Уобичајени недостаци уЛасерско заваривање алуминијумских легура
Било да се ради о ласерском аутогеном заваривању илихибридно ласерско-лучно заваривањекористи се за легуре алуминијума, постоје неки уобичајени технички проблеми, тј. могу се појавити дефекти ако су параметри процеса и услови заваривања металуршкинепримерено.Сви дефекти у спојевима алуминијумских легура углавном укључују две врсте: порозност завара и вруће пукотине при заваривању. Поред порозности и врућих пукотина, дефекти као што су подкопавање и лоше формирање задње стране такође постоје код ласерског заваривања алуминијумских легура. У поређењу са порозношћу завара, вероватноћа пукотина при заваривању (видљивих голим оком или под малим увећањем) није велика. Међутим, пошто су пукотине опасније, JIS Z 3105 прописује да када се једном открије пукотина у завару, завар се оцењује као класа IV. Подкопавање, лоше формирање задње стране и други дефекти су углавном озбиљни дефекти узроковани неправилном контролом брзине или неусклађеним параметрима процеса. Такви дефекти се генерално јављају у фази истраживања и отклањања грешака процеса, а ретко се јављају у нормалним стварним производним операцијама. Стога је порозност врста дефекта која је штетнија код ласерског заваривања алуминијумских легура и у употреби заварених конструкција и тешко ју је фундаментално елиминисати.
1. Порозност
Порозност је најчешћи и највећи недостатак запремине уласерско заваривање алуминијумских легура, са величинама које се крећу од стотина микрона до неколико милиметара. Њен механизам формирања још увек није у потпуности разјашњен. Порозност не само да слаби ефективни радни пресек завара, већ и узрокује концентрацију напона, смањујући динамичку чврстоћу и перформансе замора завареног споја.
Када се легура алуминијума топи у окружењу које садржи водоник, њен унутрашњи садржај водоника може достићи више од 0,69 мл/100 г, али након што се легура стврдне, њена растворљивост водоника у равнотежи је највише 0,036 мл/100 г. Генерално се верује да током процеса хлађења ласерског заваривања, растворљивост водоника нагло опада, а таложење презасићеног водоника ће формирати водоничну порозност. Испаравање легирајућих елемената са ниском тачком топљења и високим притиском паре такође може довести до порозности, која се назива металуршка порозност. Поред тога, поремећај ласерског зрака и нестабилност „кључаонице“ такође могу формирати порозност, али таква порозност има неправилан облик и може се назвати порозношћу изазваном процесом. Због високе хемијске активности легура алуминијума, на површини се лако формира оксидни филм. Током заваривања, кристална вода и комбинована вода разложена из оксидног филма на површини легуре алуминијума, заједно са влагом у ваздуху и заштитном гасу, директно се разлажу да би се произвео водоник у подручју високе температуре под дејством ласера. Ови водонични гасови могу се или таложити током хлађења и очвршћавања растопљеног споја и формирати мехуриће или директно генерисати мехуриће на непотпуно растопљеном оксидном филму. Због ниске специфичне тежине алуминијумских легура, брзина пораста мехурића у растопљеном споју је спора. Поред тога, алуминијумске легуре имају јаку топлотну проводљивост, а брзина хлађења и очвршћавања растопљеног споја је изузетно велика. Неки мехурићи не могу да побегну на време и остају у завару, чиме се формира металуршка порозност. Студије су показале да је главни гас у порозности заварених спојева алуминијумских легура водоник, па се порозност у завареним спојевима алуминијумских легура понекад назива водонична порозност. Када се посматра прелом порозности под скенирајућим електронским микроскопом, порозност углавном показује сферну морфологију са чврсто распоређеним дендритским крајевима дендритских кристала, а унутрашњи зид је глатки, чист и без трагова оксидације. Постојање порозности не само да смањује компактност завара и носивост споја, већ и смањује чврстоћу и пластичност споја у различитом степену.
2. Вруће пукотине
Вруће пукотине (укључујући пукотине солидификације и пукотине ликвидације) настају током процеса солидификације растопљеног метала у базену и један су од уобичајених типова дефеката код ласерског заваривања алуминијумских легура. Најочигледнија карактеристика морфологије лома пукотина солидификације је да је површина лома састављена од велике површине глатких, али неравних грануларних калдрмисаних или кромпироликих структура, а површина често задржава интергрануларне еутектике ниске тачке топљења или наборе течног филма, као и трагове кртог лома дендрита. Морфологија лома пукотина ликвидације слична је оној код пукотина солидификације, али има карактеристике интергрануларног лома на високој температури или лома солидификације. Код заморног лома спојева заварених топљењем под оптерећењем замором, извори пукотина услед замора узроковани таквим врућим пукотинама су такође чести. Узроци врућих пукотина код ласерског заваривања алуминијумских легура углавном су повезани са њиховим сопственим карактеристикама и процесима заваривања. Легуре алуминијума имају велику стопу скупљања током солидификације (до 5%), што резултира великим напоном и деформацијама заваривања; Поред тога, еутектичке структуре са ниском тачком топљења формирају се дуж граница зрна током очвршћавања метала шава, што слаби силу везивања граница зрна, чиме се формирају вруће пукотине под дејством затезног напрезања. Поред тога, морфологије пукотина код ласерског заваривања легура алуминијума могу се сумирати у следеће категорије: пукотине у центру завара; пукотине на линији стапања завара; интергрануларне пукотине у заварима; ликвационе пукотине у зони утицаја топлоте; пукотине изазване оксидним филмовима; и интергрануларне микропукотине.
Поред тога, лоша заштита током заваривања доводи до тога да метал завара реагује са гасовима у ваздуху, а формирани инклузији су такође потенцијални извори пукотина. Врста и количина легирајућих елемената имају велики утицај на тенденцију стварања топлих пукотина током заваривања легура алуминијума. Генерално, легуре алуминијума серије Al-Si и Al-Mn имају добру заварљивост и није лако произвести топле пукотине; док легуре алуминијума серије Al-Mg, Al-Cu и Al-Zn имају релативно високу тенденцију стварања топлих пукотина. Тенденција стварања топлих пукотина може се смањити подешавањем параметара процеса заваривања ради контроле брзине загревања и хлађења. Генерално говорећи, тенденција стварања топлих пукотина код ласерско-лучног хибридног заваривања је боља од тенденције стварања ласерских жичаних заваривања, а тенденција стварања топлих пукотина код ласерских жичаних заваривања је боља од тенденције стварања топлих пукотина код аутогеног ласерског заваривања.
3. Подрезање и прогоревање
Легуре алуминијума имају ниску енергију јонизације, а фотоиндукована плазма је склона прегревању и ширењу током заваривања, што доводи до нестабилних процеса заваривања. Поред тога, течне легуре алуминијума имају добру флуидност и ниску површинску напетост. Да би се побољшала пенетрација, често је потребан већи проток заштитног гаса и излазна снага ласера, што погоршава стабилност процеса заваривања, узрокујући да растопљени базен снажно флуктуира под притиском и лако доводи до дефеката као што су подрезивање и прогоревање. Формабилност задње стране ласерски заварених плоча од алуминијумских легура може се ефикасно побољшати постављањем бакарне плоче хлађене водом на задњу страну завара.
4. Укључивање згуре
Још једна врста дефекта која се често јавља приликом заваривања каросерије аутомобила јесте укључивање згуре завара. Студије су показале да укључивање згуре углавном потиче од оксида на површини завара и жица за заваривање, као и од нестабилних процеса у локализацији материјала од легура алуминијума. Стога, произвођачи материјала од легура алуминијума треба да појачају технолошке иновације и побољшају процесе ливења како би минимизирали садржај нечистоћа и водоника у сировинама и побољшали стабилност квалитета производа.
Време објаве: 05.08.2025.
