3 способа уменьшения пористости при лазерной сварке алюминиевого сплава

Алюминиевый сплав обладает такими преимуществами, как низкая плотность, высокая прочность и хорошая коррозионная стойкость, поэтому он широко используется в автомобильной промышленности, энергетике, аэрокосмической промышленности и строительстве.

В настоящее время лазерная сварка широко используется в производстве изделий из алюминиевого сплава.

По сравнению с традиционными методами сварки, лазерная сварка может обеспечить более высокую эффективность производства, лучшее качество сварки, реализовать высокоточную сварку и автоматизацию сложных конструкций.

Лазерная сварка - это технология, которая излучает высокоинтенсивный лазерный луч на поверхность металла и заставляет металл плавиться и рекристаллизоваться, образуя сварной шов за счет тепловой связи между лазерным сварочным аппаратом и металлом.

В соответствии с термическим механизмом лазерной сварки, ее можно разделить на теплопроводную сварку и сварку с глубоким проникновением.

Теплопроводная сварка в основном используется в пакетной сварке или микро-нано сварке прецизионных деталей;

Лазерная сварка глубокого проникновения в основном используется для сварки материалов, требующих полного проникновения. В процессе сварки материал испаряется, а в расплавленном бассейне появляется явление замочной скважины. Это наиболее широко используемый метод лазерной сварки в настоящее время, и он также является предпочтительным методом сварки алюминиевых сплавов.

Преимущества:

• Поворотная лазерная сварка используется для лазерной сварки алюминиевых сплавов без добавления вспомогательных материалов;
• Сварочное оборудование простое, не требует расходных материалов, легко поддается автоматизации;

Недостатки:

• Требование к сварочному зазору высокое, иначе сварной шов легко разрушается;
• В начальной и конечной точках сварки легко образуются ключевые точки;
• Процесс сварки стабилен и не вызывает дефектов сварки;

Пример: строительная декоративная промышленность - сварка дверной рамы из алюминиевого сплава.

Вследствие присущих алюминиевому сплаву физических свойств, таких как низкая поглощающая способность лазера, низкая температура кипения элементов сплава, высокая теплопроводность, высокий коэффициент теплового расширения, относительно широкий диапазон температур затвердевания, высокая усадка при затвердевании, низкая вязкость и высокое поглощение водорода в жидкости, легко образуются такие дефекты, как поры и горячие трещины в процессе лазерной сварки.

Среди них пористость является наиболее распространенной формой дефекта в процессе лазерной сварки алюминиевого сплава. Она нарушает компактность металла сварного шва, ослабляет эффективную площадь поперечного сечения сварного шва, снижает механические свойства и коррозионную стойкость шва. Поэтому необходимо принять эффективные меры для предотвращения пористости и улучшения внутреннего качества сварного шва.

1. Ингибирование сварочной пористости путем обработки поверхности перед сваркой

Обработка поверхности перед сваркой является эффективным методом контроля металлургических пор при лазерной сварке алюминиевого сплава. Как правило, методы обработки поверхности включают физико-механическую и химическую очистку.

После сравнения лучшим процессом является химическая обработка (очистка металлическим чистящим средством – промывка водой – промывка щелочью – промывка водой – промывка кислотой – промывка водой –сушка).

25% - ный водный раствор NaOH использовался для удаления поверхностного слоя материала при промывке щелочью, а 20% - ный водный раствор HNO3 + 2% HF использовался для нейтрализации остаточной щелочи при кислотной промывке.

После обработки поверхности испытательная пластина должна быть сварена в течение 24 часов. Если испытательная пластина остается в течение длительного времени после обработки, перед сваркой узел должен быть протерт спиртом.

2. Управление пористостью при сварке с помощью параметров процесса сварки

Образование пористости сварного шва связано не только с качеством обработки поверхности сварного шва, но и с параметрами процесса сварки.

Влияние параметров сварки на пористость сварного шва в основном отражается на проникновении сварного шва, то есть на влиянии соотношения ширины задней части шва на пористость сварного шва.

Результаты показывают, что при соотношении задней ширины r > 0,6 распределение концентрации цепных пор в сварном шве может быть эффективно улучшено; при соотношении задней ширины r > 0,8 можно эффективно улучшить наличие крупных пор в сварном шве, а остаточные поры в сварном шве могут быть в значительной степени устранены.

3. Контроль пористости сварки путем выбора надлежащего защитного газа и расхода

Выбор защитного газа напрямую влияет на качество, эффективность и стоимость сварки.

В процессе лазерной сварки правильная продувка защитным газом может эффективно уменьшить пористость сварного шва.

Как показано на рисунке выше, Ar (аргон) и He (гелий) используются для защиты поверхности сварного шва.

В процессе лазерной сварки алюминиевого сплава различная степень ионизации Ar и He в лазере приводит к различному образованию сварного шва.

Результаты показывают, что пористость сварного шва с Ar в качестве защитного газа меньше, чем с He в качестве защитного газа.

В то же время также важно обратить внимание на тот факт, что большое количество плазмы, образующейся при сварке, не может быть выдуто, когда скорость потока газа слишком мала (<10 л/мин), что делает сварочную ванну нестабильной и увеличивает вероятность образования пор.

Расход газа умеренный (около 15 л/мин), плазма эффективно контролируется, защитный газ оказывает хорошее антиокислительное действие на бассейн раствора, а пористость наименьшая.

Слишком большой поток газа сопровождается слишком большим давлением, что приводит к тому, что часть защитного газа смешивается внутри бассейна с раствором и увеличивает пористость.

Всегда сложно устранить дефект пористости при лазерной сварке алюминиевого сплава.

На свойства самого алюминиевого сплава влияет то, что в процессе сварки невозможно полностью избежать явления отсутствия пористости, можно только уменшить пористость.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Инструкция по ручной лазерной сварке [часть 1]»‎ и «‎Поставка и запуск оптоволоконного лазера для сварки металла XTW-1000 Raycus»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!