Defectes comuns en la soldadura làser d'aliatge d'alumini

Defectes comuns enSoldadura làser d'aliatge d'alumini

Tant si es tracta de soldadura autògena amb làser comsoldadura híbrida làser-arcs'utilitza per a aliatges d'alumini, hi ha alguns problemes tècnics comuns, és a dir, poden aparèixer defectes si els paràmetres del procés i les condicions de soldadura són metal·lúrgicsinadequat. El/LaEls defectes en les unions d'aliatge d'alumini inclouen principalment dos tipus: porositat de la soldadura i esquerdes calentes de soldadura. A més de la porositat i les esquerdes calentes, també existeixen defectes com ara el socavat i la mala formació de la part posterior en la soldadura làser d'aliatges d'alumini. En comparació amb la porositat de la soldadura, la probabilitat d'esquerdes de soldadura (visibles a simple vista o amb poca ampliació) no és alta. Tanmateix, com que les esquerdes són més perilloses, la norma JIS Z 3105 estipula que un cop es detecta una esquerda en una soldadura, la soldadura es jutja com a Classe IV. El socavat, la mala formació de la part posterior i altres defectes són majoritàriament defectes greus causats per un control de velocitat inadequat o paràmetres de procés no coincidents. Aquests defectes generalment apareixen en l'etapa d'exploració i depuració del procés, i rarament es produeixen en operacions de producció reals normals. Per tant, la porositat és un tipus de defecte més perjudicial en la soldadura làser d'aliatges d'alumini i en el servei d'estructures soldades, i és difícil d'eliminar fonamentalment.

1. Porositat

La porositat és el defecte de volum més comú i important ensoldadura làser d'aliatges d'alumini, amb mides que van des de centenars de micres fins a diversos mil·límetres. El seu mecanisme de formació encara no està completament clar. La porositat no només debilita la secció de treball efectiva de la soldadura, sinó que també provoca concentració d'esforços, reduint la resistència dinàmica i el rendiment a fatiga de la unió soldada.

Quan l'aliatge d'alumini es fon en un entorn que conté hidrogen, el seu contingut intern d'hidrogen pot arribar a més de 0,69 ml/100 g, però després que l'aliatge se solidifiqui, la seva solubilitat d'hidrogen en equilibri és com a màxim de 0,036 ml/100 g. Generalment es creu que durant el procés de refredament de la soldadura làser, la solubilitat de l'hidrogen disminueix bruscament i la precipitació d'hidrogen sobresaturat formarà porositat d'hidrogen. L'evaporació d'elements d'aliatge de baix punt de fusió i alta pressió de vapor també pot conduir a la porositat, que s'anomena porositat metal·lúrgica. A més, la pertorbació del feix làser i la inestabilitat del forat del pany també poden formar porositat, però aquesta porositat té una forma irregular i es pot anomenar porositat induïda pel procés. A causa de l'alta activitat química dels aliatges d'alumini, es forma fàcilment una pel·lícula d'òxid a la superfície. Durant la soldadura, l'aigua cristal·lina i l'aigua combinada que es descompon de la pel·lícula d'òxid a la superfície de l'aliatge d'alumini, juntament amb la humitat de l'aire i el gas protector, es descomponen directament per produir hidrogen a la zona d'alta temperatura sota l'acció del làser. Aquests gasos d'hidrogen poden precipitar durant el refredament i la solidificació del grup fos per formar bombolles o generar directament bombolles a la pel·lícula d'òxid incompletament fosa. A causa de la baixa gravetat específica dels aliatges d'alumini, la velocitat d'augment de les bombolles al grup fos és lenta. A més, els aliatges d'alumini tenen una forta conductivitat tèrmica i la velocitat de refredament i solidificació del grup fos és extremadament ràpida. Algunes bombolles no poden escapar a temps i romanen a la soldadura, formant així porositat metal·lúrgica. Els estudis han demostrat que el gas principal en la porositat de les soldadures d'aliatge d'alumini és l'hidrogen, per la qual cosa la porositat en les soldadures d'aliatge d'alumini de vegades s'anomena porositat d'hidrogen. Quan s'observa la fractura de la porositat sota un microscopi electrònic d'escombratge, la porositat presenta majoritàriament una morfologia esfèrica amb extrems dendrítics de cristalls dendrítics ben disposats, i la paret interior és llisa, neta i lliure de traces d'oxidació. L'existència de porositat no només redueix la compacitat de la soldadura i la capacitat de càrrega de la unió, sinó que també redueix la resistència i la plasticitat de la unió en diversos graus.

2. Esquerdes calentes

Les esquerdes calentes (incloses les esquerdes de solidificació i les esquerdes de liquació) es formen durant el procés de solidificació del metall fos i són un dels tipus de defectes més comuns en la soldadura làser d'aliatges d'alumini. La característica més òbvia de la morfologia de fractura de les esquerdes de solidificació és que la superfície de fractura està composta per una gran àrea d'estructures granulars llises però irregulars de llambordes o similars a les patates, i la superfície sovint conserva eutèctics intergranulars de baix punt de fusió o plecs de pel·lícula líquida, així com traces de fractura fràgil de dendrites. La morfologia de fractura de les esquerdes de liquació és similar a la de les esquerdes de solidificació, però té les característiques de la fractura intergranular d'alta temperatura o la fractura de solidificació. En la fractura de fatiga de les unions soldades per fusió sota càrrega de fatiga, les fonts d'esquerdes de fatiga causades per aquestes esquerdes calentes també són comunes. Les causes de les esquerdes calentes en la soldadura làser d'aliatges d'alumini estan relacionades principalment amb les seves pròpies característiques i processos de soldadura. Els aliatges d'alumini tenen una gran taxa de contracció durant la solidificació (fins al 5%), la qual cosa resulta en una gran tensió i deformació de soldadura; a més, es formen estructures eutèctiques de baix punt de fusió al llarg dels límits de gra durant la solidificació del metall soldat, cosa que debilita la força d'unió dels límits de gra, formant així esquerdes calentes sota l'acció de la tensió de tracció. A més, les morfologies de les esquerdes en la soldadura làser d'aliatges d'alumini es poden resumir en les categories següents: esquerdes al centre de la soldadura; esquerdes de la línia de fusió de la soldadura; esquerdes intergranulars en soldadures; esquerdes de liquació de la zona afectada per la calor; esquerdes causades per pel·lícules d'òxid; i microesquerdes intergranulars.

A més, una mala protecció durant la soldadura fa que el metall soldat reaccioni amb els gasos de l'aire, i les inclusions formades també són possibles fonts d'esquerdes. El tipus i la quantitat d'elements d'aliatge tenen una gran influència en la tendència a l'esquerdament en calent durant la soldadura d'aliatges d'alumini. En general, els aliatges d'alumini de les sèries Al-Si i Al-Mn tenen una bona soldabilitat i no són fàcils de produir esquerdes en calent; mentre que els aliatges d'alumini de les sèries Al-Mg, Al-Cu i Al-Zn tenen tendències d'esquerdament en calent relativament altes. La tendència a l'esquerdament en calent es pot reduir ajustant els paràmetres del procés de soldadura per controlar les velocitats d'escalfament i refredament. En general, la tendència a l'esquerdament en calent de la soldadura híbrida amb làser-arc és millor que la de la soldadura amb filferro de farciment làser, i la tendència a l'esquerdament en calent de la soldadura amb filferro de farciment làser és millor que la de la soldadura autògena amb làser.

3. Socavat i cremat

Els aliatges d'alumini tenen una baixa energia d'ionització, i el plasma fotoinduït és propens a sobreescalfar-se i expandir-se durant la soldadura, cosa que resulta en processos de soldadura inestables. A més, els aliatges d'alumini líquid tenen bona fluïdesa i baixa tensió superficial. Per millorar la penetració, sovint es requereix un cabal de gas protector i una potència de sortida del làser més grans, cosa que deteriora l'estabilitat del procés de soldadura, fent que el bany fos fluctuï violentament sota pressió i condueixi fàcilment a defectes com ara soscavats i cremats. La conformabilitat posterior de les plaques d'aliatge d'alumini soldades per làser es pot millorar eficaçment instal·lant una placa de coure refrigerada per aigua a la part posterior de la soldadura.

4. Inclusió d'escòria

Un altre tipus de defecte que es produeix sovint en la soldadura de carrosseries de cotxes és la inclusió d'escòria de soldadura. Els estudis han demostrat que la inclusió d'escòria prové principalment d'òxids a la superfície de les soldadures i els fils de soldadura, així com de processos inestables en la localització dels materials d'aliatge d'alumini. Per tant, els fabricants de materials d'aliatge d'alumini haurien de reforçar la innovació tecnològica i millorar els processos de fosa per minimitzar el contingut d'impureses i hidrogen en les matèries primeres i millorar l'estabilitat de la qualitat dels productes.