias kategorijas: suvirinimo siūlės centro įtrūkimai; suvirinimo siūlės lydymosi linijos įtrūkimai; tarpkristaliniai įtrūkimai suvirinimo siūlėse; karščio paveiktos zonos likvidavimo įtrūkimai; oksido plėvelių sukelti įtrūkimai; ir tarpkristaliniai mikroįtrūkimai.

Be to, dėl prastos apsaugos suvirinimo metu suvirinimo metalas reaguoja su ore esančiomis dujomis, o susidarę intarpai taip pat yra potencialūs įtrūkimų šaltiniai. Legiruojančių elementų tipas ir kiekis daro didelę įtaką karštojo įtrūkimo polinkiui suvirinant aliuminio lydinius. Paprastai Al-Si ir Al-Mn serijos aliuminio lydiniai pasižymi geru suvirinamumu ir juose nėra lengva susidaryti karštiesiems įtrūkimams; tuo tarpu Al-Mg, Al-Cu ir Al-Zn serijos aliuminio lydiniai turi gana didelį karštojo įtrūkimo polinkį. Karštojo įtrūkimo polinkį galima sumažinti reguliuojant suvirinimo proceso parametrus, kad būtų galima kontroliuoti kaitinimo ir aušinimo greitį. Apskritai lazerinio lanko hibridinio suvirinimo karštojo įtrūkimo polinkis yra geresnis nei lazerinio užpildymo vielos suvirinimo, o lazerinio užpildymo vielos suvirinimo karštojo įtrūkimo polinkis yra geresnis nei lazerinio autogeninio suvirinimo.

3. Nupjovimas ir perdegimas

Aliuminio lydiniai turi mažą jonizacijos energiją, o fotoindukuota plazma suvirinimo metu linkusi perkaisti ir išsiplėsti, todėl suvirinimo procesas tampa nestabilus. Be to, skysti aliuminio lydiniai pasižymi geru takumu ir mažu paviršiaus įtempimu. Norint pagerinti įsiskverbimą, dažnai reikalingas didesnis apsauginių dujų srautas ir lazerio išėjimo galia, o tai pablogina suvirinimo proceso stabilumą, todėl išlydyto metalo vonelė smarkiai svyruoja veikiant slėgiui ir lengvai atsiranda defektų, tokių kaip įpjovimas ir perdegimas. Lazeriu suvirintų aliuminio lydinio plokščių galinės pusės formuojamumą galima efektyviai pagerinti sumontavus vandeniu aušinamą vario plokštę ant suvirinimo siūlės galo.

4. Šlako įtraukimas

Kitas dažnai automobilių kėbulų suvirinimo metu pasitaikantis defektas yra suvirinimo šlako įsiskverbimas. Tyrimai parodė, kad šlako įsiskverbimas daugiausia atsiranda dėl oksidų, esančių ant suvirinimo siūlių ir suvirinimo vielų paviršiaus, taip pat dėl ​​nestabilių aliuminio lydinių medžiagų lokalizacijos procesų. Todėl aliuminio lydinių medžiagų gamintojai turėtų stiprinti technologines inovacijas ir tobulinti liejimo procesus, kad sumažintų priemaišų ir vandenilio kiekį žaliavose ir pagerintų gaminių kokybės stabilumą.