تحليل الصعوبات في عملية لحام الليزر من سبائك الألومنيوم

تكنولوجيا لحام سبائك الألومنيوم

تتميز سبائك الألومنيوم بقوة عالية محددة ، وقوة إرهاق عالية ، وصلابة جيدة للكسر ، ومعدل نمو منخفض للكسر ، كما أن لديها قابلية ممتازة للتشكيل ومقاومة جيدة للتآكل. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في الصناعات الفضائية ، السيارات ، بناء الآلات ، الصناعات البحرية والكيميائية. إن التطبيق الواسع لسبائك الألمنيوم يعزز تطوير تكنولوجيا لحام سبائك الألومنيوم ، كما أن تطوير تكنولوجيا اللحام قد وسع مجال تطبيق سبائك الألومنيوم.

ومع ذلك ، فإن خصائص سبائك الألومنيوم نفسها تجعل تكنولوجيا اللحام ذات الصلة تواجه بعض المشكلات الملحة التي يتعين حلها: السطح مقاوم لفيلم الأكسيد ، ويتم تخفيف الوصلة ، وتوليد المسام بسهولة ، وتشكيل الحرارة بسهولة ، و الموصلية الحرارية كبيرة جدا. يستخدم لحام سبائك الألومنيوم التقليدي عملية لحام TIG أو MIG بشكل عام. على الرغم من أن طريقتي اللحام تتميزان بكثافة عالية للطاقة ويمكنهما الحصول على وصلات جيدة عند لحام سبائك الألومنيوم ، ولكن لا يزال هناك تغلغل ضعيف وتشوه اللحام وانخفاض كفاءة الإنتاج ، فقد بدأ الناس يبحثون الآن عن طرق اللحام ، وبدأت تقنية الليزر تدريجياً في تطبق على الصناعة في منتصف وأواخر القرن العشرين. استبدل هيكل طائرة إيرباص A340 التي تنتجها شركة إيرباص الأوروبية عملية التثبيت الأصلية بتكنولوجيا اللحام بالليزر ، مما أدى إلى انخفاض وزن جسم الطائرة بنسبة 18٪ تقريبًا وخفض تكلفة التصنيع بحوالي 25٪. تستفيد سيارات Audi A2 و A8 الهيكلية المصنوعة بالكامل من الألومنيوم في ألمانيا من تطوير وتطبيق تكنولوجيا لحام سبائك الليزر. هذه الأمثلة الناجحة عززت إلى حد كبير البحث عن سبائك الألومنيوم الملحومة بالليزر ، والتي أصبحت الاتجاه الرئيسي لتطوير تكنولوجيا لحام سبائك الألومنيوم في المستقبل. يتميز اللحام بالليزر بمزايا كثافة الطاقة العالية ، انخفاض حرارة اللحام ، منطقة اللحام الصغيرة المتأثرة بالحرارة وتشوه اللحام الصغير ، مما يجعله يولي اهتمامًا خاصًا في مجال لحام سبائك الألومنيوم.

مشاكل والتدابير المضادة لحام سبائك الألومنيوم الليزر

● الانعكاسية العالية والتوصيل الحراري العالي لأسطح سبائك الألومنيوم

يمكن تفسير ذلك من خلال البنية المجهرية لسبائك الألومنيوم. نظرًا لوجود إلكترونات حرة عالية الكثافة في سبائك الألومنيوم ، تُجبر الإلكترونات الحرة على الاهتزاز بواسطة الليزر (الموجات الكهرومغناطيسية القوية) لتوليد موجات كهرومغناطيسية ثانوية ، مما ينتج عنه موجات منعكسة قوية وموجات منقولة أضعف ، وبالتالي سطح سبائك الألومنيوم لديها انعكاس عالية ومعدل امتصاص صغير لليزر. في الوقت نفسه ، تصبح الحركة البراونية للإلكترونات الحرة أكثر عنفًا عندما يتم تحفيزها ، لذلك تتمتع سبائك الألومنيوم أيضًا بموصلية حرارية عالية.

بهدف الانعكاس العالي لسبائك الألومنيوم على الليزر ، تم إجراء الكثير من الأبحاث في الداخل والخارج. تظهر نتائج الاختبار أن المعالجة السطحية المناسبة مثل السفع الرملي ، الرملي ، النقش الكيميائي للسطح ، الطلاء السطحي ، طلاء الجرافيت ، وأكسدة فرن الهواء يمكن أن تقلل من انعكاس الشعاع وتزيد بشكل فعال من امتصاص طاقة الشعاع بواسطة سبائك الألومنيوم. إلى جانب ذلك ، من ناحية تصميم هيكل اللحام ، يمكن أن تزيد الثقوب اليدوية الموجودة على سطح سبائك الألومنيوم أو باستخدام الوصلة في شكل جامع للضوء أو فتح أخاديد على شكل V أو باستخدام لحام بالماس (غاز الربط يعادل صنع الثقب اليدوي) امتصاص سبائك الألومنيوم إلى الليزر ، والحصول على عمق ذوبان أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تصميم معقول لغاز اللحام لزيادة امتصاص طاقة الليزر على طاقة الليزر.

● العوامل الهامة التي تؤثر على لحام الليزر من سبائك الألومنيوم

في عملية اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم ، يمكن أن يؤدي ظهور الثقوب الصغيرة إلى تحسين معدل امتصاص المادة للليزر بشكل كبير ، في حين أن عنصر الألومنيوم و Mg و Zn و Li في سبائك الألومنيوم لديهم نقطة غليان منخفضة وسهلة لتبخر وضغط البخار كبير. على الرغم من أن هذا يساهم في تكوين ثقوب صغيرة ، إلا أن تأثير التبريد في البلازما (تدريع وامتصاص الطاقة من خلال البلازما يقلل من مدخلات الطاقة من الليزر إلى المادة الأساسية) يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البلازما نفسها ولكن يعيق استمرار وجود ثقوب صغيرة. من السهل إنتاج عيوب اللحام مثل المسام التي تؤثر على الخواص الميكانيكية لتشكيل اللحام والمفصل. لذلك ، يصبح تحريض الثقب الصغير وتثبيته نقطة أساسية لضمان جودة اللحام بالليزر.

بسبب الانعكاس العالي والموصلية الحرارية العالية لسبائك الألمنيوم ، من الضروري الحصول على كثافة طاقة أعلى من الليزر للحث على تكوين ثقوب صغيرة. نظرًا لأن عتبة كثافة الطاقة يتم التحكم فيها بشكل أساسي من خلال تركيبها للسبائك ، يمكن الحصول على عملية لحام مستقرة من خلال التحكم في معلمات العملية واختيار طاقة الليزر لضمان إدخال حرارة مناسب. أيضا ، تتأثر عتبة كثافة الطاقة إلى حد ما بنوع غاز التدريع. على سبيل المثال ، عند لحام سبائك الألومنيوم بالليزر ، يكون من السهل حث الثقوب الصغيرة عند استخدام غاز N2 ، بينما لا يمكن إحداث ثقوب صغيرة باستخدام غاز He. وذلك لأن التفاعل الطارد للحرارة يمكن أن يحدث بين N2 و AI ، ويؤدي مركب Al-N-O الناتج إلى زيادة معدل امتصاص الليزر.

● مشكلة الثغور

أنواع مختلفة من سبائك الألومنيوم تنتج أنواع مختلفة من المسام. من المعتقد بشكل عام أن خلائط الألمنيوم تنتج الأنواع التالية من المسام أثناء عملية اللحام.

(1) ثقب الهيدروجين. عندما يتم إذابة سبيكة الألومنيوم في جو الهيدروجين ، يمكن أن يصل محتوى الهيدروجين الداخلي إلى 0.69 مل / 100 جم أو أكثر. ومع ذلك ، بعد التصلب ، تبلغ قدرة إذابة الهيدروجين في حالة التوازن 0.036 مل / 100 جم على الأكثر ، والفارق هو 20 مرة تقريبًا. لذلك ، أثناء الانتقال من السائل إلى الصلب ، يجب فصل الهيدروجين الزائد في الألومنيوم السائل. إذا كان الهيدروجين المتسرع لا يمكن أن يطفو بسلاسة ، فسوف يتراكم الفقاعات ويبقى في سبائك الألومنيوم الصلبة ليصبح مسامًا.

(2)المسام التي تنتجها الغاز واقية. في عملية اللحام بالليزر عالي الطاقة من سبائك الألومنيوم ، بسبب التبخر القوي للمعادن في الجزء الأمامي من الحفرة الصغيرة في الجزء السفلي من التجمع المنصهر ، يتم سحب الغاز التدريع في حمام السباحة المنصهر لتشكيل فقاعات ، والتي يصبح المسام عندما لا تصل الفقاعات إلى الخارج وتبقى في سبائك الألومنيوم الصلبة.

(3)المسام الناتجة عن انهيار الثقوب الصغيرة. في عملية اللحام بالليزر ، عندما يكون التوتر السطحي أكبر من ضغط البخار ، لن تتمكن الثقوب الصغيرة من الحفاظ على الثبات والانهيار ، كما أن الثقوب المكونة للمعادن قبل ملؤها. هناك أيضًا العديد من التدابير العملية لتقليل أو تجنب عيوب المسامية في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم ، مثل ضبط شكل طاقة الليزر ، وتقليل الانهيار غير المستقر في الثقوب الصغيرة ، وتغيير ارتفاع تركيز الحزمة والإضاءة المائلة ، وتطبيق عمل المجال الكهرومغناطيسي أثناء عملية اللحام ، واللحام في فراغ. في السنوات الأخيرة ، كانت هناك عملية لاستخدام سلك حشو أو مسحوق سبائك مسبقة الضبط ، ومصدر حرارة مركب وتكنولوجيا التركيز المزدوج للحد من توليد المسام ، والتي لها تأثير جيد.

● مشكلة الكراك

سبائك الألومنيوم هي سبائك سهلة الانصهار النموذجية ، والتي من المرجح أن تنتج التكسير الحراري تحت التصلب السريع للحام الليزر. إن السبب في حدوث تشققات سهل الانصهار مثل AL-Si أو Mg-Si عند حدود الحبوب العمودية أثناء تبلور معدن اللحام. لتقليل التكسير الحراري ، يمكن إجراء اللحام بالليزر عن طريق ملء الأسلاك أو ضبط طاقة السبائك المسبقة. التحكم في إدخال الحرارة يقلل أيضًا من التكسير البلوري عن طريق ضبط شكل الموجة الليزرية

احتمال تطوير سبائك الألومنيوم لحام الليزر

تتمثل الميزة الأكثر جاذبية في عملية اللحام بالليزر المصنوعة من سبائك الألومنيوم في كفاءتها العالية ، وللاستفادة الكاملة من هذه الكفاءة العالية ، يتم تطبيقها على لحام الانصهار العميق بسمك كبير. لذلك ، يعد اتجاهًا مستقبلاً للتطور المستقبلي لدراسة واستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة للحام العميق بسمك كبير.

الأهداف التي يسعى الناس لتحقيقها هي تحسين استقرار عملية اللحام بالليزر وتحسين جودة اللحام. لذلك ، سيتم تطوير وتطوير تقنيات جديدة مثل العملية المركّبة للقوس بالليزر واللحام السلكي بالليزر واللحام بالليزر المسحوق مسبقًا وتقنية التركيز المزدوج وتشكيل الشعاع.

صانع آلة القطع بالليزر المهنية - oreelaser