現在、自動車パイプラインの複雑化に伴い、溶接点がますます多くなり、必然的に多くの火炎溶接の問題が発生します。もちろん、各溶接方法には独自の長所と短所があります。 この記事では、空調パイプラインのレーザー溶接の実現可能性を分析します。
アルミニウム合金のレーザー溶接の問題を解決する方法
今日、レーザー溶接は機械加工業界で広く使用されています。 さらに、レーザー技術は、溶接入熱が小さい、溶接熱面積の影響が小さい、変形しにくいなどの特徴も備えているため、アルミニウム合金溶接の分野で特に注目されています。
一方で、アルミニウム合金のレーザー溶接では、アルミニウム合金の加工特性により、溶接に困難な点がいくつかあります。 これらの問題を解決するにはどうすればよいでしょうか?
問題点１：アルミニウム合金はレーザーの吸収率が低い。
この問題は主にアルミニウム合金の材質に起因します。 アルミニウム合金は、レーザービームに対する初期反射率が高く、熱伝導率が高いため、溶融する前にレーザービームの吸収が低くなります。 アルミニウム合金は、固体状態のアルミニウム合金内の自由電子が高密度であるため、レーザー光に対して強い反射効果を持ち、ビーム内の光子と相互作用してエネルギーを反射する傾向があります。 研究によると、アルミニウム合金の反射率は、ガス状 CO2 レーザーでは 90% と高く、固体レーザーでは 80% 近くになります。 同時に、アルミニウム合金は熱伝導率が高いため、アルミニウム合金によるレーザー光の吸収が低くなります。 したがって、アルミニウム合金によるレーザー光の吸収を改善するための適切な措置を講じる必要があります。
この問題に対する解決策には主に次の側面が含まれます。
1. アルミニウム合金材料の表面前処理。 アルミニウム合金は高いレーザー応答性を持っています。 陽極酸化、電解研磨、サンドブラスト、サンドブラストなどのアルミニウム合金表面を適切に前処理すると、表面での放射エネルギーの吸収を大幅に向上させることができます。 研究によると、酸化皮膜を除去した後のアルミニウム合金の結晶化傾向は、元のアルミニウム合金の結晶化傾向よりも高いことがわかっています。 アルミニウム合金の表面仕上げを破壊しないように、レーザー溶接プロセスを簡素化するために、溶接プロセスを使用してワークピースの表面温度を上げ、材料のレーザーの吸収を向上させることができます。
2. スポット サイズを小さくし、レーザー出力密度を高めます。 レーザー出力密度を増加させて、レーザーに対するアルミニウム合金の吸収を改善します。 レーザー出力密度が増加すると、溶接溶融池が小さな穴効果を生成し、材料のレーザー吸収率が大幅に向上します。
3. 溶接構造を変更し、ギャップ内でレーザー光を何度も反射させ、アルミニウム合金のレーザー溶接を容易にします。 接合部の形状はレーザーの吸収に影響します。 v ベベルと角ベベルは、ベベルなしの接合部よりもキーホールの形成に寄与するため、レーザー出力密度が増加し、アルミニウム合金のレーザー吸収が増加します。
問題点 2:気孔や熱亀裂が発生しやすいため、アルミニウム合金のレーザー溶接プロセスでは気孔や熱亀裂が発生しやすいです。
気孔は、アルミニウム合金のレーザー溶接において最も頻繁に発生する最も重要なタイプの欠陥です。 気孔率の種類は 2 つに分類できます。
Aクラスは、アルミニウム合金のレーザー溶接による冷却過程での水素溶解度が急激に低下し、溶融状態のアルミニウム合金の水素含有量は最大{{0}}.69mL/100g、アルミニウム合金の冷却凝固による水素含有量は0.036です。 mL/100g、過飽和水素の沈殿と水素細孔の形成。 また、アルミニウム合金の表面には酸化皮膜の層があり、溶接中にアルミニウム合金表面の結晶水、空気、保護ガス中の水分が直接分解して水素になります。 これらの水素気孔は、アルミニウム合金のレーザー溶接の急冷過程で逃げ、溶接部に滞留して水素気孔を形成します。
もう 1 つのカテゴリは、キーホールの不安定性と崩壊によって発生するレーザー溶接プロセスによるもので、液体金属が形成された穴を埋めるには遅すぎます。 過剰な気孔率は溶接の密度を低下させ、接合部の耐荷重能力を低下させ、接合部の強度と可塑性の低下の度合いを変化させます。
アルミニウム合金レーザー溶接における気孔欠陥は、レーザービームの歩行軌道を変更する、溶融池へのビーム発振を利用して撹拌する、表面から気孔が逃げる可能性を高める、などのさまざまな対策により減少します。気孔の影響を軽減するには、フィラーワイヤやフィラー合金粉末の使用、デュアルスポット技術やレーザー複合溶接などの対策が考えられますが、根本から除去することは困難です。 アルミニウムの熱伝導率は比較的良好であり、アルミニウム合金の材質、厚さ、溶接プロセスの表面状態に応じて、レーザー出力波形を調整します。 図に示すように、溶接用波形の先端前、溶接用絶縁波形後の予熱前にも使用でき、発泡点を低下させ、気孔率が一定の役割を果たします。 気孔の不安定な崩壊を軽減し、レーザー光線の照射角度を変更し、溶接時に磁場を印加するだけでなく、溶接プロセス中に発生する気孔を効果的に制御することもできます。
アルミニウム合金のレーザー溶接における熱割れの原因は、主にアルミニウム合金自体の特性と溶接プロセスに関連しています。 アルミニウム合金の凝固収縮（最大5％）、溶接応力と変形、および結晶粒界に沿った結晶化における溶接金属は低融点共晶組織を生成し、その結果、引張応力において粒界の結合力が弱まります。高温亀裂の形成の作用下で。
ワイヤーや合金粉末を充填する方法を採用することで高温割れの発生を軽減することができ、また溶接プロセスパラメータを調整して加熱および冷却の速度を制御することによっても高温割れの発生を軽減することができます。 YAGレーザーを使用する場合、パルス波形を調整することで入熱を制御し、結晶割れを最小限に抑えることができます。
問題 3: 溶接リンクの機械的特性の低下 - 軟化
溶接プロセス中の合金元素の燃焼損失により、アルミニウム合金溶接リンクの機械的特性が低下します。
「軟化」とは、溶接継手の強度や硬さが低下する現象のことです。 レーザー溶接アルミニウム合金継手を使用する場合、溶接組織と溶接継手の熱影響部には同様の軟化問題が発生します。 アルミニウム合金溶接の軟化現象を根本的に解消することは多くの研究でわかっていますが、ガスシールド溶接に比べてレーザー溶接では入熱量が減少するため、溶接軟化帯が狭くなります。 アルミニウム合金のレーザー溶接や溶融電極ガスシールド溶接は、レーザー溶接に比べて継手の「軟化」度が低く、溶接速度の増加とともに引張強度が増加します。 溶接プロセスにおけるアルミニウム元素のイオン化エネルギーの影響は低く、レーザー溶接では金属プラズマが形成される可能性が高く、レーザーの屈折、偏向によってプラズマが発生し、レーザービームの焦点位置が変化するため、溶接深さの比率が減少し、溶接継手の品質に影響を与えることがわかります。 ワークピースの表面に粉末を事前に配置する方法を採用して、ジャンプの高さ方向のプラズマの膨張を減衰させ、ワークピースの表面のプラズマがジャンプ振幅の相対的な安定性を維持できるようにします。
アルミニウム合金の溶接プロセスにおける不安定な気孔は、溶接継手の機械的特性の低下につながります。 アルミニウム合金は主にZn、Mg、Alから構成されています。 溶接プロセスでは、アルミニウムの沸点は他の 2 つの元素よりも高くなります。 したがって、アルミニウム合金要素を溶接するときに、低沸点の合金元素をいくつか添加することができ、これにより小さな穴の形成と溶接の堅固さが促進されます。
2つのアルミニウム合金レーザー溶接技術
1 アルミニウム合金レーザー自己溶融溶接
レーザー自己溶融溶接とは、高エネルギー密度のレーザー光を熱源として母材表面に衝撃を与え、母材自体を溶融させて溶接継手を形成する溶接方法です。 アルミニウム合金レーザー溶接の場合、アルミニウム合金表面のレーザー反射率が高く、溶接にはより大きなレーザー出力が必要です。 レーザースポット径は小さく、溶接ツールの精度要件は高く、部品ギャップの許容値は低く、通常は部品ギャップ値 0.2mm が必要です。 溶接プロセスの加熱と冷却の速度、溶接気孔の欠陥、レーザーエネルギー密度が集中し、キーホール効果により溶接凹部とエッジの噛み込み現象が発生しやすくなります。 したがって、エッジの食い込み現象には、溶接プロセスのパラメータに高い要件が求められます。 アルミニウム合金溶接におけるレーザー自己溶融溶接は、良好な溶接品質、速い溶接速度、容易な自動化という利点を反映しており、自動車業界で広く使用されています。 電気自動車業界では、パワーバッテリーシェルのシールには主にアルミニウム合金のレーザー自己溶融溶接が使用されています。 新エネルギー車企業のアルミニウムボディ、ドアアセンブリ、側面の構造部品の溶接もアルミニウム合金レーザー融着溶接で行われます。
2 アルミニウム合金レーザーフィラーワイヤ溶接
レーザーによるレーザーフィラーワイヤ溶接は、溶接金属を溶かすための主な熱源として依然として使用されていますが、溶融池への自動ワイヤ供給装置の使用により、フィラー金属が継続的に供給され、冶金的接続プロセスが実現されます。 レーザー自己溶融溶接と比較して、レーザーフィラーワイヤ溶接は、異なる組成のワイヤを充填することで溶接プロセスのギャップ精度の要件を緩和し、溶接の冶金的特性を改善し、溶接熱亀裂や気孔の発生を防ぎます。 、溶接プロセスの安定性と接合部の機械的特性を向上させます。
アルミニウム合金レーザーフィラーワイヤ溶接は、外観品質が良く、レーザー自己溶融溶接よりも加工ギャップ精度が緩いなどの特徴を持っています。通常、トップカバーとサイドエンクロージャの間などのボディの外観表面に適用されます。 、およびラゲッジルームカバーの外板の上部パネルと下部パネルの間にあります。 より高い溶接品質を得るために、アルミニウム合金ドアの溶接にレーザーフィラーワイヤ溶接を使用するいくつかのモデルもあります。
3 アルミニウム合金レーザー - アーク複合溶接
レーザー - アーク複合溶接は、レーザーとアークの 2 種類の物理的特性、エネルギー伝達メカニズムが複合熱源とは大きく異なり、溶接ワークピースの役割を一緒に行うだけでなく、2 種類の熱を最大限に発揮します。それぞれの長所を生み出すだけでなく、お互いの欠点を補い合うこともできます。 アルミニウム合金レーザー - アーク複合溶接では、アークがレーザー熱源を誘導し、レーザー自己溶融溶接よりもレーザー吸収能力と溶接プロセスのエネルギー利用におけるアルミニウム合金の改善、および溶接表面の整形が可能です。 さらに、アークの導入により、溶接ワークの取り付け精度が大幅に低下する可能性があり、また、アークはレーザー溶接のプラズマを希釈する効果があり、レーザーに対するプラズマのシールド効果が低下する可能性があります。 レーザーはアークの安定化に重要な役割を果たし、接合部の高速溶接においてアークを安定させることができ、接合部の溶接品質を向上させ、溶接速度を高めることができます。
結論
アルミニウム合金レーザー溶接ビームエネルギー密度は最大109W/cm2で、同時に集中加熱、熱損傷、溶接の深さと幅の比率、溶接変形などの利点があり、溶接プロセスの統合、自動化、柔軟性が容易です。高速かつ高精度の溶接が可能で、真空環境を必要とせず、X線も発生しないため、特に複雑な構造物の高精度溶接に適しています。 アルミレーザー溶接の最大の魅力は高能率ですが、この高能率を最大限に発揮させるためには厚肉の深融着溶接に適用する必要があります。 したがって、厚肉深融着溶接用の高出力レーザーの研究と応用は、今後の開発の必然的な傾向となるでしょう。 厚肉深融着溶接では、ピンホール現象とその溶接気孔率への影響が浮き彫りになるため、ピンホールの形成メカニズムと制御はますます一般的となり、業界で一般的な関心と研究のホットな問題となるでしょう。
レーザー溶接プロセスの安定性、溶接の形成、溶接の品質を向上させることが追求される目標です。 したがって、レーザーアーク複合プロセス、フィラーワイヤーレーザー溶接、ノンプリセットパウダーレーザー溶接、デュアルフォーカス技術、ビーム整形などの新技術がさらに改善され、開発されるでしょう。
