כיצד לפתור את הבעיה של ריתוך בלייזר של סגסוגת אלומיניום

נכון לעכשיו, עם עליית המורכבות של צינור הרכב, יותר ויותר נקודות ריתוך, מה שמביא בהכרח הרבה בעיות ריתוך להבה. כמובן שלכל שיטת ריתוך יש יתרונות וחסרונות משלה. מאמר זה מנתח את ההיתכנות של צינור מיזוג אוויר לריתוך בלייזר.

כיום, ריתוך לייזר נמצא בשימוש נרחב בתעשיית העיבוד שבבי. בנוסף, לטכנולוגיית הלייזר יש גם מאפיינים של קלט חום ריתוך קטן, השפעה קטנה על אזור חום הריתוך, ולא קל לעיוות, ולכן היא זכתה לתשומת לב מיוחדת בתחום ריתוך סגסוגת אלומיניום.

מצד שני, בשל מאפייני העיבוד של סגסוגת אלומיניום, לריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום יש כמה קשיי ריתוך. איך פותרים את הבעיות הללו?

בעיה 1: לסגסוגת אלומיניום יש קצב ספיגה נמוך של לייזר. בעיה זו נובעת בעיקר מבעיית חומרי סגסוגת האלומיניום. בשל ההשתקפות הראשונית הגבוהה והמוליכות התרמית הגבוהה של סגסוגת אלומיניום לקרן הלייזר, קצב הקליטה של ​​סגסוגת אלומיניום לקרן הלייזר לפני ההמסה נמוך מאוד. לסגסוגת אלומיניום יש אפקט השתקפות חזק על לייזר, אשר נובע מצפיפות גבוהה של אלקטרונים חופשיים במצב המוצק של סגסוגת אלומיניום, אשר קל לשקף את האנרגיה עם הפוטון בקרן.

מחקרים מראים שהרפלקטיביות של סגסוגת אלומיניום ללייזר CO2 בגז גבוהה עד 90%, והרפלקטיביות של לייזר מוצק קרובה ל-80%. יחד עם זאת, לסגסוגת אלומיניום יש מוליכות תרמית חזקה, וכתוצאה מכך קצב ספיגה נמוך מאוד של לייזר מסגסוגת אלומיניום. לכן, יש לנקוט באמצעים מתאימים כדי לשפר את קצב ספיגת הלייזר של סגסוגת אלומיניום.

כדי לפתור בעיה זו, הפתרונות כוללים בעיקר את ההיבטים הבאים:

1. טיפול מקדים משטח של חומר מסגסוגת אלומיניום. לסגסוגות אלומיניום יש תגובת לייזר גבוהה. טיפול מקדים נכון של משטח סגסוגת האלומיניום, כגון חמצון אנודי, ליטוש אלקטרוליטי, התזת חול, התזת חול וכו'. זה יכול לשפר משמעותית את ספיגת פני השטח של אנרגיית קרינה. התוצאות מראות שנטיית ההתגבשות של סגסוגת אלומיניום לאחר הסרת סרט תחמוצת גבוהה מזו של סגסוגת אלומיניום מקורית. על מנת לא להרוס את גימור פני השטח של סגסוגת אלומיניום ולפשט את תהליך ריתוך הלייזר, ניתן להשתמש בתהליך הריתוך כדי להעלות את טמפרטורת פני השטח של חומר העבודה ולשפר את קצב הספיגה של החומר ללייזר.

2. להקטין את גודל הנקודה ולשפר את צפיפות הספק הלייזר. ספיגת הלייזר של סגסוגת אלומיניום משתפרת על ידי הגדלת צפיפות הספק הלייזר. הגדלת צפיפות כוח הלייזר תגרום לאפקט של חור קטן בבריכת הריתוך, מה שיכול לשפר מאוד את קצב הספיגה של החומר ללייזר.

3. שנה את מבנה הריתוך כך שקרן הלייזר תשתקף במרווח פעמים רבות כדי להקל על ריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום. צורת המפרק משפיעה על ספיגת אור הלייזר. שיפוע בצורת V ושיפוע מרובע תורמים יותר להיווצרות של חורי מפתח מאשר מפרקים שאינם משופעים, וצפיפות הספק הלייזר עולה, וקצב ספיגת הלייזר של סגסוגת אלומיניום עולה גם הוא.

בעיה 2: קל לייצר נקבוביות וסדקים חמים, שקל לייצר נקבוביות וסדקים חמים בתהליך ריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום. נקבוביות היא הפגם הנפוץ והחשוב ביותר בריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום. ניתן לחלק את סוגי הסטומטה לשתי קטגוריות.

האחת היא שבשל הירידה החדה במסיסות המימן בתהליך הקירור של ריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום, תכולת המימן של סגסוגת אלומיניום מותכת יכולה להגיע ל-{{0}}.69mL/100g, תכולת המימן של סגסוגת אלומיניום לאחר קירור והתמצקות הוא 0.036 מ"ל/100 גרם, והמימן העל-רווי משקע ויוצר נקבוביות מימן. בנוסף, יש סרט תחמוצת על פני סגסוגת האלומיניום, והמים במי הקריסטל, האוויר והגז המגן על פני סגסוגת האלומיניום מתפרקים ישירות למימן במהלך הריתוך. נקבוביות מימן אלו מאוחרות מדי להימלט במהלך תהליך הקירור המהיר של ריתוך לייזר של סגסוגות אלומיניום, ונשארות בתוך הריתוך ליצירת נקבוביות מימן.

השני נובע מחוסר היציבות של חור המנעול שנוצר בתהליך ריתוך הלייזר וקריסה, ולמתכת הנוזלית אין זמן למלא את החור. נקבוביות יתר תפחית את צפיפות הריתוך, תפחית את כושר הנשיאה של המפרק ותפחית את החוזק והפלסטיות של המפרק בדרגות שונות.

ישנם אמצעים רבים לצמצום הפגמים של חור הגז בריתוך הלייזר, כגון אפשרות לערבב את הבריכה המותכת, הוספת אפשרות של פני השטח, מילוי החוט או מילוי אבקת הסגסוגת, והשימוש של טכנולוגיית נקודה כפולה וריתוך מרוכב בלייזר כדי להפחית את השפעת הנקבוביות, אבל קשה לחסל את כל העניין. מוליכות החום של האלומיניום טובה יותר, וניתן להתאים את צורת הגל של כוח הלייזר בהתאם לחומר, לעובי ולמצב פני השטח של סגסוגת האלומיניום. בתמונה של ריתוך קצה גל המוביל, ניתן להשתמש בו גם לריתוך מסוג הגל המבודד לאחר חימום מוקדם, שיכול למלא תפקיד בצמצום חורי הגז והגז. זה יכול להפחית את חוסר היציבות של הנקבוביות, לשנות את הזווית של קרן הלייזר, ולהחיל את השדה המגנטי בריתוך, ויכול לשלוט ביעילות על הנקבוביות של מעמד הביניים.

הסיבה לסדק חם בריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום קשורה בעיקר למאפיינים ולתהליך הריתוך שלו. במהלך ההתמצקות של סגסוגת אלומיניום, קצב ההתכווצות גדול (עד 5%), מתח הריתוך והעיוות גדולים, ומתכת הריתוך תייצר מבנה אוקטי עם נקודת התכה נמוכה לאורך גבול התבואה במהלך ההתגבשות, כך שגבול התבואה. כוח המחייב נחלש, וסדקים חמים נוצרים תחת פעולת מתח מתיחה.

ניתן להפחית את נטיית הסדק החם על ידי מילוי תיל או אבקת סגסוגת, וניתן להפחית את נטיית הסדק החם על ידי התאמת הפרמטרים של תהליך הריתוך כדי לשלוט במהירות החימום והקירור. בעת שימוש בלייזרי YAG, ניתן לשלוט בכניסת החום על ידי התאמת צורת הגל הדופק להפחתת פיצוח הגביש.

בעיה 3: המאפיינים המכניים של חוליות מרותכות יורדות - ריכוך

אובדן הבעירה של אלמנטים סגסוגת בתהליך הריתוך מפחית את התכונות המכניות של מפרקים מרותכים מסגסוגת אלומיניום.

"ריכוך" היא תופעה של מופחתת חוזק וקשיות של מפרקים מרותכים. כאשר משתמשים במפרק סגסוגת אלומיניום בריתוך בלייזר, למבנה הריתוך ולאזור המושפע מהחום של המפרק המרותך יש גם בעיות ריכוך. מספר רב של מחקרים הראו שקשה לבטל באופן יסודי את תופעת הריכוך של ריתוך סגסוגת אלומיניום, אך בהשוואה לריתוך מוגן גז, ריתוך לייזר מפחית את כניסת החום והופכת את אזור הריכוך של הריתוך לצר יותר. בהשוואה לריתוך MIG, מידת ה"ריכוך" של חיבורי סגסוגת אלומיניום מרותכים בלייזר נמוכה יותר, וחוזק המתיחה עולה עם עליית מהירות הריתוך. השפעת הפלזמה על תהליך הריתוך אנרגיית יינון אלמנט אלומיניום נמוכה, ריתוך לייזר קל יותר ליצור פלזמה מתכתית, פלזמה נגרמת משבירת לייזר, סטייה, ובכך משנה את הפוקוס של קרן הלייזר, כך שיחס חדירת הריתוך מצטמצם, משפיע על איכות מפרק הריתוך. על ידי הגדרה מראש של האבקה על משטח העבודה, נחלשים ההתרחבות והפעימה של הפלזמה בכיוון הגובה, כך שהפלזמה יכולה לשמור על משרעת פעימה יציבה יחסית על משטח העבודה.

התכונות המכניות של מפרקים מרותכים של סגסוגת אלומיניום יורדות עקב נקבוביות לא יציבה במהלך הריתוך. סגסוגות אלומיניום כוללות בעיקר Zn, Mg ו-Al. במהלך תהליך הריתוך, לאלומיניום יש נקודת רתיחה גבוהה יותר משני היסודות האחרים. לכן, ניתן להוסיף כמה אלמנטים סגסוגת של נקודת רתיחה נמוכה בעת ריתוך רכיבי סגסוגת אלומיניום, דבר המסייע להיווצרות חורים קטנים וליציבות הריתוך.

1. ריתוך היתוך עצמי בלייזר מסגסוגת אלומיניום

ריתוך היתוך עצמי בלייזר מתייחס לקרן הלייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה כמקור חום, המשפיע על פני השטח של חומר הבסיס, כך שחומר הבסיס עצמו נמס, ויוצר שיטת ריתוך משותף ריתוך. עבור ריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום, פני השטח של סגסוגת אלומיניום הם בעלי רפלקטיביות גבוהה ללייזר, ונדרש כוח לייזר גדול במהלך הריתוך. קוטר נקודת הלייזר קטן, הדיוק של ציוד הריתוך גבוה וערך הסובלנות של הרווח של החלקים נמוך, וערך הפער של החלקים נדרש בדרך כלל להיות מתחת ל-0. 2 מ"מ. במהלך תהליך הריתוך, מהירות החימום והקירור מהירה, פגמי נקבוביות הריתוך רבים, צפיפות אנרגיית הלייזר מרוכזת, וקל לגרום לאפקט חור המנעול לתופעה של קעור ריתוך ונשיכת קצוות, כך שהפרמטרים של תהליך הריתוך דרישות גבוהות יותר. ריתוך היתוך עצמי בלייזר בריתוך סגסוגת אלומיניום משקף את היתרונות של איכות ריתוך טובה, מהירות ריתוך מהירה ואוטומציה קלה, ונמצא בשימוש נרחב בתעשיית הרכב. בתעשיית הרכב החשמלי, האיטום של מעטפת סוללת החשמל עשוי בעיקר ריתוך היתוך עצמי של סגסוגת אלומיניום. בגוף האלומיניום של חברת מכוניות אנרגיה חדשה מקומית, הריתוך של מכלול הדלת ומבנה הקיר הצדדי עשוי גם הוא ריתוך היתוך עצמי של סגסוגת אלומיניום.

2. ריתוך מילוי חוטי לייזר מסגסוגת אלומיניום

בריתוך מילוי חוטי לייזר, הלייזר עדיין משמש כמקור החום העיקרי להמסת המתכת המרותכת, אך מכשיר הזנת החוטים האוטומטי משמש להזנה רציפה של המתכת המלאה לתוך בריכת ההיתוך כדי להשיג את תהליך החיבור המתכתי. בהשוואה לריתוך היתוך עצמי בלייזר, ריתוך מילוי חוטי הלייזר הרפה את הדרישות של דיוק הפערים בתהליך הריתוך, על ידי מילוי רכיבים שונים של חוט הריתוך, שיפור התכונות המתכותיות של הריתוך, מניעת סדקים חמים ונקבוביות ריתוך, שיפור יציבות תהליך הריתוך ותכונות מכניות של המפרק.

לריתוך חוטי לייזר מסגסוגת אלומיניום יש את המאפיינים של איכות מראה טובה, דיוק הפערים בתהליך רופף יותר מאשר ריתוך היתוך עצמי בלייזר וכו'. הוא משמש בדרך כלל במשטח החיצוני של הגוף, כגון בין הכיסוי העליון לדופן הצד, ובין הצלחות העליונות והתחתונות של כיסוי המזוודה. ישנם גם כמה דגמים על מנת להשיג איכות ריתוך גבוהה יותר ולהשתמש בריתוך חוטי לייזר לריתוך דלתות מסגסוגת אלומיניום.

3. ריתוך מרוכב קשת לייזר מסגסוגת אלומיניום

ריתוך מרוכב בלייזר-קשת הוא שילוב של לייזר וקשת שני סוגים של מקורות חום בעלי תכונות פיזיקליות שונות ומנגנון העברת אנרגיה, ופועלים יחד על החלקים המרותכים. שניהם נותנים משחק מלא ליתרונות של שני מקורות החום, ומפצים זה על החסרונות של זה. בריתוך מרוכב קשת לייזר של סגסוגת אלומיניום, הקשת יכולה להנחות את מקור חום הלייזר, לשפר את כושר הספיגה של סגסוגת אלומיניום ואת קצב ניצול האנרגיה בתהליך הריתוך, ויכולת יצירת פני השטח של הריתוך טובה יותר מזו של הלייזר. ריתוך היתוך עצמי. בנוסף, הכנסת קשת יכולה להפחית מאוד את דיוק ההידוק של חלקי ריתוך, ולקשת יש אפקט דילול על פלזמה של ריתוך לייזר, מה שיכול להפחית את השפעת המיגון של פלזמה על לייזר. ללייזר תפקיד חשוב ביציבות הקשת, כך שהקשת יכולה לפעול ביציבות על המפרק במהלך ריתוך מהיר, מה שיכול לשפר את איכות הריתוך של המפרק ולהגביר את מהירות הריתוך.

צפיפות האנרגיה של קרן ריתוך הלייזר של סגסוגת אלומיניום יכולה להגיע ל-109W/cm2, ויש לה את היתרונות של חימום מרוכז, נזק תרמי קטן, יחס עומק ריתוך גדול ורוחב ועיוות ריתוך קטן. תהליך הריתוך קל לשילוב, אוטומטי וגמיש, שיכול לממש ריתוך במהירות גבוהה ובדיוק גבוה, ותהליך הריתוך אינו זקוק לסביבת ואקום, ואינו מייצר קרני רנטגן, מתאים במיוחד לרמת דיוק גבוהה ריתוך של מבנים מורכבים. התכונה האטרקטיבית ביותר של ריתוך לייזר של סגסוגת אלומיניום היא היעילות הגבוהה שלו, וכדי לתת משחק מלא ליעילות גבוהה זו, יש צורך ליישם אותו לריתוך עמוק בעובי גדול. לכן, המחקר והיישום של לייזר בעל הספק גבוה עבור ריתוך חדירה עמוקה בעובי גדול יהיו מגמה בלתי נמנעת של פיתוח עתידי. ריתוך חדירה עמוק בעובי גדול מדגיש את תופעת החורים והשפעתה על נקבוביות הריתוך, כך שמנגנון היווצרות והשליטה בחרירים הולכים ונעשים יותר ויותר, מה שיהפוך לנושא חם בתעשייה.

שיפור היציבות של תהליך ריתוך הלייזר, יצירת הריתוך ואיכות הריתוך היא המטרה שאנשים רודפים אחריה. לכן, טכנולוגיות חדשות כגון תהליך מרוכב קשת לייזר, ריתוך לייזר חוטי מילוי, ריתוך לייזר אבקה לא מוגדר מראש, טכנולוגיית מיקוד כפול, עיצוב קרן ישופרו ופותחו עוד יותר.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd היא מפעל היי-טק המתמחה במו"פ, ייצור ומכירה של מכונת חיפוי לייזר אוטומטית, מכונת חיפוי לייזר במהירות גבוהה, מכונת מרווה בלייזר, מכונת ריתוך לייזר וציוד הדפסת לייזר בתלת מימד. המוצרים שלנו חסכוניים ונמכרים בארץ ובחו"ל. אם אתה מעוניין במוצרים שלנו, אנא צור איתנו קשר בכתובת bob@gshenglaser.com.