Vanliga defekter iLasersvetsning av aluminiumlegering
Oavsett om det gäller laserautogen svetsning ellerlaserbågsvetsning med hybridteknikanvänds för aluminiumlegeringar, finns det några vanliga tekniska problem, dvs. defekter kan uppstå om processparametrarna och svetsförhållandena är metallurgiska.felaktig. DenAlla defekter i aluminiumlegeringsfogar finns huvudsakligen i två typer: svetsporositet och svetssprickor. Förutom porositet och heta sprickor förekommer även defekter som underskärning och dålig baksidabildning vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar. Jämfört med svetsporositet är sannolikheten för svetssprickor (synliga för blotta ögat eller under låg förstoring) inte hög. Men eftersom sprickor är farligare föreskriver JIS Z 3105 att när en spricka upptäcks i en svets ska svetsen bedömas som klass IV. Underskärning, dålig baksidabildning och andra defekter är oftast allvarliga defekter orsakade av felaktig hastighetsreglering eller otillbörliga processparametrar. Sådana defekter uppstår vanligtvis i processens utforsknings- och felsökningsstadium och förekommer sällan i normal faktisk produktionsverksamhet. Därför är porositet en typ av defekt som är mer skadlig vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar och vid användning av svetsade konstruktioner, och den är svår att fundamentalt eliminera.
1. Porositet
Porositet är den vanligaste och största volymdefekten ilasersvetsning av aluminiumlegeringar, med storlekar från hundratals mikron till flera millimeter. Dess bildningsmekanism är ännu inte helt klarlagd. Porösitet försvagar inte bara den effektiva arbetsdelen av svetsen, utan orsakar också spänningskoncentration, vilket minskar den dynamiska hållfastheten och utmattningsprestanda hos den svetsade fogen.
När aluminiumlegering smälter i en vätehaltig miljö kan dess interna vätehalt nå mer än 0,69 ml/100 g, men efter att legeringen stelnat är dess vätelöslighet i jämvikt högst 0,036 ml/100 g. Det anses allmänt att vätelösligheten minskar kraftigt under kylningsprocessen vid lasersvetsning, och utfällningen av övermättat väte kommer att bilda väteporositet. Avdunstning av legeringselement med låg smältpunkt och högt ångtryck kan också leda till porositet, vilket kallas metallurgisk porositet. Dessutom kan störningar i laserstrålen och instabiliteten i nyckelhålet också bilda porositet, men sådan porositet har en oregelbunden form och kan kallas processinducerad porositet. På grund av aluminiumlegeringarnas höga kemiska aktivitet bildas lätt en oxidfilm på ytan. Under svetsning sönderfaller kristallvattnet och det kombinerade vattnet som sönderfaller från oxidfilmen på aluminiumlegeringens yta, tillsammans med fukten i luften och skyddsgasen, direkt för att producera väte i högtemperaturområdet under laserns inverkan. Dessa vätgaser kan antingen utfällas under kylning och stelning av smältan för att bilda bubblor eller direkt generera bubblor på den ofullständigt smälta oxidfilmen. På grund av aluminiumlegeringars låga specifika vikt är bubblornas stigande hastighet i smältan långsam. Dessutom har aluminiumlegeringar stark värmeledningsförmåga, och kylnings- och stelningshastigheten för smältan är extremt snabb. Vissa bubblor kan inte undkomma i tid och stanna kvar i svetsen, vilket bildar metallurgisk porositet. Studier har visat att den huvudsakliga gasen i porositeten hos aluminiumlegeringssvetsar är väte, så porositeten i aluminiumlegeringssvetsar kallas ibland väteporositet. När man observerar porositetsbrott under ett svepelektronmikroskop uppvisar porositeten oftast en sfärisk morfologi med tätt arrangerade dendritändar av dendritiska kristaller, och innerväggen är slät, ren och fri från oxidationsspår. Förekomsten av porositet minskar inte bara svetsens kompakthet och fogens bärförmåga, utan minskar också fogens styrka och plasticitet i varierande grad.
2. Heta sprickor
Heta sprickor (inklusive stelningssprickor och likvationssprickor) bildas under stelningsprocessen av smält metall och är en av de vanligaste defekttyperna vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar. Det mest uppenbara kännetecknet för stelningssprickornas brottmorfologi är att brottytan består av ett stort område av släta men ojämna granulära kullerstens- eller potatisliknande strukturer, och ytan innehåller ofta intergranulära eutektika med låg smältpunkt eller flytande filmveck, samt spår av spröda brott hos dendriter. Brottmorfologin för likvationssprickor liknar stelningssprickornas, men den har egenskaperna hos intergranulära brott vid hög temperatur eller stelningsbrott. Vid utmattningsbrott i smältsvetsade fogar under utmattningsbelastning är utmattningssprickor orsakade av sådana heta sprickor också vanliga. Orsakerna till heta sprickor vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar är huvudsakligen relaterade till deras egna egenskaper och svetsprocesser. Aluminiumlegeringar har en stor krympningshastighet under stelning (upp till 5 %), vilket resulterar i stor svetsspänning och deformation; Dessutom bildas eutektiska strukturer med låg smältpunkt längs korngränserna under stelningen av svetsgodset, vilket försvagar bindningskraften hos korngränserna och därmed bildar heta sprickor under inverkan av dragspänning. Dessutom kan sprickmorfologierna vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar sammanfattas i följande kategorier: sprickor i svetscentrum; sprickor i svetsfusionslinjen; intergranulära sprickor i svetsar; likvidationssprickor i värmepåverkade zoner; sprickor orsakade av oxidfilmer; och intergranulära mikrosprickor.
Dessutom orsakar dåligt skydd under svetsning att svetsgodset reagerar med gaser i luften, och de bildade inneslutningarna är också potentiella sprickkällor. Typen och mängden legeringselement har stor inverkan på tendensen till varmsprickbildning vid svetsning av aluminiumlegeringar. Generellt sett har aluminiumlegeringar i Al-Si- och Al-Mn-serien god svetsbarhet och producerar inte lätt varma sprickor; medan aluminiumlegeringar i Al-Mg-, Al-Cu- och Al-Zn-serien har relativt hög tendens till varmsprickbildning. Tendensen till varmsprickbildning kan minskas genom att justera svetsprocessparametrarna för att kontrollera uppvärmnings- och kylningshastigheterna. Generellt sett är tendensen till varmsprickbildning vid laserbågshybridsvetsning bättre än vid lasersvetsning med tillsatstråd, och tendensen till varmsprickbildning vid lasersvetsning med tillsatstråd är bättre än vid laserautogen svetsning.
3. Underskärning och genombränning
Aluminiumlegeringar har låg joniseringsenergi, och fotoinducerad plasma är benägen att överhettas och expandera under svetsning, vilket resulterar i instabila svetsprocesser. Dessutom har flytande aluminiumlegeringar god fluiditet och låg ytspänning. För att förbättra penetrationen krävs ofta ett större skyddsgasflöde och laserutgångseffekt, vilket försämrar svetsprocessens stabilitet, vilket gör att smältbadet fluktuerar våldsamt under tryck och lätt leder till defekter som underskärning och genombränning. Baksidans formbarhet hos lasersvetsade aluminiumlegeringsplattor kan effektivt förbättras genom att installera en vattenkyld kopparplatta på baksidan av svetsen.
4. Slaggupptagning
En annan typ av defekt som ofta förekommer vid svetsning av bilkarosser är slagginsvepsslagg. Studier har visat att slagginsveps huvudsakligen kommer från oxider på ytan av svetsar och svetstrådar, samt instabila processer vid lokalisering av aluminiumlegeringsmaterial. Därför bör tillverkare av aluminiumlegeringsmaterial stärka den tekniska innovationen och förbättra gjutprocesserna för att minimera innehållet av föroreningar och väte i råmaterial och förbättra produkternas kvalitetsstabilitet.
Publiceringstid: 5 augusti 2025
