알루미늄 합금 레이저 용접 공정의 어려움 분석

11, 2019

by Oree Laser

알루미늄 합금 용접 기술


알루미늄 합금은 높은 비강도, 높은 피로 강도, 우수한 파괴 인성 및 낮은 균열 성장률을 가지며 성형 가공성 및 내식성이 우수합니다. 항공 우주, 자동차, 기계 제작, 해양 및 화학 산업에서 광범위하게 사용되었습니다. 알루미늄 합금의 광범위한 응용은 알루미늄 합금 용접 기술의 개발을 촉진하고, 용접 기술의 개발은 알루미늄 합금의 응용 분야를 확장시켰다.


그러나 알루미늄 합금 자체의 특성으로 인해 관련 용접 기술이 해결해야 할 몇 가지 긴급한 문제에 직면하게됩니다. 표면은 산화 피막에 내화성이 있고, 조인트가 연화되고, 기공이 쉽게 발생하며, 열이 쉽게 변형되고, 열전도율이 너무 큽니다. 종래의 알루미늄 합금 용접은 일반적으로 TIG 용접 또는 MIG 용접 공정을 채택한다. 이 두 가지 용접 방법은 에너지 밀도가 높고 알루미늄 합금을 용접 할 때 우수한 접합부를 얻을 수 있지만 여전히 침투력이 낮고 용접 변형이 적으며 생산 효율이 낮기 때문에 사람들은 이제 용접 방법을 찾기 시작했으며 레이저 기술은 점차적으로 시작되었습니다. 20 세기 중반 후반 산업에 적용되었습니다. 유럽 에어 버스 회사가 생산 한 에어 버스 A340 항공기 바디는 원래 리벳 팅 공정을 레이저 용접 기술로 대체하여 동체의 무게를 약 18 % 줄이고 제조 비용을 거의 25 % 절감했습니다. 독일의 Audi A2 및 A8 전 알루미늄 구조 차량도 알루미늄 합금 레이저 용접 기술의 개발 및 적용을 통해 이점을 얻습니다. 이러한 성공적인 사례는 레이저 용접 알루미늄 합금에 대한 연구를 크게 촉진 시켰으며, 이는 향후 알루미늄 합금 용접 기술의 주요 개발 방향이되었습니다. 레이저 용접은 높은 전력 밀도, 낮은 용접 열 입력, 작은 용접 열 영향 영역 및 작은 용접 변형의 장점을 가지고있어 알루미늄 합금 용접 분야에서 특별한주의를 기울입니다.


1.jpg


알루미늄 합금 레이저 용접의 문제점  대책


● 알루미늄 합금 표면의 높은 반사율과 높은 열 전도성


이것은 알루미늄 합금의 미세 구조로 설명 할 수 있습니다. 알루미늄 합금에 고밀도 자유 전자가 존재하기 때문에 자유 전자는 레이저 (강한 전자기파)에 의해 진동하여 2 차 전자기파를 발생시켜 강한 반사파와 약한 투과 파를 생성합니다. 알루미늄 합금은 레이저에 대한 높은 반사율 및 작은 흡착 률을 갖는다. 동시에, 자유 전자의 브라운 운동은 자극 될 때 더욱 격렬 해 지므로, 알루미늄 합금은 또한 높은 열 전도성을 갖는다.


레이저에서 알루미늄 합금의 높은 반사율을 목표로 국내외에서 많은 연구가 진행되었습니다. 테스트 결과는 샌드 블라스팅, 샌딩, 표면 화학 에칭, 표면 도금, 흑연 코팅 및 공기로 산화와 같은 적절한 표면 전처리가 빔 반사를 줄이고 알루미늄 합금에 의한 빔 에너지의 흡수를 효과적으로 증가시킬 수 있음을 보여줍니다. 또한 용접 구조 설계 측면에서 알루미늄 합금 표면에 수동으로 구멍을 뚫거나 집 전체 형태의 조인트를 사용하거나 V 자형 홈을 열거 나 솔기 용접을 사용하면 (접합 가스는 수동 구멍 만들기와 동일) 증가 할 수 있습니다 레이저에 알루미늄 합금을 흡수하고 더 큰 용융 깊이를 얻습니다. 게다가, 합리적인 용접 가스 설계는 레이저 에너지에 대한 레이저 에너지의 흡수를 증가시키기 위해 사용될 수있다.


● 알루미늄 합금의 레이저 용접에 영향을 미치는 중요한 요소


알루미늄 합금의 레이저 용접 공정에서 작은 구멍의 모양은 레이저에 대한 재료의 흡수 속도를 크게 향상시킬 수 있으며 알루미늄 합금의 알루미늄 원소와 Mg, Zn 및 Li는 낮은 비점을 가지고 있습니다. 증발하고 큰 증기압. 이것은 작은 구멍의 형성에 기여하지만, 플라즈마의 냉각 효과 (플라즈마에 의한 에너지의 차폐 및 흡수는 레이저가 기재로의 에너지 입력을 감소시킨다)는 플라즈마 자체를 "과열"하지만 연속성을 방해한다 작은 구멍의 존재. 기공과 같은 용접 결함을 생성하기 쉽고 용접 성형 및 조인트의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 따라서, 작은 구멍의 유도 및 안정화는 레이저 용접 품질을 보장하는 핵심 포인트가됩니다.


알루미늄 합금의 높은 반사율 및 높은 열 전도성으로 인해, 작은 홀의 형성을 유도하기 위해 레이저의 더 높은 에너지 밀도를 가질 필요가있다. 에너지 밀도 임계 값은 본질적으로 그 합금 조성에 의해 제어되기 때문에, 공정 파라미터를 제어하고 적절한 열 입력을 보장하기 위해 레이저 전력을 선택함으로써 안정적인 용접 공정을 얻을 수있다. 또한, 에너지 밀도 임계 값은 차폐 가스의 유형에 의해 어느 정도 영향을 받는다. 예를 들어, 알루미늄 합금을 레이저 용접 할 때, N2 가스를 사용할 때 작은 홀을 유도하는 것이 더 쉬운 반면, He 가스를 사용하여 작은 홀을 유도 할 수 없습니다. 이것은 N2와 AI 사이에서 발열 반응이 일어날 수 있고, 결과적인 Al-N-O 3 원 화합물이 레이저 흡수 속도를 증가시키기 때문이다.


● Stomata 문제


상이한 유형의 알루미늄 합금은 상이한 유형의 기공을 생성한다. 알루미늄 합금은 용접 공정 동안 다음과 같은 유형의 기공을 생성하는 것으로 일반적으로 믿어진다.


(1) 수소 구멍. 알루미늄 합금이 수소 분위기에서 용융 될 때, 그 내부 수소 함량은 0.69ml / 100g 이상에 도달 할 수있다. 그러나, 응고 후, 평형 상태에서의 수소-용해 능력은 최대 0.036ml / 100g이고, 그 차이는 거의 20 배이다. 따라서 액체에서 고체로 전이하는 동안 액체 알루미늄의 과량의 수소를 분리해야합니다. 침전 된 수소가 부드럽게 부유하지 않으면 기포가 축적되어 고체 알루미늄 합금에 남아 기공이됩니다.


(2) 보호 가스에 의해 생성되는 구멍. 알루미늄 합금의 고 에너지 레이저 용접 공정에서, 용융 풀의 바닥에있는 작은 구멍의 전면에서 금속의 강한 증발로 인해 차폐 가스가 용융 풀로 유입되어 기포를 형성합니다. 기포가 도달하지 않고 고체 알루미늄 합금에 남아있을 때 기공이됩니다.


(3) 작은 구멍이 무너져서 생기는 모공. 레이저 용접 공정에서 표면 장력이 증기압보다 크면 작은 구멍은 안정성과 붕괴를 유지할 수 없으며 금속이 채워지기 전에 구멍이 형성됩니다. 레이저 전력 파형 조정, 작은 구멍의 불안정한 붕괴 감소, 빔 초점 높이 변경 및 경사 조명 변경, 전자기장 작용 적용 등 알루미늄 합금 레이저 용접의 다공성 결함을 줄이거 나 피하기위한 여러 가지 실질적인 조치가 있습니다. 용접 공정 및 진공 용접. 최근에는, 필러 와이어 또는 미리 설정된 합금 분말, 복합 열원 및 이중 초점 기술을 사용하여 공극의 발생을 감소시키는 공정이있어, 이는 양호한 효과를 갖는다.


● 균열 문제


알루미늄 합금은 전형적인 공융 합금이며, 레이저 용접의 빠른 응고 하에서 열 균열을 발생시킬 가능성이 높습니다. 용접 금속 결정화 동안 주상 결정립계에서 AL-Si 또는 Mg-Si와 같은 저 융점 공정의 형성은 균열의 원인이다. 열 균열을 줄이기 위해 와이어를 채우거나 합금 전력을 사전 설정하여 레이저 용접을 수행 할 수 있습니다. 열 입력을 제어하면 레이저 파형을 조정하여 결정 균열이 줄어 듭니다.


2.jpg


알루미늄 합금 레이저 용접의 발전 전망


알루미늄 합금 레이저 용접의 가장 매력적인 특징은 고효율이며,이 고효율을 최대한 활용하는 것은 큰 두께의 융착 용접에 적용하는 것입니다. 따라서, 두께가 큰 딥 용접을 위해 고출력 레이저를 연구하고 사용하는 것이 미래 개발의 불가피한 추세입니다.

 

레이저 용접 공정의 안정성을 개선하고 용접 품질을 향상시키는 것이 사람들의 목표입니다. 따라서 레이저-아크 복합 공정, 와이어 레이저 용접, 사전 설정 파우더 레이저 용접, 이중 초점 기술 및 빔 성형과 같은 새로운 기술이 더욱 향상되고 개발 될 것입니다.


PREVIOUS 레이저 커팅 탄소강판에서 10가지 흔한 문제와 해결 방법
레이저 절단 기능 및 응용 분석 NEXT
  • 문의하기
  • 전화 : +86-0531-88983665
  • WhatsApp: +86 15508692995
  • 이메일: sales@oreelaser.com
  • 생산 센터 : 제남시 지양가 공업 단지 19-1 호
  • 마케팅 센터 : 2 # 16F, Aosheng Building, Xinluo Street, High-tech Zone, Jinan City

Copyright ® 2018 OREE LASER