Almindelige defekter iLasersvejsning af aluminiumslegering
Uanset om det drejer sig om laserautogen svejsning ellerlaserbuehybridsvejsningbruges til aluminiumlegeringer, er der nogle almindelige tekniske problemer, dvs. der kan opstå defekter, hvis procesparametrene og svejseforholdene er metallurgiske.upassende. DenAl defekter i aluminiumslegeringssamlinger omfatter primært to typer: svejseporøsitet og varme revner ved svejsning. Ud over porøsitet og varme revner findes der også defekter som underskæring og dårlig bagsidedannelse ved lasersvejsning af aluminiumlegeringer. Sammenlignet med svejseporøsitet er sandsynligheden for svejserevner (synlige for det blotte øje eller under lav forstørrelse) ikke høj. Da revner er mere farlige, fastslår JIS Z 3105 dog, at når en revne opdages i en svejsning, skal svejsningen bedømmes som klasse IV. Underskæring, dårlig bagsidedannelse og andre defekter er for det meste alvorlige defekter forårsaget af forkert hastighedskontrol eller uoverensstemmelser i procesparametrene. Sådanne defekter opstår generelt i processens udforsknings- og fejlfindingsfase og forekommer sjældent i normale faktiske produktionsoperationer. Derfor er porøsitet en type defekt, der er mere skadelig ved lasersvejsning af aluminiumlegeringer og i forbindelse med svejsede strukturer, og den er vanskelig fundamentalt at eliminere.
1. Porøsitet
Porøsitet er den mest almindelige og største volumenfejl ilasersvejsning af aluminiumlegeringer, med størrelser fra hundredvis af mikron til adskillige millimeter. Dens dannelsesmekanisme er endnu ikke helt klarlagt. Porøsitet svækker ikke kun den effektive arbejdssektion af svejsningen, men forårsager også spændingskoncentration, hvilket reducerer den dynamiske styrke og udmattelsesegenskaber i den svejsede samling.
Når en aluminiumlegering smelter i et hydrogenholdigt miljø, kan dens interne hydrogenindhold nå op på mere end 0,69 ml/100 g, men efter at legeringen er størknet, er dens hydrogenopløselighed i ligevægt højst 0,036 ml/100 g. Det antages generelt, at hydrogenopløseligheden falder kraftigt under afkølingsprocessen ved lasersvejsning, og udfældningen af overmættet hydrogen vil danne hydrogenporøsitet. Fordampning af legeringselementer med lavt smeltepunkt og højt damptryk kan også føre til porøsitet, hvilket kaldes metallurgisk porøsitet. Derudover kan forstyrrelser i laserstrålen og ustabiliteten af nøglehullet også danne porøsitet, men sådan porøsitet har en uregelmæssig form og kan kaldes procesinduceret porøsitet. På grund af aluminiumlegeringers høje kemiske aktivitet dannes der let en oxidfilm på overfladen. Under svejsning nedbrydes krystalvandet og det kombinerede vand, der nedbrydes fra oxidfilmen på aluminiumlegeringsoverfladen, sammen med fugtigheden i luften og beskyttelsesgassen, direkte for at producere hydrogen i højtemperaturområdet under laserens påvirkning. Disse hydrogengasser kan enten udfældes under afkøling og størkning af smeltebadet og danne bobler eller direkte generere bobler på den ufuldstændigt smeltede oxidfilm. På grund af aluminiumlegeringers lave specifikke tyngdekraft er boblernes stigningshastighed i smeltebadet langsom. Derudover har aluminiumlegeringer en stærk varmeledningsevne, og smeltebadets afkølings- og størkningshastighed er ekstremt hurtig. Nogle bobler kan ikke undslippe i tide og forblive i svejsningen, hvorved der dannes metallurgisk porøsitet. Undersøgelser har vist, at den primære gas i porøsiteten af aluminiumsvejsninger er hydrogen, så porøsiteten i aluminiumsvejsninger kaldes undertiden hydrogenporøsitet. Når man observerer porøsitetsbrud under et scanningselektronmikroskop, udviser porøsiteten for det meste en sfærisk morfologi med tæt arrangerede dendrit-ender af dendritiske krystaller, og den indre væg er glat, ren og fri for oxidationsspor. Tilstedeværelsen af porøsitet reducerer ikke kun svejsningens kompakthed og samlingens bæreevne, men reducerer også samlingens styrke og plasticitet i varierende grad.
2. Varme revner
Varme revner (herunder størkningsrevner og likvationsrevner) dannes under størkningsprocessen af smeltet metal og er en af de almindelige defekttyper i lasersvejsning af aluminiumlegeringer. Det mest åbenlyse træk ved brudmorfologien af størkningsrevner er, at brudfladen består af et stort område af glatte, men ujævne, granulære brosten eller kartoffellignende strukturer, og overfladen indeholder ofte intergranulære eutektiske materialer med lavt smeltepunkt eller flydende filmfoldninger, samt spor af sprødbrud af dendritter. Brudmorfologien af likvationsrevner ligner størkningsrevner, men den har karakteristika for intergranulært brud eller størkningsbrud ved høj temperatur. Ved udmattelsesbrud i smeltesvejsede samlinger under udmattelsesbelastning er kilder til udmattelsesrevner forårsaget af sådanne varme revner også almindelige. Årsagerne til varme revner i lasersvejsning af aluminiumlegeringer er hovedsageligt relateret til deres egne egenskaber og svejseprocesser. Aluminiumlegeringer har en stor krympningshastighed under størkning (op til 5%), hvilket resulterer i stor svejsespænding og deformation; Derudover dannes eutektiske strukturer med lavt smeltepunkt langs korngrænserne under størkningen af svejsemetallet, hvilket svækker korngrænsernes bindingskraft og dermed danner varme revner under påvirkning af trækspænding. Derudover kan revnemorfologierne i lasersvejsning af aluminiumlegeringer opsummeres i følgende kategorier: revner i svejsecentret; revner i svejsesmeltelinjen; intergranulære revner i svejsninger; revner i varmepåvirkede zoner; revner forårsaget af oxidfilm; og intergranulære mikrorevner.
Derudover forårsager dårlig beskyttelse under svejsning, at svejsemetallet reagerer med gasser i luften, og de dannede indeslutninger er også potentielle revnekilder. Typen og mængden af legeringselementer har stor indflydelse på tendensen til varm revnedannelse under svejsning af aluminiumslegeringer. Generelt har Al-Si- og Al-Mn-serier af aluminiumlegeringer god svejsbarhed og er ikke lette at producere varme revner; mens Al-Mg-, Al-Cu- og Al-Zn-serier af aluminiumlegeringer har relativt høje tendenser til varm revnedannelse. Tendensen til varm revnedannelse kan reduceres ved at justere svejseprocesparametrene for at kontrollere opvarmnings- og afkølingshastighederne. Generelt er tendensen til varm revnedannelse ved laserbuehybridsvejsning bedre end ved lasersvejsning med svejsetråd, og tendensen til varm revnedannelse ved lasersvejsning med svejsetråd er bedre end ved laserautogen svejsning.
3. Underskæring og gennembrænding
Aluminiumlegeringer har lav ioniseringsenergi, og fotoinduceret plasma er tilbøjeligt til overophedning og udvidelse under svejsning, hvilket resulterer i ustabile svejseprocesser. Derudover har flydende aluminiumlegeringer god fluiditet og lav overfladespænding. For at forbedre penetrationen kræves der ofte en større beskyttelsesgasstrømningshastighed og laserudgangseffekt, hvilket forringer svejseprocessens stabilitet, hvilket får smeltebadet til at fluktuere voldsomt under tryk og let fører til defekter såsom underskæring og gennembrænding. Bagsidens formbarhed af lasersvejsede aluminiumlegeringsplader kan forbedres effektivt ved at installere en vandkølet kobberplade på bagsiden af svejsningen.
4. Slaggeinddragelse
En anden type defekt, der ofte forekommer ved svejsning af biler, er indeslutning af svejseslagge. Undersøgelser har vist, at indeslutning af slagge hovedsageligt kommer fra oxider på overfladen af svejsninger og svejsetråde, samt ustabile processer i lokaliseringen af aluminiumlegeringsmaterialer. Derfor bør producenter af aluminiumlegeringsmaterialer styrke den teknologiske innovation og forbedre støbeprocesserne for at minimere indholdet af urenheder og hydrogen i råmaterialerne og forbedre produkternes kvalitetsstabilitet.
Opslagstidspunkt: 05.08.2025
