Распаўсюджаныя дэфекты ўЛазерная зварка алюмініевых сплаваў
Ці гэта лазерная аўтагенная зварка, цілазерна-дугавая гібрыдная зваркавыкарыстоўваецца для алюмініевых сплаваў, ёсць некаторыя распаўсюджаныя тэхнічныя праблемы, г.зн. дэфекты могуць узнікнуць, калі параметры працэсу і ўмовы зваркі металургічныяняправільнае.Усе дэфекты ў злучэннях алюмініевых сплаваў у асноўным адносяцца да двух тыпаў: парыстасць шва і гарачыя расколіны пры зварцы. Акрамя парыстасці і гарачых расколін, пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў таксама існуюць такія дэфекты, як падрэз і дрэннае фарміраванне тыльнага боку. У параўнанні з парыстасцю шва, верагоднасць расколін пры зварцы (бачных няўзброеным вокам або пры малым павелічэнні) невялікая. Аднак, паколькі расколіны больш небяспечныя, JIS Z 3105 прадугледжвае, што пасля выяўлення расколіны ў зварным шве ён павінен ацэньвацца як IV клас. Падрэз, дрэннае фарміраванне тыльнага боку і іншыя дэфекты ў асноўным з'яўляюцца сур'ёзнымі дэфектамі, выкліканымі няправільным кантролем хуткасці або няправільнымі параметрамі працэсу. Такія дэфекты звычайна з'яўляюцца на стадыі даследавання і адладкі працэсу і рэдка сустракаюцца ў звычайных рэальных вытворчых аперацыях. Такім чынам, парыстасць - гэта тып дэфекту, які больш шкодны пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў і пры эксплуатацыі зварных канструкцый, і яго цяжка кардынальна ліквідаваць.
1. Парыстасць
Парыстасць — найбольш распаўсюджаны і асноўны дэфект аб'ёму ўлазерная зварка алюмініевых сплаваў, памеры якіх вар'іруюцца ад сотняў мікронаў да некалькіх міліметраў. Механізм яго ўтварэння пакуль да канца не зразумелы. Сітаватасць не толькі аслабляе эфектыўную рабочую частку зварнога шва, але і выклікае канцэнтрацыю напружанняў, зніжаючы дынамічную трываласць і ўстойлівасць да стомленасці зварнога злучэння.
Калі алюмініевы сплаў плавіцца ў асяроддзі, якое змяшчае вадарод, яго ўнутранае ўтрыманне вадароду можа дасягаць больш за 0,69 мл/100 г, але пасля зацвярдзення сплаву яго растваральнасць вадароду ў раўнавазе складае не больш за 0,036 мл/100 г. Лічыцца, што падчас працэсу лазернай зваркі растваральнасць вадароду рэзка зніжаецца, і выпадзенне перасычанага вадароду прывядзе да ўтварэння вадароднай порыстасці. Выпарэнне легіруючых элементаў з нізкай тэмпературай плаўлення і высокім ціскам пары таксама можа прывесці да ўтварэння порыстасці, якая называецца металургічнай порыстасцю. Акрамя таго, парушэнне лазернага прамяня і нестабільнасць замочнай свідравіны таксама могуць утвараць порыстасць, але такая порыстасць мае няправільную форму і можа называцца працэснай порыстасцю. З-за высокай хімічнай актыўнасці алюмініевых сплаваў на паверхні лёгка ўтвараецца аксідная плёнка. Падчас зваркі крышталічная вада і злучаная вада, якія раскладаюцца з аксіднай плёнкі на паверхні алюмініевага сплаву, разам з вільгаццю з паветра і ахоўнага газу непасрэдна раскладаюцца з утварэннем вадароду ў зоне высокай тэмпературы пад дзеяннем лазера. Гэтыя вадародныя газы могуць альбо выпадаць у асадак падчас астуджэння і зацвярдзення расплаўленай ванны, утвараючы бурбалкі, альбо непасрэдна ўтвараць бурбалкі на не цалкам расплаўленай аксіднай плёнцы. З-за нізкай удзельнай вагі алюмініевых сплаваў хуткасць росту бурбалак у расплаўленай ванне павольная. Акрамя таго, алюмініевыя сплавы валодаюць высокай цеплаправоднасцю, і хуткасць астуджэння і зацвярдзення расплаўленай ванны надзвычай высокая. Некаторыя бурбалкі не могуць своечасова выйсці і застаюцца ў зварным шве, утвараючы металургічную порыстасць. Даследаванні паказалі, што асноўным газам у порыстасці зварных швоў алюмініевых сплаваў з'яўляецца вадарод, таму порыстасць у зварных швах алюмініевых сплаваў часам называюць вадароднай порыстасцю. Пры назіранні за разбурэннем порыстасці пад сканіруючым электронным мікраскопам порыстасць у асноўным мае сферычную марфалогію з шчыльна размешчанымі канцамі дендрытных крышталяў, а ўнутраная сценка гладкая, чыстая і без слядоў акіслення. Існаванне порыстасці не толькі зніжае кампактнасць зварнога шва і апорную здольнасць злучэння, але і ў рознай ступені зніжае трываласць і пластычнасць злучэння.
2. Гарачыя расколіны
Гарачыя расколіны (у тым ліку расколіны зацвярдзення і ліквідацыйныя расколіны) утвараюцца ў працэсе зацвярдзення расплаўленага металу ванны і з'яўляюцца адным з распаўсюджаных тыпаў дэфектаў пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў. Найбольш відавочнай асаблівасцю марфалогіі разбурэння расколін зацвярдзення з'яўляецца тое, што паверхня разбурэння складаецца з вялікай плошчы гладкіх, але няроўных грануляваных структур тыпу брукаванкі або бульбы, і паверхня часта захоўвае міжкрышталітныя эўтэктыкі з нізкай тэмпературай плаўлення або складкі вадкай плёнкі, а таксама сляды далікатнага разбурэння дендрытаў. Марфалогія разбурэння ліквідацыйных расколін падобная да марфалогіі расколін зацвярдзення, але мае характарыстыкі міжкрышталітнага разбурэння пры высокай тэмпературы або зацвярдзельнага разбурэння. Пры стомленым разбурэнні зварных злучэнняў, атрыманых плаўленнем, пад стомленым нагрузкай, крыніцы стомленых расколін, выкліканыя такімі гарачымі расколінамі, таксама з'яўляюцца распаўсюджанымі. Прычыны гарачых расколін пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў у асноўным звязаны з іх уласнымі характарыстыкамі і працэсамі зваркі. Алюмініевыя сплавы маюць вялікую хуткасць ўсаджвання падчас зацвярдзення (да 5%), што прыводзіць да вялікіх напружанняў зваркі і дэфармацыі; Акрамя таго, падчас зацвярдзення зварнога металу ўздоўж межаў зерняў утвараюцца эўтэктычныя структуры з нізкай тэмпературай плаўлення, што аслабляе сілу злучэння межаў зерняў, у выніку чаго пад дзеяннем расцяжэння ўтвараюцца гарачыя расколіны. Акрамя таго, марфалогію расколін пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў можна абагульніць на наступныя катэгорыі: расколіны ў цэнтры зваркі; расколіны на лініі сплаўлення зваркі; міжкрышталітныя расколіны ў зварных швах; ліквацыйныя расколіны ў зоне цеплавога ўздзеяння; расколіны, выкліканыя аксіднымі плёнкамі; і міжкрышталітныя мікратрэшчыны.
Акрамя таго, дрэнная абарона падчас зваркі прыводзіць да рэакцыі металу шва з газамі ў паветры, а ўтвораныя ўключэнні таксама з'яўляюцца патэнцыйнымі крыніцамі расколін. Тып і колькасць легіруючых элементаў аказваюць вялікі ўплыў на схільнасць да гарачых расколін падчас зваркі алюмініевых сплаваў. Як правіла, алюмініевыя сплавы серый Al-Si і Al-Mn маюць добрую зварвальнасць і не так лёгка ўтвараць гарачыя расколіны; у той час як алюмініевыя сплавы серый Al-Mg, Al-Cu і Al-Zn маюць адносна высокую схільнасць да гарачых расколін. Схільнасць да гарачых расколін можна знізіць, рэгулюючы параметры працэсу зваркі для кантролю хуткасці нагрэву і астуджэння. У цэлым, схільнасць да гарачых расколін пры лазерна-дугавой гібрыднай зварцы лепшая, чым у лазернай зварцы прысадным дротам, а схільнасць да гарачых расколін пры лазернай зварцы прысадным дротам лепшая, чым у лазернай аўтагеннай зварцы.
3. Падрэз і прапальванне
Алюмініевыя сплавы маюць нізкую энергію іянізацыі, а фотаіндукаваная плазма схільная да перагрэву і пашырэння падчас зваркі, што прыводзіць да нестабільных працэсаў зваркі. Акрамя таго, вадкія алюмініевыя сплавы маюць добрую цякучасць і нізкае павярхоўнае нацяжэнне. Для паляпшэння пранікнення часта патрабуецца большая хуткасць патоку ахоўнага газу і выходная магутнасць лазера, што пагаршае стабільнасць працэсу зваркі, выклікаючы рэзкія ваганні расплаўленай ванны пад ціскам і лёгка прыводзячы да дэфектаў, такіх як падрэзы і прапалы. Фармуемасць адваротнага боку лазерна звараных пласцін з алюмініевых сплаваў можна эфектыўна палепшыць, усталяваўшы на адваротны бок зварнога шва вадзяную медную пласціну.
4. Уключэнне шлаку
Іншым тыпам дэфектаў, які часта сустракаецца пры зварцы кузаваў аўтамабіляў, з'яўляюцца ўключэнні шлаку зваркі. Даследаванні паказалі, што ўключэнні шлаку ў асноўным паходзяць з аксідаў на паверхні зварных канструкцый і зварачных дротаў, а таксама з нестабільных працэсаў лакалізацыі алюмініевых сплаваў. Таму вытворцы алюмініевых сплаваў павінны ўзмацняць тэхналагічныя інавацыі і ўдасканальваць працэсы ліцця, каб мінімізаваць утрыманне прымешак і вадароду ў сыравіне і павысіць стабільнасць якасці прадукцыі.
Час публікацыі: 05 жніўня 2025 г.
