Pengelasan Laser Paduan Aluminium

 

Teknologi laser mempunyai ciri-ciri masukan panas pengelasan yang kecil, pengaruh yang kecil terhadap area pemanasan pengelasan, dan tidak mudah mengalami deformasi, sehingga mendapat perhatian khusus dalam bidang pengelasan paduan aluminium. Namun, karena karakteristik pemrosesan paduan aluminium, terdapat beberapa kesulitan pengelasan dalam pengelasan laser paduan aluminium. Bagaimana cara mengatasi masalah-masalah ini?

 

pertanyaan 1: Paduan aluminium memiliki tingkat penyerapan laser yang rendah.
Masalah ini terutama disebabkan oleh masalah bahan paduan aluminium. Karena reflektifitas awal yang tinggi dan konduktivitas termal yang tinggi dari paduan aluminium terhadap sinar laser, paduan aluminium memiliki tingkat penyerapan sinar laser yang rendah sebelum meleleh. Paduan aluminium memiliki efek refleksi yang kuat pada sinar laser. Hal ini disebabkan tingginya kepadatan elektron bebas di dalam paduan aluminium dalam keadaan padat, yang mudah berinteraksi dengan foton dalam berkas dan memantulkan energi. Penelitian menunjukkan bahwa reflektifitas paduan aluminium terhadap laser gas CO2 mencapai 90%, dan reflektifitas terhadap laser padat juga mendekati 80%. Pada saat yang sama, paduan aluminium memiliki konduktivitas termal yang kuat, sehingga tingkat penyerapan paduan aluminium untuk sinar laser sangat rendah. Oleh karena itu, tindakan yang tepat harus diambil untuk meningkatkan laju penyerapan laser pada paduan aluminium.

 

Untuk mengatasi masalah ini, solusinya terutama mencakup aspek-aspek berikut:
1. Perlakuan awal permukaan bahan paduan aluminium. Paduan aluminium memiliki respons laser yang tinggi. Lakukan pra-perawatan yang sesuai pada permukaan paduan aluminium, seperti anodisasi, pemolesan elektrolitik, peledakan pasir, peledakan pasir, dll. Hal ini dapat secara signifikan meningkatkan penyerapan energi radiasi permukaan. Penelitian telah menunjukkan bahwa kecenderungan kristalisasi paduan aluminium setelah penghilangan lapisan oksida lebih tinggi dibandingkan dengan paduan aluminium asli. Agar tidak merusak permukaan akhir paduan aluminium dan menyederhanakan proses pengelasan laser, proses pengelasan dapat digunakan untuk meningkatkan suhu permukaan benda kerja dan meningkatkan laju penyerapan laser pada material.

2. Kurangi ukuran titik dan tingkatkan kepadatan daya laser. Penyerapan laser pada paduan aluminium ditingkatkan dengan meningkatkan kepadatan daya laser. Peningkatan kepadatan daya laser akan menghasilkan efek lubang jarum di kolam lelehan pengelasan, yang dapat sangat meningkatkan laju penyerapan laser pada material.

3. Ubah struktur pengelasan untuk membuat sinar laser memantul beberapa kali di celah untuk memfasilitasi pengelasan laser paduan aluminium. Bentuk sambungan akan mempengaruhi penyerapan sinar laser. Alur berbentuk V dan alur persegi lebih kondusif untuk pembentukan lubang kunci daripada sambungan tanpa alur, yang meningkatkan kepadatan daya laser dan meningkatkan laju penyerapan laser pada paduan aluminium.

 

 

Masalah 2:Sangat mudah untuk menghasilkan pori-pori dan retakan panas. Proses pengelasan laser paduan aluminium rentan terhadap pori-pori dan retakan panas.

Porositas adalah jenis cacat yang paling umum dan paling penting dalam pengelasan laser pada paduan aluminium. Jenis stomata dapat dibagi menjadi 2 kategori.

Salah satunya disebabkan oleh penurunan tajam kelarutan hidrogen selama proses pendinginan pengelasan laser paduan aluminium. Kandungan hidrogen pada paduan aluminium cair bisa mencapai {{0}}.69mL/100g. Kandungan hidrogen pada paduan aluminium setelah pendinginan dan pemadatan adalah 0,036mL/100g, yang merupakan keadaan lewat jenuh. Hidrogen mengendap membentuk pori-pori hidrogen. Selain itu, terdapat lapisan oksida pada permukaan paduan aluminium. Selama pengelasan, air kristal pada permukaan paduan aluminium, kelembaban di udara dan gas pelindung langsung terurai menjadi hidrogen. Pori-pori hidrogen ini tidak sempat keluar selama proses pendinginan cepat pada pengelasan laser paduan aluminium, tetapi tetap berada di dalam lasan untuk membentuk pori-pori hidrogen.

 

Jenis lainnya adalah lubang yang terbentuk karena lubang kunci yang dihasilkan selama proses pengelasan laser tidak stabil dan runtuh, serta logam cair tidak mempunyai waktu untuk mengisinya. Pori-pori yang berlebihan akan mengurangi kepadatan las, mengurangi kapasitas menahan beban sambungan, dan mengurangi kekuatan dan plastisitas sambungan hingga tingkat yang berbeda-beda.

 

Ada banyak tindakan untuk mengurangi cacat pori pada pengelasan laser paduan aluminium, seperti mengubah lintasan sinar laser, menggunakan osilasi sinar untuk mengaduk kolam cair, meningkatkan kemungkinan pori-pori keluar dari permukaan, menggunakan pengisian kawat atau bubuk paduan, dan Tindakan seperti teknologi titik ganda dan pengelasan hibrida laser dapat mencapai efek pengurangan pori-pori, namun sulit untuk dihilangkan secara mendasar. Aluminium memiliki konduktivitas termal yang relatif baik, dan bentuk gelombang daya laser dapat disesuaikan selama proses pengelasan sesuai dengan bahan, ketebalan, dan kondisi permukaan paduan aluminium. Seperti terlihat pada gambar, pengelasan dapat dilakukan dengan menggunakan tipe gelombang ujung depan, atau pengelasan dapat dilakukan dengan menggunakan tipe gelombang dengan pemanasan awal depan dan kemudian pelestarian panas, keduanya berperan dalam mengurangi titik ledakan dan pori-pori. Hal ini dapat mengurangi keruntuhan pori-pori yang tidak stabil, mengubah sudut iradiasi sinar laser, dan menerapkan medan magnet selama pengelasan. Itu juga dapat secara efektif mengontrol pori-pori yang dihasilkan selama proses pengelasan.

 

Penyebab retak panas pada pengelasan laser paduan aluminium terutama berkaitan dengan karakteristik dan proses pengelasannya sendiri. Ketika paduan aluminium mengeras, tingkat penyusutannya besar (hingga 5%), tegangan pengelasan dan deformasinya besar, dan logam las akan menghasilkan struktur eutektik dengan titik leleh rendah di sepanjang batas butir selama kristalisasi, yang melemahkan batas butir. kekuatan ikatan dan berperan dalam tegangan tarik. Retakan termal terbentuk di bawah.

Kecenderungan retak panas dapat dikurangi dengan mengisi kawat atau serbuk paduan. Kecenderungan terjadinya retakan panas juga dapat dikurangi dengan mengatur parameter proses pengelasan untuk mengontrol kecepatan pemanasan dan pendinginan. Saat menggunakan laser YAG, masukan panas dapat dikontrol dengan menyesuaikan bentuk gelombang pulsa untuk mengurangi retakan kristal.

 

 

Masalah 3:Sifat mekanik dari sambungan las berkurang - melunak.

 

Hilangnya pembakaran elemen paduan selama proses pengelasan mengurangi sifat mekanik sambungan las paduan aluminium.

 

Pelunakan adalah berkurangnya kekuatan dan kekerasan sambungan las. Ketika sambungan paduan aluminium pengelasan laser digunakan, struktur las dan zona sambungan las yang terkena panas juga mengalami masalah pelunakan. Sejumlah besar penelitian menunjukkan bahwa fenomena pelunakan pengelasan paduan aluminium sulit dihilangkan secara mendasar. Namun, dibandingkan dengan pengelasan berpelindung gas, pengelasan laser mengurangi masukan panas dan membuat zona pelunakan lasan menjadi lebih sempit. Dibandingkan dengan pengelasan busur logam gas pada pengelasan laser paduan aluminium, tingkat "pelunakan" sambungan las laser lebih rendah, dan kekuatan tarik meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan pengelasan. Dampak plasma pada proses pengelasan Energi ionisasi elemen aluminium rendah. Lebih mudah untuk membentuk plasma logam selama pengelasan laser. Plasma menyebabkan pembiasan dan defleksi laser, sehingga mengubah posisi fokus sinar laser, mengurangi rasio penetrasi las, dan mempengaruhi kualitas sambungan las. Metode pra-posisi bubuk pada permukaan benda kerja digunakan untuk melemahkan lompatan ekspansi plasma ke arah ketinggian, sehingga plasma dapat mempertahankan amplitudo lompatan yang relatif stabil pada permukaan benda kerja.

 

Pori-pori yang tidak stabil pada proses pengelasan paduan aluminium menyebabkan penurunan sifat mekanik sambungan las. Paduan aluminium terutama mencakup Zn, Mg dan Al. Selama pengelasan, aluminium memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dua elemen lainnya. Oleh karena itu, beberapa elemen paduan dengan titik didih rendah dapat ditambahkan saat mengelas komponen paduan aluminium, yang bermanfaat untuk pembentukan lubang kecil dan kekencangan pengelasan.

 

1. Pengelasan fusi laser paduan aluminium
Pengelasan laser autogenous mengacu pada metode pengelasan yang menggunakan sinar laser dengan kepadatan energi tinggi sebagai sumber panas untuk membenturkan permukaan bahan dasar, menyebabkan bahan dasar meleleh dengan sendirinya membentuk sambungan las. Untuk pengelasan laser paduan aluminium, permukaan paduan aluminium memiliki reflektifitas laser yang tinggi, yang memerlukan daya laser yang besar selama pengelasan; diameter titik laser kecil, persyaratan presisi untuk perkakas las tinggi, dan toleransi celah bagian rendah, yang biasanya memerlukan bagian. Nilai celahnya di bawah 0.2mm; kecepatan pemanasan dan pendinginan cepat selama proses pengelasan, terdapat banyak cacat pori pengelasan, kepadatan energi laser terkonsentrasi, dan efek lubang kunci dapat dengan mudah menyebabkan lasan cekung dan undercut. Oleh karena itu, parameter proses pengelasan memiliki persyaratan yang lebih tinggi. Pengelasan laser autogenous memiliki keunggulan kualitas pengelasan yang baik, kecepatan pengelasan yang cepat dan otomatisasi yang mudah dalam pengelasan paduan aluminium, serta banyak digunakan dalam industri otomotif. Dalam industri kendaraan listrik, pengelasan fusi laser paduan aluminium terutama digunakan untuk menyegel casing baterai daya. Pada bodi aluminium perusahaan kendaraan energi baru dalam negeri, pengelasan rakitan pintu dan panel samping juga menggunakan pengelasan self-fusion laser paduan aluminium.

 

2. Pengelasan kawat pengisi laser paduan aluminium
Dalam pengelasan kawat pengisi laser, laser masih berfungsi sebagai sumber panas utama untuk melelehkan logam yang akan dilas, namun perangkat pengumpan kawat otomatis digunakan untuk terus memasukkan logam pengisi ke dalam kolam cair untuk mencapai proses sambungan metalurgi. Dibandingkan dengan pengelasan autogenous laser, pengelasan pengisian kawat laser mengurangi persyaratan akurasi celah dalam proses pengelasan. Dengan mengisi kabel las dengan komponen yang berbeda, ini meningkatkan sifat metalurgi lasan, mencegah retakan dan pori-pori panas pengelasan, dan meningkatkan stabilitas proses pengelasan. sifat dan sifat mekanik sambungan.

 

Pengelasan pengisi kawat laser paduan aluminium memiliki karakteristik kualitas penampilan yang baik dan akurasi celah proses yang lebih longgar dibandingkan pengelasan laser autogenous. Biasanya digunakan pada permukaan luar bodi mobil, seperti antara penutup atas dan panel samping, serta antara panel luar atas dan bawah tutup bagasi. Ada juga beberapa model yang menggunakan pengelasan pengisi kawat laser untuk mengelas pintu paduan aluminium untuk mendapatkan kualitas pengelasan yang lebih tinggi.

 

3. Pengelasan hibrida busur laser paduan aluminium
Pengelasan hibrida busur laser menggabungkan dua sumber panas, laser dan busur, dengan sifat fisik dan mekanisme transmisi energi yang sangat berbeda, dan bekerja sama pada benda kerja yang akan dilas. Ini tidak hanya memberikan manfaat penuh dari masing-masing keunggulan kedua sumber panas, tetapi juga saling melengkapi. kekurangan. Dalam pengelasan hibrida busur laser dari paduan aluminium, busur dapat memandu sumber panas laser, meningkatkan kapasitas penyerapan laser dari paduan aluminium dan pemanfaatan energi selama proses pengelasan, dan sifat mampu bentuk permukaan lasan lebih baik daripada laser. pengelasan autogenous. Selain itu, pengenalan busur dapat sangat mengurangi akurasi penjepitan benda kerja pengelasan. Pada saat yang sama, busur memiliki efek pengenceran pada plasma pengelasan laser, yang dapat mengurangi efek pelindung plasma pada laser. Laser berperan penting dalam kestabilan busur, sehingga busur dapat bekerja secara stabil pada sambungan selama pengelasan berkecepatan tinggi, yang dapat meningkatkan kualitas pengelasan sambungan dan meningkatkan kecepatan pengelasan.

 

 

 

Kesimpulan
Kepadatan energi sinar las laser paduan aluminium bisa mencapai 109W/cm2. Ia juga memiliki keunggulan pemanasan terkonsentrasi, kerusakan termal kecil, rasio kedalaman-lebar las yang besar, dan deformasi pengelasan yang kecil. Proses pengelasan mudah diintegrasikan, diotomatisasi, dan fleksibel, serta dapat mencapai kecepatan tinggi dan kecepatan tinggi. Pengelasan presisi, dan proses pengelasan tidak memerlukan lingkungan vakum dan tidak menghasilkan sinar-X. Ini sangat cocok untuk pengelasan struktur kompleks dengan presisi tinggi. Fitur yang paling menarik dari pengelasan laser paduan aluminium adalah efisiensinya yang tinggi. Untuk memaksimalkan efisiensi tinggi ini, pengelasan dalam dengan ketebalan besar harus diterapkan. Oleh karena itu, penelitian dan penerapan laser berdaya tinggi untuk pengelasan penetrasi dalam dengan ketebalan besar akan menjadi tren yang tak terelakkan dalam pengembangan masa depan. Pengelasan penetrasi dalam dengan ketebalan besar menyoroti fenomena lubang jarum dan dampaknya terhadap porositas las. Oleh karena itu, mekanisme pembentukan dan pengendalian lubang kecil menjadi semakin umum dan akan menjadi isu hangat yang menjadi perhatian dan penelitian luas di industri.

 

Meningkatkan stabilitas, pembentukan lapisan las dan kualitas pengelasan dari proses pengelasan laser adalah tujuan yang dikejar oleh banyak orang. Oleh karena itu, teknologi baru seperti teknologi komposit busur laser, pengelasan laser kawat pengisi, pengelasan laser bubuk bebas preset, teknologi fokus ganda, dan pembentukan sinar akan lebih ditingkatkan dan dikembangkan.