Uobičajeni nedostaci uLasersko zavarivanje aluminijskih legura
Bilo da se radi o laserskom autogenom zavarivanju ilihibridno lasersko zavarivanjekoristi se za aluminijske legure, postoje neki uobičajeni tehnički problemi, tj. mogu se pojaviti nedostaci ako su procesni parametri i uvjeti zavarivanja metalurškineprimjereno.Svi nedostaci u spojevima aluminijskih legura uglavnom uključuju dvije vrste: poroznost zavara i vruće pukotine pri zavarivanju. Osim poroznosti i vrućih pukotina, kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura postoje i nedostaci poput podrezanja i lošeg formiranja stražnje strane. U usporedbi s poroznošću zavara, vjerojatnost pukotina pri zavarivanju (vidljivih golim okom ili pod malim povećanjem) nije visoka. Međutim, budući da su pukotine opasnije, JIS Z 3105 propisuje da se, nakon što se otkrije pukotina u zavaru, zavar smatra IV. klasom. Podrezanje, loše formiranje stražnje strane i drugi nedostaci uglavnom su ozbiljni nedostaci uzrokovani nepravilnom kontrolom brzine ili neusklađenim parametrima procesa. Takvi nedostaci općenito se pojavljuju u fazi istraživanja i otklanjanja pogrešaka procesa, a rijetko se javljaju u normalnim stvarnim proizvodnim operacijama. Stoga je poroznost vrsta nedostatka koja je štetnija kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura i u radu zavarenih konstrukcija te ju je teško temeljito ukloniti.
1. Poroznost
Poroznost je najčešći i glavni nedostatak volumena ulasersko zavarivanje aluminijskih legura, s veličinama u rasponu od stotina mikrona do nekoliko milimetara. Njegov mehanizam nastanka još nije u potpunosti jasan. Poroznost ne samo da slabi efektivni radni presjek zavara, već uzrokuje i koncentraciju naprezanja, smanjujući dinamičku čvrstoću i otpornost na zamor zavarenog spoja.
Kada se aluminijska legura tali u okruženju koje sadrži vodik, njezin unutarnji sadržaj vodika može doseći više od 0,69 ml/100 g, ali nakon što se legura skrutne, njezina topljivost vodika u ravnoteži je najviše 0,036 ml/100 g. Općenito se vjeruje da tijekom procesa hlađenja laserskog zavarivanja topljivost vodika naglo pada, a taloženje prezasićenog vodika stvara vodikovu poroznost. Isparavanje legirajućih elemenata s niskim talištem i visokim tlakom pare također može dovesti do poroznosti, koja se naziva metalurška poroznost. Osim toga, poremećaj laserske zrake i nestabilnost ključanice također mogu stvoriti poroznost, ali takva poroznost ima nepravilan oblik i može se nazvati procesom induciranom poroznošću. Zbog visoke kemijske aktivnosti aluminijskih legura, na površini se lako stvara oksidni film. Tijekom zavarivanja, kristalna voda i kombinirana voda razgrađene iz oksidnog filma na površini aluminijske legure, zajedno s vlagom u zraku i zaštitnom plinu, izravno se razgrađuju i proizvode vodik u području visoke temperature pod djelovanjem lasera. Ti vodikovi plinovi mogu se ili taložiti tijekom hlađenja i skrućivanja rastaljenog spoja stvarajući mjehuriće ili izravno stvarati mjehuriće na nepotpuno rastaljenom oksidnom filmu. Zbog niske specifične težine aluminijskih legura, brzina porasta mjehurića u rastaljenom spoju je spora. Osim toga, aluminijske legure imaju jaku toplinsku vodljivost, a brzina hlađenja i skrućivanja rastaljenog spoja je izuzetno brza. Neki mjehurići ne mogu se na vrijeme osloboditi i ostaju u zavaru, stvarajući tako metaluršku poroznost. Studije su pokazale da je glavni plin u poroznosti zavara aluminijskih legura vodik, pa se poroznost u zavarima aluminijskih legura ponekad naziva vodikovom poroznošću. Pri promatranju loma poroznosti pod skenirajućim elektronskim mikroskopom, poroznost uglavnom pokazuje sferičnu morfologiju s gusto raspoređenim dendritnim krajevima dendritnih kristala, a unutarnja stijenka je glatka, čista i bez tragova oksidacije. Postojanje poroznosti ne samo da smanjuje kompaktnost zavara i nosivost spoja, već i smanjuje čvrstoću i plastičnost spoja u različitim stupnjevima.
2. Vruće pukotine
Vruće pukotine (uključujući pukotine skrućivanja i likvacijske pukotine) nastaju tijekom procesa skrućivanja rastaljenog metala u bazenu i jedna su od uobičajenih vrsta nedostataka kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura. Najočitija značajka morfologije loma pukotina skrućivanja je da se površina loma sastoji od velikog područja glatkih, ali neravnih zrnatih kaldrmisanih ili krumpirovih struktura, a površina često zadržava intergranularne eutektike niskog tališta ili nabore tekućeg filma, kao i tragove krhkog loma dendrita. Morfologija loma likvacijskih pukotina slična je pukotinama skrućivanja, ali ima karakteristike intergranularnog loma ili loma skrućivanja na visokim temperaturama. Kod zamornog loma spojeva zavarenih taljenjem pod opterećenjem zamora, izvori zamornih pukotina uzrokovani takvim vrućim pukotinama također su česti. Uzroci vrućih pukotina kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura uglavnom su povezani s njihovim vlastitim karakteristikama i procesima zavarivanja. Aluminijske legure imaju veliku stopu skupljanja tijekom skrućivanja (do 5%), što rezultira velikim naprezanjem i deformacijama zavarivanja; Osim toga, eutektičke strukture s niskim talištem formiraju se duž granica zrna tijekom skrućivanja metala zavara, što slabi silu vezivanja granica zrna, stvarajući tako vruće pukotine pod djelovanjem vlačnog naprezanja. Osim toga, morfologije pukotina kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura mogu se sažeti u sljedeće kategorije: pukotine u središtu zavara; pukotine na liniji taljenja zavara; intergranularne pukotine u zavarima; pukotine uzrokovane likvacijom u zoni utjecaja topline; pukotine uzrokovane oksidnim filmovima; i intergranularne mikropukotine.
Osim toga, loša zaštita tijekom zavarivanja uzrokuje reakciju zavara s plinovima u zraku, a nastale inkluzije također su potencijalni izvori pukotina. Vrsta i količina legirajućih elemenata imaju veliki utjecaj na sklonost vrućim pukotinama tijekom zavarivanja aluminijskih legura. Općenito, aluminijske legure serije Al-Si i Al-Mn imaju dobru zavarljivost i nije ih lako proizvesti; dok aluminijske legure serije Al-Mg, Al-Cu i Al-Zn imaju relativno visoku sklonost vrućim pukotinama. Sklonost vrućim pukotinama može se smanjiti podešavanjem parametara procesa zavarivanja radi kontrole brzine zagrijavanja i hlađenja. Općenito govoreći, sklonost vrućim pukotinama kod lasersko-lučnog hibridnog zavarivanja bolja je od one kod laserskog zavarivanja žicom za dodavanje, a sklonost vrućim pukotinama kod laserskog zavarivanja žicom za dodavanje bolja je od one kod laserskog autogenog zavarivanja.
3. Podrezivanje i progorijevanje
Aluminijske legure imaju nisku energiju ionizacije, a fotoinducirana plazma sklona je pregrijavanju i širenju tijekom zavarivanja, što rezultira nestabilnim procesima zavarivanja. Osim toga, tekuće aluminijske legure imaju dobru fluidnost i nisku površinsku napetost. Za poboljšanje prodiranja često je potreban veći protok zaštitnog plina i izlazna snaga lasera, što narušava stabilnost procesa zavarivanja, uzrokujući snažno fluktuiranje rastaljene kupke pod tlakom i lako dovodeći do nedostataka poput podrezivanja i progorijevanja. Oblikovanje stražnje strane laserski zavarenih ploča od aluminijske legure može se učinkovito poboljšati ugradnjom vodom hlađene bakrene ploče na stražnju stranu zavara.
4. Uključivanje troske
Druga vrsta defekta koja se često javlja pri zavarivanju karoserije automobila je uključivanje troske zavara. Studije su pokazale da uključivanje troske uglavnom dolazi od oksida na površini zavara i žica za zavarivanje, kao i nestabilnih procesa u lokalizaciji aluminijskih legura. Stoga bi proizvođači aluminijskih legura trebali pojačati tehnološke inovacije i poboljšati procese lijevanja kako bi smanjili sadržaj nečistoća i vodika u sirovinama te povećali stabilnost kvalitete proizvoda.
Vrijeme objave: 05.08.2025.
