لحام سبائك الألومنيوم بالليزر

 

تتميز تقنية الليزر بخصائص مدخلات حرارة اللحام الصغيرة، وتأثيرها الصغير على منطقة تسخين اللحام، وليس من السهل تشويهها، لذلك فقد حظيت باهتمام خاص في مجال لحام سبائك الألومنيوم. ومع ذلك، نظرًا لخصائص معالجة سبائك الألومنيوم، هناك بعض صعوبات اللحام في لحام سبائك الألومنيوم بالليزر. كيفية حل هذه المشاكل؟

 

السؤال رقم 1: تتميز سبائك الألومنيوم بمعدل امتصاص منخفض لليزر.
ترجع هذه المشكلة أساسًا إلى مشكلة مواد سبائك الألومنيوم. نظرًا للانعكاس الأولي العالي والتوصيل الحراري العالي لسبائك الألومنيوم لشعاع الليزر، فإن سبائك الألومنيوم لديها معدل امتصاص منخفض لشعاع الليزر قبل الذوبان. سبائك الألومنيوم لها تأثير انعكاس قوي على ضوء الليزر. ويرجع ذلك إلى الكثافة العالية للإلكترونات الحرة داخل سبائك الألومنيوم في الحالة الصلبة، والتي تتفاعل بسهولة مع الفوتونات الموجودة في الشعاع وتعكس الطاقة بعيدًا. تظهر الأبحاث أن انعكاس سبائك الألومنيوم إلى ليزر ثاني أكسيد الكربون الغازي يصل إلى 90%، كما أن الانعكاس إلى الليزر الصلب يقترب أيضًا من 80%. وفي الوقت نفسه، تتمتع سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية قوية، مما يؤدي إلى معدل امتصاص منخفض جدًا لسبائك الألومنيوم لضوء الليزر. ولذلك، يجب اتخاذ التدابير المناسبة لتحسين معدل امتصاص الليزر لسبائك الألومنيوم.

 

ولمعالجة هذه المشكلة، تتضمن الحلول بشكل أساسي الجوانب التالية:
1. المعالجة السطحية لمواد سبائك الألومنيوم. تتميز سبائك الألومنيوم باستجابة عالية لليزر. إجراء المعالجة المسبقة المناسبة على سطح سبائك الألومنيوم، مثل الأنودة، والتلميع الكهربائي، والسفع الرملي، والسفع الرملي، وما إلى ذلك. يمكن أن يحسن بشكل كبير امتصاص السطح للطاقة الإشعاعية. أظهرت الدراسات أن ميل تبلور سبائك الألومنيوم بعد إزالة طبقة الأكسيد أعلى من ميل سبائك الألومنيوم الأصلية. من أجل عدم إتلاف السطح النهائي لسبائك الألومنيوم وتبسيط عملية اللحام بالليزر، يمكن استخدام عملية اللحام لزيادة درجة حرارة سطح قطعة العمل وزيادة معدل امتصاص الليزر للمادة.

2. تقليل حجم البقعة وزيادة كثافة طاقة الليزر. تم تحسين امتصاص الليزر لسبائك الألومنيوم عن طريق زيادة كثافة طاقة الليزر. ستنتج الزيادة في كثافة طاقة الليزر تأثير الثقب في حوض اللحام المنصهر، مما قد يزيد بشكل كبير من معدل امتصاص الليزر للمادة.

3. قم بتغيير هيكل اللحام لجعل شعاع الليزر ينعكس عدة مرات في الفجوة لتسهيل اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم. سيؤثر شكل المفصل على امتصاص ضوء الليزر. تعد الأخاديد على شكل حرف V والأخاديد المربعة أكثر ملاءمة لتشكيل ثقوب المفاتيح من المفاصل التي لا تحتوي على أخاديد، مما يزيد من كثافة طاقة الليزر ويزيد من معدل امتصاص الليزر لسبائك الألومنيوم.

 

 

المشكلة 2:من السهل إنتاج المسام والشقوق الساخنة. عملية اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم عرضة للمسام والشقوق الساخنة.

المسامية هي أكثر أنواع العيوب شيوعًا وأهمها في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم. يمكن تقسيم أنواع الثغور إلى فئتين.

أحدهما يرجع إلى الانخفاض الحاد في قابلية ذوبان الهيدروجين أثناء عملية التبريد لحام سبائك الألومنيوم بالليزر. يمكن أن يصل محتوى الهيدروجين في سبائك الألومنيوم المنصهرة إلى {{0}}.69mL/100g. محتوى الهيدروجين في سبائك الألومنيوم بعد التبريد والتصلب هو 0.036 مل/100 جم، وهو مفرط التشبع. يترسب الهيدروجين لتكوين مسام هيدروجينية. بالإضافة إلى ذلك، هناك طبقة أكسيد على سطح سبائك الألومنيوم. أثناء اللحام، يتحلل الماء البلوري الموجود على سطح سبائك الألومنيوم والرطوبة الموجودة في الهواء والغاز الواقي مباشرة إلى الهيدروجين. ليس لدى مسام الهيدروجين هذه وقت للهروب أثناء عملية التبريد السريعة للحام بالليزر لسبائك الألومنيوم، ولكنها تبقى في اللحام لتكوين مسام الهيدروجين.

 

والنوع الآخر هو الثقب المتكون لأن ثقب المفتاح الذي يتولد أثناء عملية اللحام بالليزر يكون غير مستقر وينهار، ولا يوجد لدى المعدن السائل وقت لملئه. ستؤدي المسام الزائدة إلى تقليل كثافة اللحام، وتقليل قدرة المفصل على تحمل الحمل، وتقليل قوة ولدونة المفصل بدرجات متفاوتة.

 

هناك العديد من التدابير لتقليل عيوب المسام في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم، مثل تغيير مسار شعاع الليزر، استخدام تذبذب الشعاع لتحريك البركة المنصهرة، زيادة احتمالية هروب المسام من السطح، استخدام حشو الأسلاك أو مسحوق السبائك، ويمكن لتدابير مثل تقنية البقعة المزدوجة واللحام الهجين بالليزر تحقيق تأثير تقليل المسام، ولكن من الصعب التخلص منها بشكل أساسي. يتمتع الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة نسبيًا، ويمكن تعديل شكل موجة طاقة الليزر أثناء عملية اللحام وفقًا للمادة والسمك وحالة السطح لسبائك الألومنيوم. كما هو موضح في الشكل، يمكن إجراء اللحام باستخدام النوع الموجي الأمامي، أو يمكن إجراء اللحام باستخدام النوع الموجي مع التسخين الأمامي ومن ثم الحفاظ على الحرارة، وكلاهما يلعبان دورًا معينًا في تقليل نقاط الانفجار والمسام. يمكنه تقليل الانهيار غير المستقر للمسام، وتغيير زاوية إشعاع شعاع الليزر، وتطبيق مجال مغناطيسي أثناء اللحام. يمكنه أيضًا التحكم بشكل فعال في المسام المتولدة أثناء عملية اللحام.

 

يرتبط سبب الشقوق الساخنة في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم بشكل أساسي بخصائصه وعملية اللحام. عندما تصلب سبائك الألومنيوم، يكون معدل الانكماش كبيرًا (يصل إلى 5%)، ويكون ضغط اللحام والتشوه كبيرًا، وسينتج معدن اللحام بنية سهلة الانصهار منخفضة نقطة الانصهار على طول حدود الحبوب أثناء التبلور، مما يضعف حدود الحبوب قوة الترابط وتلعب دورا في إجهاد الشد. تتشكل الشقوق الحرارية أدناه.

يمكن تقليل ميل الشقوق الساخنة عن طريق ملء الأسلاك أو مسحوق السبائك. يمكن أيضًا تقليل ميل الشقوق الساخنة عن طريق ضبط معلمات عملية اللحام للتحكم في سرعة التسخين والتبريد. عند استخدام ليزر YAG، يمكن التحكم في مدخلات الحرارة عن طريق ضبط شكل موجة النبض لتقليل الشقوق البلورية.

 

 

المشكلة 3:يتم تقليل - تخفيف الخواص الميكانيكية للوصلة الملحومة.

 

يؤدي فقدان احتراق عناصر السبائك أثناء عملية اللحام إلى تقليل الخواص الميكانيكية للوصلات الملحومة من سبائك الألومنيوم.

 

"التليين" هو انخفاض في قوة وصلابة الوصلة الملحومة. عند استخدام وصلات سبائك الألومنيوم اللحام بالليزر، فإن هيكل اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة في الوصلة الملحومة تعاني أيضًا من مشاكل التليين. أظهر عدد كبير من الدراسات أنه من الصعب القضاء على ظاهرة تليين لحام سبائك الألومنيوم بشكل أساسي. ومع ذلك، بالمقارنة مع اللحام المحمي بالغاز، فإن اللحام بالليزر يقلل من مدخلات الحرارة ويجعل منطقة تليين اللحام أضيق. بالمقارنة مع لحام القوس المعدني الغازي لحام الليزر بسبائك الألومنيوم، فإن درجة "تليين" الوصلات الملحومة بالليزر أقل، وتزداد قوة الشد مع زيادة سرعة اللحام. تأثير البلازما على عملية اللحام طاقة التأين لعنصر الألومنيوم منخفضة. من الأسهل تشكيل البلازما المعدنية أثناء اللحام بالليزر. تسبب البلازما انكسار وانحراف الليزر، وبالتالي تغيير موضع تركيز شعاع الليزر، مما يقلل من نسبة اختراق اللحام، ويؤثر على جودة الوصلة الملحومة. يتم استخدام طريقة وضع المسحوق مسبقًا على سطح قطعة العمل لإضعاف قفزة التمدد للبلازما في اتجاه الارتفاع، بحيث يمكن للبلازما الحفاظ على سعة قفزة مستقرة نسبيًا على سطح قطعة العمل.

 

تؤدي المسام غير المستقرة أثناء عملية لحام سبائك الألومنيوم إلى انخفاض الخواص الميكانيكية للمفاصل الملحومة. تشتمل سبائك الألومنيوم بشكل أساسي على Zn وMg وAl. أثناء اللحام، يكون للألمنيوم نقطة غليان أعلى من العنصرين الآخرين. لذلك، يمكن إضافة بعض عناصر السبائك ذات نقطة الغليان المنخفضة عند لحام مكونات سبائك الألومنيوم، وهو أمر مفيد لتشكيل ثقوب صغيرة وصلابة اللحام.

 

1. لحام الانصهار الذاتي بالليزر لسبائك الألومنيوم
يشير اللحام الذاتي بالليزر إلى طريقة لحام تستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة كمصدر للحرارة للتأثير على سطح المادة الأساسية، مما يؤدي إلى ذوبان المادة الأساسية نفسها لتكوين وصلة ملحومة. بالنسبة لحام سبائك الألومنيوم بالليزر، فإن سطح سبائك الألومنيوم لديه انعكاس عالي لليزر، الأمر الذي يتطلب طاقة ليزر كبيرة أثناء اللحام؛ قطر بقعة الليزر صغير، ومتطلبات الدقة لأدوات اللحام عالية، والتسامح مع فجوات الأجزاء منخفض، الأمر الذي يتطلب عادةً أجزاء قيمة الفجوة أقل من 0.2 مم؛ تكون سرعة التسخين والتبريد سريعة أثناء عملية اللحام، وهناك العديد من عيوب مسام اللحام، وتتركز كثافة طاقة الليزر، ويمكن أن يؤدي تأثير ثقب المفتاح بسهولة إلى اللحامات المقعرة والتقويضية. ولذلك، فإن معلمات عملية اللحام لها متطلبات أعلى. يتميز اللحام الذاتي بالليزر بمزايا جودة اللحام الجيدة وسرعة اللحام السريعة والأتمتة السهلة في لحام سبائك الألومنيوم، ويستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات. في صناعة المركبات الكهربائية، يتم استخدام اللحام الذاتي بالليزر لسبائك الألومنيوم بشكل أساسي لإغلاق غلاف بطارية الطاقة. في هيكل الألومنيوم لشركة محلية لمركبات الطاقة الجديدة، يستخدم لحام مجموعات الأبواب والألواح الجانبية أيضًا لحام الانصهار الذاتي بالليزر من سبائك الألومنيوم.

 

2. لحام سلك حشو الليزر من سبائك الألومنيوم
في لحام سلك حشو الليزر، لا يزال الليزر بمثابة مصدر الحرارة الرئيسي لصهر المعدن المراد لحامه، ولكن يتم استخدام جهاز تغذية الأسلاك الأوتوماتيكي لتغذية معدن الحشو بشكل مستمر في البركة المنصهرة لتحقيق عملية التوصيل المعدني. بالمقارنة مع اللحام الذاتي بالليزر، فإن اللحام بملء الأسلاك بالليزر يخفف من متطلبات دقة الفجوة في عملية اللحام. من خلال ملء أسلاك اللحام بمكونات مختلفة، فإنه يحسن الخصائص المعدنية للحام، ويمنع اللحام من الشقوق والمسام الساخنة، ويحسن استقرار عملية اللحام. الخواص والخواص الميكانيكية المشتركة.

 

يتميز لحام حشو أسلاك الألمنيوم بالليزر بخصائص جودة المظهر الجيدة ودقة فجوة العملية الأكثر مرونة من اللحام الذاتي بالليزر. يتم استخدامه عادة على الأسطح الخارجية لجسم السيارة، مثل بين الغطاء العلوي والألواح الجانبية، وبين الألواح الخارجية العلوية والسفلية لغطاء صندوق السيارة. هناك أيضًا بعض الموديلات التي تستخدم لحام حشو الأسلاك بالليزر في لحام أبواب سبائك الألومنيوم للحصول على جودة لحام أعلى.

 

3. لحام هجين بقوس الليزر من سبائك الألومنيوم
يجمع اللحام الهجين بقوس الليزر بين مصدرين للحرارة، الليزر والقوس، مع خصائص فيزيائية وآليات نقل طاقة مختلفة تمامًا، ويعملان معًا على قطعة العمل المراد لحامها. فهو لا يفسح المجال بشكل كامل للمزايا الخاصة بمصدري الحرارة فحسب، بل يكمل كل منهما الآخر أيضًا. نقائص. في اللحام الهجين بقوس الليزر لسبائك الألومنيوم، يمكن للقوس توجيه مصدر حرارة الليزر، وتحسين قدرة امتصاص الليزر لسبائك الألومنيوم واستخدام الطاقة أثناء عملية اللحام، وتكون قابلية تشكيل سطح اللحام أفضل من تلك الخاصة بالليزر اللحام الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، فإن إدخال القوس يمكن أن يقلل بشكل كبير من دقة التثبيت لشغل اللحام. وفي الوقت نفسه، يكون للقوس تأثير مخفف على بلازما اللحام بالليزر، مما قد يقلل من تأثير التدريع للبلازما على الليزر. يلعب الليزر دورًا مهمًا في استقرار القوس، بحيث يمكن للقوس أن يعمل بثبات على المفصل أثناء اللحام عالي السرعة، مما يمكن أن يحسن جودة اللحام للمفصل ويزيد من سرعة اللحام.

 

 

 

خاتمة
كثافة الطاقة لشعاع اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 109W/cm2. كما أنها تتمتع بمزايا التسخين المركز، والأضرار الحرارية الصغيرة، ونسبة عمق اللحام الكبيرة إلى العرض، وتشوه اللحام الصغير. عملية اللحام سهلة التكامل والأتمتة والمرونة ويمكن أن تحقق سرعة عالية وسرعة عالية. لحام دقيق، ولا تحتاج عملية اللحام إلى بيئة فراغية ولا تنتج أشعة سينية. إنها مناسبة بشكل خاص للحام عالي الدقة للهياكل المعقدة. الميزة الأكثر جاذبية لحام سبائك الألومنيوم بالليزر هي كفاءتها العالية. ولإطلاق العنان لهذه الكفاءة العالية، يجب تطبيقها على اللحام العميق ذو السماكة الكبيرة. لذلك، فإن البحث وتطبيق الليزر عالي الطاقة للحام ذو الاختراق العميق ذو السماكة الكبيرة سيكون اتجاهًا لا مفر منه في التطوير المستقبلي. يسلط اللحام ذو الاختراق العميق ذو السماكة الكبيرة الضوء على ظاهرة الثقب وتأثيرها على مسامية اللحام. لذلك، أصبحت آلية تشكيل الثقوب والتحكم فيها شائعة أكثر فأكثر، وستصبح قضية ساخنة تثير اهتمامًا وأبحاثًا واسعة النطاق في الصناعة.

 

إن تحسين الاستقرار وتشكيل طبقات اللحام وجودة اللحام في عملية اللحام بالليزر هو الهدف الذي يسعى إليه الناس. لذلك، سيتم تحسين وتطوير التقنيات الجديدة مثل تقنية مركب قوس الليزر، واللحام بالليزر بسلك الحشو، واللحام بالليزر المسحوق الخالي من الضبط المسبق، وتقنية التركيز المزدوج، وتشكيل الشعاع.