Kecacatan Biasa dalam Kimpalan Laser Aloi Aluminium

Kecacatan Biasa dalamKimpalan Laser Aloi Aluminium

Sama ada kimpalan autogen laser ataukimpalan hibrid arka laserdigunakan untuk aloi aluminium, terdapat beberapa isu teknikal yang biasa, iaitu, kecacatan mungkin berlaku jika parameter proses dan keadaan kimpalan adalah metalurgitidak wajar. YangKecacatan al dalam sambungan aloi aluminium terutamanya merangkumi dua jenis: keliangan kimpalan dan retakan panas kimpalan. Selain keliangan dan retakan panas, kecacatan seperti pemotongan bawah dan pembentukan bahagian belakang yang lemah juga wujud dalam kimpalan laser aloi aluminium. Berbanding dengan keliangan kimpalan, kebarangkalian retakan kimpalan (kelihatan dengan mata kasar atau di bawah pembesaran rendah) tidak tinggi. Walau bagaimanapun, kerana retakan lebih berbahaya, JIS Z 3105 menetapkan bahawa sebaik sahaja retakan dikesan dalam kimpalan, kimpalan hendaklah dinilai sebagai Kelas IV. Potongan bawah, pembentukan bahagian belakang yang lemah dan kecacatan lain kebanyakannya merupakan kecacatan serius yang disebabkan oleh kawalan kelajuan yang tidak betul atau parameter proses yang tidak sepadan. Kecacatan sedemikian biasanya muncul dalam peringkat penerokaan proses dan penyahpepijatan, dan jarang berlaku dalam operasi pengeluaran sebenar biasa. Oleh itu, keliangan adalah sejenis kecacatan yang lebih berbahaya dalam kimpalan laser aloi aluminium dan dalam perkhidmatan struktur kimpalan, dan sukar untuk dihapuskan secara asasnya.

1. Keliangan

Keliangan merupakan kecacatan isipadu yang paling biasa dan utama dalamkimpalan laser aloi aluminium, dengan saiz antara ratusan mikron hingga beberapa milimeter. Mekanisme pembentukannya masih belum jelas sepenuhnya. Keliangan bukan sahaja melemahkan bahagian kerja kimpalan yang berkesan, tetapi juga menyebabkan kepekatan tegasan, mengurangkan kekuatan dinamik dan prestasi keletihan sambungan kimpalan.

Apabila aloi aluminium cair dalam persekitaran yang mengandungi hidrogen, kandungan hidrogen dalamannya boleh mencapai lebih daripada 0.69 ml/100g, tetapi selepas aloi memejal, keterlarutan hidrogennya dalam keseimbangan adalah paling banyak 0.036 ml/100g. Secara amnya dipercayai bahawa semasa proses penyejukan kimpalan laser, keterlarutan hidrogen menurun dengan mendadak, dan pemendakan hidrogen tepu lampau akan membentuk keliangan hidrogen. Penyejatan unsur pengaloi takat lebur rendah dan tekanan wap tinggi juga boleh menyebabkan keliangan, yang dipanggil keliangan metalurgi. Di samping itu, gangguan pancaran laser dan ketidakstabilan lubang kunci juga boleh membentuk keliangan, tetapi keliangan tersebut mempunyai bentuk yang tidak sekata dan boleh dipanggil keliangan yang disebabkan oleh proses. Disebabkan oleh aktiviti kimia aloi aluminium yang tinggi, filem oksida mudah terbentuk di permukaan. Semasa kimpalan, air kristal dan air gabungan yang terurai daripada filem oksida pada permukaan aloi aluminium, bersama-sama dengan kelembapan di udara dan gas pelindung, terurai secara langsung untuk menghasilkan hidrogen di kawasan suhu tinggi di bawah tindakan laser. Gas-gas hidrogen ini mungkin termendak semasa penyejukan dan pemejalan kolam lebur untuk membentuk buih atau menghasilkan buih secara langsung pada filem oksida yang tidak cair sepenuhnya. Disebabkan graviti tentu aloi aluminium yang rendah, kelajuan peningkatan buih dalam kolam lebur adalah perlahan. Di samping itu, aloi aluminium mempunyai kekonduksian terma yang kuat, dan kelajuan penyejukan dan pemejalan kolam lebur adalah sangat cepat. Sesetengah buih tidak dapat keluar dalam masa dan kekal dalam kimpalan, sekali gus membentuk keliangan metalurgi. Kajian telah menunjukkan bahawa gas utama dalam keliangan kimpalan aloi aluminium ialah hidrogen, jadi keliangan dalam kimpalan aloi aluminium kadangkala dipanggil keliangan hidrogen. Apabila memerhatikan patah keliangan di bawah mikroskop elektron imbasan, keliangan kebanyakannya menunjukkan morfologi sfera dengan hujung dendrit kristal dendritik yang tersusun rapat, dan dinding dalam licin, bersih dan bebas daripada kesan pengoksidaan. Kewujudan keliangan bukan sahaja mengurangkan kekompakan kimpalan dan kapasiti galas sambungan, tetapi juga mengurangkan kekuatan dan keplastikan sambungan kepada pelbagai peringkat.

2. Retakan Panas

Retakan panas (termasuk retakan pemejalan dan retakan pencairan) terbentuk semasa proses pemejalan logam kolam cair dan merupakan salah satu jenis kecacatan biasa dalam kimpalan laser aloi aluminium. Ciri paling jelas bagi morfologi patah retakan pemejalan ialah permukaan patah terdiri daripada kawasan batu buntar berbutir yang licin tetapi tidak sekata atau struktur seperti kentang, dan permukaannya sering mengekalkan eutektik takat lebur rendah antara butiran atau lipatan filem cecair, serta kesan retakan rapuh dendrit. Morfologi patah retakan pencairan adalah serupa dengan retakan pemejalan, tetapi ia mempunyai ciri-ciri retakan antara butiran suhu tinggi atau retakan pemejalan. Dalam retakan keletihan sambungan kimpalan gabungan di bawah beban keletihan, sumber retakan keletihan yang disebabkan oleh retakan panas sedemikian juga biasa. Punca retakan panas dalam kimpalan laser aloi aluminium terutamanya berkaitan dengan ciri dan proses kimpalannya sendiri. Aloi aluminium mempunyai kadar pengecutan yang besar semasa pemejalan (sehingga 5%), mengakibatkan tekanan dan ubah bentuk kimpalan yang besar; Di samping itu, struktur eutektik takat lebur rendah terbentuk di sepanjang sempadan butiran semasa pemejalan logam kimpal, yang melemahkan daya ikatan sempadan butiran, sekali gus membentuk retakan panas di bawah tindakan tegasan tegangan. Di samping itu, morfologi retakan dalam kimpalan laser aloi aluminium boleh diringkaskan kepada kategori berikut: retakan pusat kimpal; retakan garis gabungan kimpal; retakan antara butiran dalam kimpal; retakan pencairan zon yang terjejas haba; retakan yang disebabkan oleh filem oksida; dan retakan mikro antara butiran.

Di samping itu, perlindungan yang lemah semasa kimpalan menyebabkan logam kimpalan bertindak balas dengan gas di udara, dan rangkuman yang terbentuk juga merupakan sumber retakan yang berpotensi. Jenis dan kuantiti unsur pengaloi mempunyai pengaruh yang besar terhadap kecenderungan retakan panas semasa kimpalan aloi aluminium. Secara amnya, aloi aluminium siri Al-Si dan Al-Mn mempunyai kebolehkimpalan yang baik dan tidak mudah menghasilkan retakan panas; manakala aloi aluminium siri Al-Mg, Al-Cu dan Al-Zn mempunyai kecenderungan retakan panas yang agak tinggi. Kecenderungan retakan panas boleh dikurangkan dengan melaraskan parameter proses kimpalan untuk mengawal kadar pemanasan dan penyejukan. Secara amnya, kecenderungan retakan panas kimpalan hibrid arka laser adalah lebih baik daripada kimpalan dawai pengisi laser, dan kecenderungan retakan panas kimpalan dawai pengisi laser adalah lebih baik daripada kimpalan autogen laser.

3. Potongan Bawah dan Bakar Sepanjang Masa

Aloi aluminium mempunyai tenaga pengionan yang rendah, dan plasma teraruh foto terdedah kepada pemanasan melampau dan pengembangan semasa kimpalan, mengakibatkan proses kimpalan yang tidak stabil. Di samping itu, aloi aluminium cecair mempunyai kebendairan yang baik dan tegangan permukaan yang rendah. Untuk meningkatkan penembusan, kadar aliran gas pelindung yang lebih besar dan kuasa output laser sering diperlukan, yang merosakkan kestabilan proses kimpalan, menyebabkan kolam lebur turun naik dengan hebat di bawah tekanan dan mudah menyebabkan kecacatan seperti potongan bawah dan pembakaran. Kebolehbentukan bahagian belakang plat aloi aluminium yang dikimpal laser boleh diperbaiki dengan berkesan dengan memasang plat kuprum yang disejukkan dengan air di bahagian belakang kimpalan.

4. Kemasukan Sanga

Satu lagi jenis kecacatan yang sering berlaku dalam kimpalan badan kereta ialah kemasukan sanga kimpalan. Kajian telah menunjukkan bahawa kemasukan sanga terutamanya berasal daripada oksida pada permukaan kimpalan dan wayar kimpalan, serta proses yang tidak stabil dalam penyetempatan bahan aloi aluminium. Oleh itu, pengeluar bahan aloi aluminium harus memperkukuh inovasi teknologi dan menambah baik proses penuangan untuk meminimumkan kandungan bendasing dan hidrogen dalam bahan mentah dan meningkatkan kestabilan kualiti produk.