Bieži sastopamie defektiAlumīnija sakausējuma lāzera metināšana
Neatkarīgi no tā, vai tiek izmantota lāzera autogēnā metināšana vailāzera loka hibrīdmetināšanaizmanto alumīnija sakausējumiem, pastāv dažas izplatītas tehniskas problēmas, t. i., defekti var rasties, ja procesa parametri un metināšanas apstākļi ir metalurģiski.nepareizi.Alumīnija sakausējumu savienojumu defekti galvenokārt ir divu veidu: metinājuma porainība un metināšanas karstās plaisas. Papildus porainībai un karstām plaisām alumīnija sakausējumu lāzermetināšanā pastāv arī tādi defekti kā apakšiegriezums un slikta aizmugurējās puses veidošanās. Salīdzinot ar metinājuma porainību, metināšanas plaisu (redzamu ar neapbruņotu aci vai zemā palielinājumā) varbūtība nav augsta. Tomēr, tā kā plaisas ir bīstamākas, JIS Z 3105 nosaka, ka, tiklīdz metinājumā tiek konstatēta plaisa, metinājums jāvērtē kā IV klases. Apakšiegriezums, slikta aizmugurējās puses veidošanās un citi defekti pārsvarā ir nopietni defekti, ko izraisa nepareiza ātruma kontrole vai neatbilstoši procesa parametri. Šādi defekti parasti parādās procesa izpētes un atkļūdošanas posmā un reti rodas parastajās faktiskajās ražošanas darbībās. Tāpēc porainība ir defekta veids, kas ir kaitīgāks alumīnija sakausējumu lāzermetināšanā un metinātu konstrukciju ekspluatācijā, un to ir grūti principiāli novērst.
1. Porainība
Porainība ir visizplatītākais un galvenais tilpuma defektsalumīnija sakausējumu lāzermetināšana, ar izmēriem no simtiem mikronu līdz vairākiem milimetriem. Tā veidošanās mehānisms vēl nav pilnībā skaidrs. Porainība ne tikai vājina metinājuma efektīvo darba šķērsgriezumu, bet arī rada sprieguma koncentrāciju, samazinot metinātā savienojuma dinamisko izturību un noguruma veiktspēju.
Kad alumīnija sakausējums kūst ūdeņradi saturošā vidē, tā iekšējais ūdeņraža saturs var sasniegt vairāk nekā 0,69 ml/100 g, bet pēc sakausējuma sacietēšanas tā ūdeņraža šķīdība līdzsvarā ir ne vairāk kā 0,036 ml/100 g. Parasti tiek uzskatīts, ka lāzera metināšanas dzesēšanas procesā ūdeņraža šķīdība strauji samazinās, un pārsātinātā ūdeņraža nogulsnēšanās veidos ūdeņraža porainību. Zemas kušanas temperatūras un augsta tvaika spiediena leģējošo elementu iztvaikošana var izraisīt arī porainību, ko sauc par metalurģisko porainību. Turklāt lāzera stara traucējumi un atslēgas cauruma nestabilitāte var veidot arī porainību, taču šādai porainībai ir neregulāra forma, un to var saukt par procesa izraisītu porainību. Alumīnija sakausējumu augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ uz virsmas viegli veidojas oksīda plēve. Metināšanas laikā no oksīda plēves uz alumīnija sakausējuma virsmas sadalošais kristālūdens un saistītais ūdens kopā ar gaisā esošo mitrumu un aizsarggāzi augstas temperatūras zonā lāzera iedarbībā tieši sadalās, veidojot ūdeņradi. Šīs ūdeņraža gāzes var vai nu nogulsnēties izkausētās šuves atdzišanas un sacietēšanas laikā, veidojot burbuļus, vai arī tieši ģenerēt burbuļus uz nepilnīgi izkusušās oksīda plēves. Alumīnija sakausējumu zemā īpatnējā svara dēļ burbuļu augšanas ātrums izkausētajā šuvē ir lēns. Turklāt alumīnija sakausējumiem ir augsta siltumvadītspēja, un izkausētās šuves atdzišanas un sacietēšanas ātrums ir ārkārtīgi liels. Daži burbuļi nevar laikus izkļūt un paliek metinājumā, tādējādi veidojot metalurģisko porainību. Pētījumi ir parādījuši, ka galvenā gāze alumīnija sakausējumu metinājumu porainībā ir ūdeņradis, tāpēc porainību alumīnija sakausējumu metinājumos dažreiz sauc par ūdeņraža porainību. Vērojot porainības lūzumu skenējošajā elektronmikroskopā, porainība pārsvarā ir sfēriska morfoloģija ar cieši izvietotiem dendrītu kristālu galiem, un iekšējā siena ir gluda, tīra un bez oksidācijas pēdām. Porainības esamība ne tikai samazina metinājuma kompaktumu un savienojuma nestspēju, bet arī dažādā mērā samazina savienojuma izturību un plastiskumu.
2. Karstas plaisas
Karstās plaisas (tostarp sacietēšanas plaisas un sašķidrināšanas plaisas) veidojas izkausēta metāla sacietēšanas procesā un ir viens no izplatītākajiem defektu veidiem alumīnija sakausējumu lāzermetināšanā. Acīmredzamākā sacietēšanas plaisu lūzuma morfoloģijas iezīme ir tā, ka lūzuma virsmu veido liels gludu, bet nelīdzenu graudainu bruģakmens vai kartupeļiem līdzīgu struktūru laukums, un virsmā bieži saglabājas starpkristālu eutektika ar zemu kušanas temperatūru vai šķidras plēves krokas, kā arī dendrītu trausla lūzuma pēdas. Sašķidrināšanas plaisu lūzuma morfoloģija ir līdzīga sacietēšanas plaisām, taču tai piemīt augstas temperatūras starpkristālu lūzuma vai sacietēšanas lūzuma īpašības. Kausēšanas metinājumu savienojumu noguruma lūzumā noguruma slodzes ietekmē bieži sastopami arī šādu karsto plaisu izraisīti noguruma plaisu avoti. Karsto plaisu cēloņi alumīnija sakausējumu lāzermetināšanā galvenokārt ir saistīti ar to pašu īpašībām un metināšanas procesiem. Alumīnija sakausējumiem sacietēšanas laikā ir liels saraušanās ātrums (līdz 5%), kā rezultātā rodas liels metināšanas spriegums un deformācija; Turklāt metinājuma metāla sacietēšanas laikā gar graudu robežām veidojas eitektiskas struktūras ar zemu kušanas temperatūru, kas vājina graudu robežu saķeres spēku, tādējādi stiepes sprieguma ietekmē veidojot karstas plaisas. Turklāt alumīnija sakausējumu lāzermetināšanas plaisu morfoloģijas var apkopot šādās kategorijās: metinājuma centra plaisas; metinājuma kušanas līnijas plaisas; starpkristālu plaisas metinājumos; termiskās iedarbības zonas sašķidrināšanas plaisas; oksīda plēvju izraisītas plaisas; un starpkristālu mikroplaisas.
Turklāt slikta aizsardzība metināšanas laikā izraisa metinājuma metāla reakciju ar gaisā esošajām gāzēm, un izveidotie ieslēgumi ir arī potenciāli plaisu avoti. Leģējošo elementu veidam un daudzumam ir liela ietekme uz karstās plaisas veidošanās tendenci alumīnija sakausējumu metināšanas laikā. Parasti Al-Si un Al-Mn sērijas alumīnija sakausējumiem ir laba metināmība un tajos nav viegli rasties karstām plaisām; savukārt Al-Mg, Al-Cu un Al-Zn sērijas alumīnija sakausējumiem ir relatīvi augsta karstās plaisas veidošanās tendence. Karstās plaisas veidošanās tendenci var samazināt, pielāgojot metināšanas procesa parametrus, lai kontrolētu sildīšanas un dzesēšanas ātrumu. Kopumā lāzera loka hibrīdmetināšanas karstās plaisas veidošanās tendence ir labāka nekā lāzera pildstieples metināšanas karstās plaisas veidošanās tendence, un lāzera pildstieples metināšanas karstās plaisas veidošanās tendence ir labāka nekā lāzera autogēnās metināšanas karstās plaisas veidošanās tendence.
3. Nepiegriezums un caurdegšana
Alumīnija sakausējumiem ir zema jonizācijas enerģija, un fotoinducētā plazma metināšanas laikā ir pakļauta pārkaršanai un izplešanai, kā rezultātā metināšanas procesi ir nestabili. Turklāt šķidriem alumīnija sakausējumiem ir laba plūstamība un zems virsmas spraigums. Lai uzlabotu iespiešanos, bieži vien ir nepieciešams lielāks aizsarggāzes plūsmas ātrums un lāzera izejas jauda, kas pasliktina metināšanas procesa stabilitāti, izraisot kausējuma vannas straujas svārstības spiediena ietekmē un viegli radot tādus defektus kā iegriezumus un caurdegšanu. Lāzermetinātu alumīnija sakausējuma plākšņu aizmugures formējamību var efektīvi uzlabot, uzstādot metinājuma aizmugurē ar ūdeni dzesējamu vara plāksni.
4. Izdedžu iekļaušana
Vēl viens defektu veids, kas bieži rodas automašīnu virsbūvju metināšanā, ir metināšanas izdedžu iekļaušana. Pētījumi liecina, ka izdedžu iekļaušana galvenokārt rodas no oksīdiem uz metinājumu un metināšanas stiepļu virsmas, kā arī nestabiliem procesiem alumīnija sakausējumu materiālu lokalizācijā. Tāpēc alumīnija sakausējumu materiālu ražotājiem vajadzētu stiprināt tehnoloģiskās inovācijas un uzlabot liešanas procesus, lai samazinātu piemaisījumu un ūdeņraža saturu izejvielās un uzlabotu produktu kvalitātes stabilitāti.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 5. augusts
