À l'heure actuelle, avec l'augmentation de la complexité du pipeline automobile, de plus en plus de points de soudage entraînent inévitablement de nombreux problèmes de soudage à la flamme. Bien entendu, chaque méthode de soudage doit avoir ses propres avantages et inconvénients. Cet article analyse la faisabilité du pipeline de climatisation par soudage laser.
Comment résoudre le problème du soudage laser des alliages d'aluminium
Aujourd’hui, le soudage laser est largement utilisé dans l’industrie de l’usinage. De plus, la technologie laser présente également les caractéristiques d'un faible apport de chaleur de soudage, d'une faible influence sur la zone thermique de soudage, d'une difficulté à se déformer, etc. Par conséquent, elle a reçu une attention particulière dans le domaine du soudage des alliages d'aluminium.
D'autre part, en raison des caractéristiques de traitement de l'alliage d'aluminium, le soudage laser des alliages d'aluminium présente certaines difficultés de soudage. Comment résoudre ces problèmes ?
Problème 1 : L’alliage d’aluminium a un faible taux d’absorption du laser.
Ce problème est principalement dû au matériau en alliage d’aluminium. En raison de la réflectivité initiale élevée et de la conductivité thermique élevée de l'alliage d'aluminium par rapport au faisceau laser, l'alliage d'aluminium présente une faible absorption du faisceau laser avant de fondre. Les alliages d'aluminium ont un fort effet de réflexion sur la lumière laser en raison de la haute densité d'électrons libres dans l'alliage d'aluminium à l'état solide, qui ont tendance à interagir avec les photons du faisceau et à réfléchir l'énergie. Des études ont montré que la réflectivité des alliages d’aluminium atteint 90 % pour les lasers CO2 gazeux et proche de 80 % pour les lasers solides. Dans le même temps, les alliages d’aluminium ont une forte conductivité thermique, ce qui entraîne une faible absorption de la lumière laser par les alliages d’aluminium. Par conséquent, des mesures appropriées doivent être prises pour améliorer l’absorption de la lumière laser par les alliages d’aluminium.
Pour ce problème, la solution comprend principalement les aspects suivants.
1. Prétraitement de surface des matériaux en alliage d'aluminium. L'alliage d'aluminium a une réponse laser élevée. Un prétraitement approprié de la surface de l'alliage d'aluminium, tel que l'oxydation anodique, le polissage électrolytique, le sablage au jet de sable, etc., peut améliorer considérablement l'absorption de l'énergie rayonnante sur la surface. Des études ont montré que la tendance à la cristallisation de l'alliage d'aluminium après élimination du film d'oxyde est supérieure à celle de l'alliage d'aluminium d'origine. Afin de ne pas détruire la finition de surface de l'alliage d'aluminium et de simplifier le processus de soudage au laser, vous pouvez utiliser le processus de soudage pour augmenter la température de surface de la pièce afin d'améliorer l'absorption du laser par le matériau.
2. Réduisez la taille du spot et augmentez la densité de puissance laser. En augmentant la densité de puissance du laser pour améliorer l'absorption de l'alliage d'aluminium par le laser. L'augmentation de la densité de puissance du laser permettra au bain de fusion de soudage de produire un effet de petit trou, ce qui peut grandement améliorer le taux d'absorption du matériau par le laser.
3. Modifiez la structure de soudage, de sorte que le faisceau laser se reflète plusieurs fois dans l'espace pour faciliter le soudage laser de l'alliage d'aluminium. La forme du joint affectera l’absorption du laser. Le biseau en V et le biseau carré sont plus propices à la formation de trous de serrure que les joints sans biseau, de sorte que la densité de puissance du laser augmente et que l'absorption du laser par l'alliage d'aluminium augmente.
Problème 2 : Facile à produire de la porosité et des fissures thermiques, le processus de soudage laser en alliage d'aluminium est sujet à la porosité et aux fissures thermiques.
La porosité est le type de défaut le plus fréquent et le plus important lors du soudage laser des alliages d’aluminium. Les types de porosité peuvent être divisés en 2 catégories.
Une classe est due au soudage au laser de l'alliage d'aluminium dans le processus de refroidissement de la solubilité de l'hydrogène chute fortement, la teneur en hydrogène de l'alliage d'aluminium à l'état fondu jusqu'à {{0}},69 ml/100 g, la solidification par refroidissement de la teneur en hydrogène de l'alliage d'aluminium de 0,036 mL/100g, précipitation d’hydrogène sursaturée et formation de pores d’hydrogène. De plus, il y a une couche de film d'oxyde sur la surface de l'alliage d'aluminium, et l'eau cristalline sur la surface de l'alliage d'aluminium, l'air et l'humidité contenus dans le gaz protecteur se décomposent directement en hydrogène pendant le soudage. Ces pores d'hydrogène s'échappent lors du processus de refroidissement rapide du soudage laser des alliages d'aluminium et restent dans la soudure pour former des pores d'hydrogène.
Une autre catégorie est due au processus de soudage au laser produit par l'instabilité et l'effondrement du trou de serrure, le métal liquide arrive trop tard pour remplir les trous formés. Une porosité excessive réduira la densité de la soudure, réduira la capacité portante du joint et fera en sorte que la résistance et la plasticité du joint aient différents degrés de réduction.
Réduisez le soudage laser de l'alliage d'aluminium dans les défauts de porosité par un certain nombre de mesures, telles que la modification de la trajectoire du faisceau laser, l'utilisation de l'oscillation du faisceau vers le bain fondu pour l'agitation, l'augmentation de la possibilité de porosité échappée de la surface, l'utilisation de un fil d'apport ou une poudre d'alliage d'apport, ainsi que l'utilisation de la technologie à double point et du soudage composite au laser et d'autres mesures peuvent être obtenus pour réduire l'effet de la porosité, mais il est difficile de l'éliminer de la racine. La conductivité thermique de l'aluminium est relativement bonne, selon le matériau de l'alliage d'aluminium, l'épaisseur et l'état de surface dans le processus de soudage pour ajuster la forme d'onde de la puissance laser. Comme le montre la figure avant la pointe de la forme d'onde pour le soudage, peut également être utilisée avant le préchauffage après la forme d'onde d'isolation pour le soudage, afin de réduire le point de soufflage et la porosité joue un certain rôle. Il peut réduire l'effondrement instable des pores, modifier l'angle d'irradiation du faisceau laser et appliquer un champ magnétique lors du soudage, mais peut également contrôler efficacement les pores produits pendant le processus de soudage.
Les raisons de la fissuration thermique dans le soudage laser des alliages d'aluminium sont principalement liées à ses propres caractéristiques et au processus de soudage. Le retrait de solidification de l'alliage d'aluminium (jusqu'à 5 %), la contrainte et la déformation du soudage, ainsi que le métal fondu dans la cristallisation le long des joints de grains produiront une organisation eutectique à faible point de fusion, de sorte que les joints de grains de la force de liaison s'affaiblissent sous la contrainte de traction. sous l'action de la formation de fissures chaudes.
L'adoption de la méthode de remplissage du fil ou de la poudre d'alliage peut réduire la tendance à la fissuration à chaud, et le contrôle de la vitesse de chauffage et de refroidissement en ajustant les paramètres du processus de soudage peut également réduire la tendance à la fissuration à chaud. Lors de l'utilisation d'un laser YAG, l'apport de chaleur peut être contrôlé en ajustant la forme d'onde d'impulsion pour minimiser la fissuration des cristaux.
Problème 3 : Diminution des propriétés mécaniques des maillons soudés – ramollissement
La perte par combustion des éléments d'alliage pendant le processus de soudage réduit les propriétés mécaniques des maillons soudés en alliage d'aluminium.
Le « ramollissement » est le phénomène de diminution de la résistance et de la dureté des joints soudés. Lorsque des joints en alliage d'aluminium soudés au laser sont utilisés, le tissu de soudure et la zone affectée par la chaleur des joints soudés ont le même problème de ramollissement. Un grand nombre d'études ont montré que le phénomène de ramollissement du soudage des alliages d'aluminium est difficile à éliminer fondamentalement, mais comparé au soudage sous protection gazeuse, le soudage au laser est dû à un apport de chaleur réduit, de sorte que la zone de ramollissement de la soudure est plus étroite. Le soudage au laser en alliage d'aluminium et le soudage à l'électrode de fusion sous protection gazeuse par rapport aux joints soudés au laser, le degré de « ramollissement » est inférieur et la résistance à la traction avec l'augmentation de la vitesse de soudage et l'augmentation. Le plasma sur le processus de soudage de l'impact de l'énergie d'ionisation de l'élément en aluminium est faible, le soudage au laser est plus susceptible de former un plasma métallique, un plasma provoqué par la réfraction du laser, la déviation, modifiant ainsi le point focal de la position du faisceau laser, donc que le rapport de profondeur de soudure est réduit, affectant la qualité des joints soudés. Adoptez la méthode de poudre prépositionnée sur la surface de la pièce pour atténuer l'expansion du plasma dans le sens de la hauteur du saut, de sorte que le plasma sur la surface de la pièce puisse maintenir la stabilité relative de l'amplitude du saut.
Les pores instables dans le processus de soudage des alliages d'aluminium entraînent une diminution des propriétés mécaniques du joint soudé. L'alliage d'aluminium comprend principalement du Zn, du Mg et de l'Al. Lors du processus de soudage, le point d’ébullition de l’aluminium est plus élevé que celui des deux autres éléments. Par conséquent, certains éléments d'alliage à bas points d'ébullition peuvent être ajoutés lors du soudage d'éléments en alliage d'aluminium, ce qui favorise la formation de petits trous et la fermeté du soudage.
Deux technologies de soudage laser en alliage d'aluminium
1 soudage laser auto-fondant en alliage d'aluminium
Le soudage auto-fondant au laser fait référence au faisceau laser à haute densité d'énergie comme source de chaleur, impact sur la surface du matériau de base, de sorte que le matériau de base lui-même fond, formation de méthodes de soudage de joints soudés. Pour le soudage laser des alliages d'aluminium, la surface de l'alliage d'aluminium de la réflectivité laser est élevée, le soudage nécessite une puissance laser plus importante ; le diamètre du point laser est petit, les exigences de précision de l'outil de soudage sont élevées, la valeur de tolérance de l'écart entre les pièces est faible, nécessite généralement la valeur d'écart entre les pièces de 0,2 mm ce qui suit ; le processus de soudage de la vitesse de chauffage et de refroidissement, les défauts de porosité de la soudure, la densité d'énergie du laser est concentrée, l'effet de trou de serrure conduit facilement à la soudure concave et au phénomène de bords mordants. Le phénomène de bord mordant impose donc des paramètres de processus de soudage très exigeants. Le soudage laser auto-fondant dans le soudage des alliages d'aluminium reflète les avantages d'une bonne qualité de soudage, d'une vitesse de soudage rapide et d'une automatisation facile, et est largement utilisé dans l'industrie automobile. Dans l'industrie des véhicules électriques, le scellement de la coque de la batterie de puissance est principalement utilisé dans le soudage par autofusion laser des alliages d'aluminium. Une nouvelle énergie des entreprises de véhicules dans la carrosserie en aluminium, l'assemblage de la porte et le côté des composants structurels du soudage est également utilisée dans le soudage par fusion laser des alliages d'aluminium.
2 Soudage de fil d'apport laser en alliage d'aluminium
Le soudage du fil d'apport au laser dans le laser est toujours la principale source de chaleur pour faire fondre le métal soudé, mais l'utilisation d'un dispositif d'alimentation automatique du fil dans le bain en fusion alimente en continu le métal d'apport pour réaliser le processus de connexion métallurgique. Comparé au soudage laser auto-fondant, le soudage au fil d'apport laser assouplit les exigences de précision des écarts du processus de soudage, en remplissant le fil de différentes compositions, pour améliorer les propriétés métallurgiques de la soudure, pour empêcher la génération de fissures thermiques et de porosité de soudure. , et pour améliorer la stabilité du processus de soudage et les propriétés mécaniques des joints.
Le soudage par fil d'apport laser en alliage d'aluminium présente les caractéristiques d'une bonne qualité d'apparence, la précision de l'écart de processus est plus lâche que le soudage par auto-fusion au laser, etc. Il est généralement appliqué sur la surface d'apparence du corps, comme entre le couvercle supérieur et l'enceinte latérale. , et entre les panneaux supérieur et inférieur de la plaque extérieure du cache-bagages. Il existe également certains modèles afin d'obtenir une qualité de soudage supérieure et l'utilisation du soudage au fil d'apport laser pour souder les portes en alliage d'aluminium.
Laser 3 alliages d'aluminium - soudage composite à l'arc
Le soudage composite laser-arc est le laser et l'arc 2 types de propriétés physiques, le mécanisme de transfert d'énergie est très différent du composite de source de chaleur ensemble, et ensemble dans le rôle de la pièce soudée, non seulement donne plein jeu aux 2 types de chaleur source de leurs avantages respectifs, mais compensent également les lacunes de chacun. Dans le soudage composite laser-arc en alliage d'aluminium, l'arc peut guider la source de chaleur laser, améliorer l'alliage d'aluminium sur la capacité d'absorption du laser et l'utilisation de l'énergie du processus de soudage, et façonner la surface de soudure par rapport au soudage auto-fondant au laser. De plus, l'introduction de l'arc peut réduire considérablement la précision de montage de la pièce soudée, tandis que l'arc a un effet de dilution sur le plasma de soudage laser, ce qui peut réduire l'effet de protection du plasma sur le laser. Le laser joue un rôle important dans la stabilisation de l'arc, de sorte que l'arc puisse être stabilisé lors du soudage à grande vitesse sur le joint, ce qui peut améliorer la qualité du soudage du joint et augmenter la vitesse de soudage.
Conclusion
Densité d'énergie du faisceau de soudage laser en alliage d'aluminium jusqu'à 109 W/cm2, présente en même temps les avantages de chauffage concentré, de dommages thermiques, de rapport de profondeur et de largeur de soudure, de déformation de soudage, etc., le processus de soudage est facile à intégrer, automatisation, flexibilité , un soudage à grande vitesse et de haute précision peut être réalisé, et le processus de soudage ne nécessite pas d'environnement sous vide, ne produit pas de rayons X, particulièrement adapté au soudage de haute précision de structures complexes. La caractéristique la plus attrayante du soudage laser de l'aluminium est sa haute efficacité, et pour tirer pleinement parti de cette haute efficacité, il est nécessaire de l'appliquer à la grande épaisseur du soudage par fusion profonde. Par conséquent, la recherche et l’application de lasers de haute puissance pour le soudage par fusion profonde de grandes épaisseurs constitueront la tendance inévitable du développement futur. Le soudage par fusion profonde de grande épaisseur met en évidence le phénomène des trous d'épingle et son effet sur la porosité de la soudure, de sorte que le mécanisme de formation et le contrôle des trous d'épingle deviennent de plus en plus populaires et deviendront un sujet brûlant de préoccupation générale et de recherche dans l'industrie.
Améliorer la stabilité du processus de soudage laser, la formation des soudures et la qualité des soudures sont les objectifs poursuivis. Par conséquent, de nouvelles technologies telles que le procédé composite à arc laser, le soudage laser à fil d'apport, le soudage laser à poudre non prédéfinie, la technologie à double focalisation, la mise en forme du faisceau, etc. seront encore améliorées et développées.
