Veelvoorkomende defecten bij laserlassen van aluminiumlegeringen

Veelvoorkomende defecten inLaserlassen van aluminiumlegering

Of het nu gaat om autogeen laserlassen oflaser-boog hybride lassenHoewel het gebruikt wordt voor aluminiumlegeringen, zijn er enkele veelvoorkomende technische problemen, bijvoorbeeld dat er defecten kunnen optreden als de procesparameters en lasomstandigheden metallurgisch onjuist zijn.onjuist. DeLasdefecten in verbindingen van aluminiumlegeringen omvatten hoofdzakelijk twee typen: porositeit en hete scheurtjes. Naast porositeit en hete scheurtjes komen bij laserlassen van aluminiumlegeringen ook defecten voor zoals ondersnijding en een slechte achterlaagvorming. In vergelijking met porositeit is de kans op lasscheurtjes (zichtbaar met het blote oog of onder lage vergroting) niet hoog. Omdat scheuren echter gevaarlijker zijn, schrijft JIS Z 3105 voor dat zodra een scheur in een las wordt gedetecteerd, de las als klasse IV moet worden beoordeeld. Ondersnijding, een slechte achterlaagvorming en andere defecten zijn meestal ernstige defecten die worden veroorzaakt door onjuiste snelheidsregeling of verkeerd afgestemde procesparameters. Dergelijke defecten verschijnen over het algemeen in de fase van procesonderzoek en -afstelling en komen zelden voor tijdens normale productieprocessen. Daarom is porositeit een type defect dat schadelijker is bij laserlassen van aluminiumlegeringen en voor de levensduur van gelaste constructies, en dat moeilijk fundamenteel te elimineren is.

1. Porositeit

Porositeit is het meest voorkomende en belangrijkste volumegebrek inlaserlassen van aluminiumlegeringenDe poreusheid varieert in grootte van honderden micrometers tot enkele millimeters. Het vormingsmechanisme is nog niet volledig duidelijk. Poreusheid verzwakt niet alleen het effectieve werkgedeelte van de las, maar veroorzaakt ook spanningsconcentratie, waardoor de dynamische sterkte en vermoeiingsweerstand van de lasverbinding afnemen.

Wanneer een aluminiumlegering smelt in een waterstofhoudende omgeving, kan het interne waterstofgehalte oplopen tot meer dan 0,69 ml/100 g. Na stolling is de waterstofoplosbaarheid in evenwicht echter maximaal 0,036 ml/100 g. Men neemt algemeen aan dat tijdens het afkoelingsproces van laserlassen de waterstofoplosbaarheid sterk daalt en dat de neerslag van oververzadigde waterstof waterstofporositeit veroorzaakt. Ook de verdamping van legeringselementen met een laag smeltpunt en een hoge dampdruk kan leiden tot porositeit, wat metallurgische porositeit wordt genoemd. Daarnaast kunnen verstoringen van de laserstraal en instabiliteit van het sleutelgat eveneens porositeit veroorzaken, maar dergelijke porositeit heeft een onregelmatige vorm en wordt procesgeïnduceerde porositeit genoemd. Door de hoge chemische activiteit van aluminiumlegeringen vormt zich gemakkelijk een oxidefilm op het oppervlak. Tijdens het lassen ontleedt het kristalwater en het gebonden water uit de oxidefilm op het oppervlak van de aluminiumlegering, samen met het vocht in de lucht en het beschermgas, direct tot waterstof in het hogetemperatuurgebied onder invloed van de laser. Deze waterstofgassen kunnen tijdens het afkoelen en stollen van het smeltbad neerslaan en bellen vormen, of direct bellen genereren op de onvolledig gesmolten oxidefilm. Door de lage soortelijke massa van aluminiumlegeringen stijgen de bellen in het smeltbad langzaam op. Bovendien hebben aluminiumlegeringen een sterke thermische geleidbaarheid, waardoor het afkoel- en stollingsproces van het smeltbad extreem snel verloopt. Sommige bellen kunnen niet op tijd ontsnappen en blijven in de las achter, waardoor metallurgische porositeit ontstaat. Studies hebben aangetoond dat waterstof het belangrijkste gas is in de porositeit van aluminiumlegeringslassen, waardoor de porositeit in aluminiumlegeringslassen soms waterstofporositeit wordt genoemd. Bij observatie van de breukvlakken van de porositeit onder een scanningelektronenmicroscoop blijkt de porositeit meestal een bolvormige morfologie te hebben met dicht opeengepakte dendrietuiteinden van dendritische kristallen, terwijl de binnenwand glad, schoon en vrij van oxidatiesporen is. De aanwezigheid van porositeit vermindert niet alleen de compactheid van de las en het draagvermogen van de verbinding, maar vermindert ook de sterkte en plasticiteit van de verbinding in verschillende mate.

2. Hete scheuren

Hete scheuren (waaronder stollingsscheuren en smeltingsscheuren) ontstaan ​​tijdens het stollingsproces van gesmolten metaal en zijn een van de meest voorkomende defecten bij laserlassen van aluminiumlegeringen. Het meest opvallende kenmerk van de breukmorfologie van stollingsscheuren is dat het breukvlak bestaat uit een groot gebied met gladde maar onregelmatige korrelige, kasseien- of aardappelachtige structuren. Het oppervlak vertoont vaak intergranulaire eutectica met een laag smeltpunt of plooien van een vloeibare film, evenals sporen van brosbreuk met dendrieten. De breukmorfologie van smeltingsscheuren is vergelijkbaar met die van stollingsscheuren, maar heeft de kenmerken van intergranulaire breuk bij hoge temperaturen of stollingsbreuk. Bij vermoeiingsbreuken van smeltlasverbindingen onder vermoeiingsbelasting komen dergelijke hete scheuren ook vaak voor. De oorzaken van hete scheuren bij laserlassen van aluminiumlegeringen houden voornamelijk verband met hun eigen eigenschappen en het lasproces. Aluminiumlegeringen hebben een grote krimp tijdens de stolling (tot 5%), wat resulteert in grote lasspanningen en vervormingen; Bovendien worden tijdens de stolling van het lasmetaal langs de korrelgrenzen eutectische structuren met een laag smeltpunt gevormd, waardoor de bindingskracht van de korrelgrenzen verzwakt en onder invloed van trekspanning warmscheuren ontstaan. De scheurvormen bij laserlassen van aluminiumlegeringen kunnen worden onderverdeeld in de volgende categorieën: scheuren in het midden van de las; scheuren in de smeltlijn van de las; intergranulaire scheuren in de las; smeltingsscheuren in de warmtebeïnvloede zone; scheuren veroorzaakt door oxidefilms; en intergranulaire microscheuren.

Bovendien zorgt een slechte bescherming tijdens het lassen ervoor dat het lasmetaal reageert met gassen in de lucht, en de gevormde insluitingen zijn ook potentiële bronnen van scheuren. Het type en de hoeveelheid legeringselementen hebben een grote invloed op de neiging tot warmscheuren tijdens het lassen van aluminiumlegeringen. Over het algemeen hebben aluminiumlegeringen van de Al-Si- en Al-Mn-reeks een goede lasbaarheid en zijn ze niet snel gevoelig voor warmscheuren; terwijl aluminiumlegeringen van de Al-Mg-, Al-Cu- en Al-Zn-reeks een relatief hoge neiging tot warmscheuren hebben. De neiging tot warmscheuren kan worden verminderd door de lasprocesparameters aan te passen om de verwarmings- en afkoelsnelheden te beheersen. Over het algemeen is de neiging tot warmscheuren bij hybride laser-booglassen beter dan bij laserlassen met vuldraad, en de neiging tot warmscheuren bij laserlassen met vuldraad is beter dan bij autogeen laserlassen.

3. Ondersnijden en doorbranden

Aluminiumlegeringen hebben een lage ionisatie-energie en fotogeïnduceerd plasma is tijdens het lassen gevoelig voor oververhitting en uitzetting, wat resulteert in instabiele lasprocessen. Bovendien hebben vloeibare aluminiumlegeringen een goede vloeibaarheid en een lage oppervlaktespanning. Om de penetratie te verbeteren, zijn vaak een grotere beschermgasstroom en een hoger laservermogen nodig, wat de stabiliteit van het lasproces vermindert. Hierdoor kan het smeltbad onder druk heftig fluctueren en gemakkelijk leiden tot defecten zoals ondersnijding en doorbranden. De vervormbaarheid van de achterzijde van lasergelaste aluminiumlegeringsplaten kan effectief worden verbeterd door een watergekoelde koperen plaat aan de achterzijde van de las te plaatsen.

4. Slakinsluiting

Een ander veelvoorkomend defect bij het lassen van carrosserieën is de aanwezigheid van lasslak. Studies hebben aangetoond dat lasslak voornamelijk afkomstig is van oxiden op het oppervlak van de lasnaden en lasdraden, evenals van instabiele processen in de lokalisatie van aluminiumlegeringen. Daarom zouden fabrikanten van aluminiumlegeringen hun technologische innovatie moeten versterken en de gietprocessen moeten verbeteren om het gehalte aan onzuiverheden en waterstof in de grondstoffen te minimaliseren en de kwaliteitsstabiliteit van de producten te verhogen.