Defectos comúns enSoldadura láser de aliaxe de aluminio
Tanto se se trata de soldadura autóxena por láser como desoldadura híbrida por arco láserúsase para aliaxes de aluminio, existen algúns problemas técnicos comúns, é dicir, poden producirse defectos se os parámetros do proceso e as condicións de soldadura son metalúrxicosimpropio. O/AOs defectos nas unións de aliaxes de aluminio inclúen principalmente dous tipos: porosidade da soldadura e gretas en quente de soldadura. Ademais da porosidade e as gretas en quente, tamén existen defectos como o socavado e a mala formación da parte traseira na soldadura por láser de aliaxes de aluminio. En comparación coa porosidade da soldadura, a probabilidade de gretas de soldadura (visibles a simple vista ou con pouca ampliación) non é alta. Non obstante, debido a que as gretas son máis perigosas, a norma JIS Z 3105 estipula que unha vez que se detecta unha greta nunha soldadura, esta debe ser xulgada como de Clase IV. O socavado, a mala formación da parte traseira e outros defectos son na súa maioría defectos graves causados por un control de velocidade inadecuado ou por parámetros de proceso incompatibles. Estes defectos xeralmente aparecen na fase de exploración e depuración do proceso e raramente ocorren nas operacións de produción reais normais. Polo tanto, a porosidade é un tipo de defecto máis prexudicial na soldadura por láser de aliaxes de aluminio e no servizo de estruturas soldadas, e é difícil de eliminar fundamentalmente.
1. Porosidade
A porosidade é o defecto de volume máis común e importante ensoldadura láser de aliaxes de aluminio, con tamaños que van dende centos de micras ata varios milímetros. O seu mecanismo de formación aínda non está totalmente claro. A porosidade non só debilita a sección de traballo efectiva da soldadura, senón que tamén provoca concentración de tensións, o que reduce a resistencia dinámica e o rendemento á fatiga da unión soldada.
Cando a aliaxe de aluminio se funde nun ambiente que contén hidróxeno, o seu contido interno de hidróxeno pode chegar a máis de 0,69 ml/100 g, pero despois de que a aliaxe solidifique, a súa solubilidade de hidróxeno en equilibrio é como máximo de 0,036 ml/100 g. Crese xeralmente que durante o proceso de arrefriamento da soldadura por láser, a solubilidade do hidróxeno diminúe bruscamente e a precipitación de hidróxeno sobresaturado formará porosidade do hidróxeno. A evaporación de elementos de aliaxe de baixo punto de fusión e alta presión de vapor tamén pode levar á porosidade, o que se denomina porosidade metalúrxica. Ademais, a perturbación do raio láser e a inestabilidade do burato da fechadura tamén poden formar porosidade, pero tal porosidade ten unha forma irregular e pódese denominar porosidade inducida polo proceso. Debido á alta actividade química das aliaxes de aluminio, fórmase facilmente unha película de óxido na superficie. Durante a soldadura, a auga cristalina e a auga combinada que se descompón da película de óxido na superficie da aliaxe de aluminio, xunto coa humidade do aire e o gas protector, descomponse directamente para producir hidróxeno na zona de alta temperatura baixo a acción do láser. Estes gases de hidróxeno poden precipitar durante o arrefriamento e a solidificación da masa fundida para formar burbullas ou xerar directamente burbullas na película de óxido incompletamente fundida. Debido á baixa gravidade específica das aliaxes de aluminio, a velocidade de aumento das burbullas na masa fundida é lenta. Ademais, as aliaxes de aluminio teñen unha forte condutividade térmica e a velocidade de arrefriamento e solidificación da masa fundida é extremadamente rápida. Algunhas burbullas non poden escapar a tempo e permanecen na soldadura, formando así porosidade metalúrxica. Os estudos demostraron que o gas principal na porosidade das soldaduras de aliaxe de aluminio é o hidróxeno, polo que a porosidade nas soldaduras de aliaxe de aluminio ás veces chámase porosidade de hidróxeno. Ao observar a fractura da porosidade baixo un microscopio electrónico de varrido, a porosidade presenta principalmente unha morfoloxía esférica con extremos dendríticos de cristais dendríticos moi dispostos, e a parede interior é lisa, limpa e libre de trazas de oxidación. A existencia de porosidade non só reduce a compacidade da soldadura e a capacidade de soporte da unión, senón que tamén reduce a resistencia e a plasticidade da unión en diversos graos.
2. Fendas quentes
As fendas quentes (incluíndo fendas de solidificación e fendas de licuación) fórmanse durante o proceso de solidificación do metal fundido e son un dos tipos de defectos máis comúns na soldadura por láser de aliaxes de aluminio. A característica máis obvia da morfoloxía de fractura das fendas de solidificación é que a superficie de fractura está composta por unha gran área de adoquín granular liso pero irregular ou estruturas semellantes a patacas, e a superficie a miúdo conserva eutécticas intergranulares de baixo punto de fusión ou pregamentos de película líquida, así como rastros de fractura fráxil de dendritas. A morfoloxía de fractura das fendas de licuación é similar á das fendas de solidificación, pero ten as características da fractura intergranular a alta temperatura ou da fractura de solidificación. Na fractura de fatiga das unións soldadas por fusión baixo carga de fatiga, as fontes de fendas de fatiga causadas por tales fendas quentes tamén son comúns. As causas das fendas quentes na soldadura por láser de aliaxes de aluminio están relacionadas principalmente coas súas propias características e procesos de soldadura. As aliaxes de aluminio teñen unha gran taxa de contracción durante a solidificación (ata o 5%), o que resulta nunha gran tensión e deformación de soldadura; Ademais, fórmanse estruturas eutécticas de baixo punto de fusión ao longo dos límites de gran durante a solidificación do metal de soldadura, o que debilita a forza de unión dos límites de gran, formando así gretas quentes baixo a acción da tensión de tracción. Ademais, as morfoloxías de gretas na soldadura por láser de aliaxes de aluminio pódense resumir nas seguintes categorías: gretas no centro da soldadura; gretas na liña de fusión da soldadura; gretas intergranulares en soldaduras; gretas de licuación na zona afectada pola calor; gretas causadas por películas de óxido; e microgretas intergranulares.
Ademais, unha protección deficiente durante a soldadura fai que o metal de soldadura reaccione cos gases do aire, e as inclusións formadas tamén son posibles fontes de fisuras. O tipo e a cantidade de elementos de aliaxe teñen unha gran influencia na tendencia á fisura en quente durante a soldadura de aliaxes de aluminio. En xeral, as aliaxes de aluminio das series Al-Si e Al-Mn teñen boa soldabilidade e non son fáciles de producir fisuras en quente; mentres que as aliaxes de aluminio das series Al-Mg, Al-Cu e Al-Zn teñen tendencias á fisura en quente relativamente altas. A tendencia á fisura en quente pódese reducir axustando os parámetros do proceso de soldadura para controlar as velocidades de quecemento e arrefriamento. En xeral, a tendencia á fisura en quente da soldadura híbrida con arco láser é mellor que a da soldadura con fío de recheo láser, e a tendencia á fisura en quente da soldadura con fío de recheo láser é mellor que a da soldadura autóxena láser.
3. Socavado e queimado
As aliaxes de aluminio teñen baixa enerxía de ionización e o plasma fotoinducido é propenso ao sobrequecemento e á expansión durante a soldadura, o que resulta en procesos de soldadura inestables. Ademais, as aliaxes de aluminio líquido teñen boa fluidez e baixa tensión superficial. Para mellorar a penetración, adoita requirirse un maior caudal de gas protector e unha maior potencia de saída do láser, o que deteriora a estabilidade do proceso de soldadura, facendo que o baño fundido flutúe violentamente baixo presión e leve facilmente a defectos como socavado e queimado. A conformabilidade da parte traseira das placas de aliaxe de aluminio soldadas por láser pódese mellorar eficazmente instalando unha placa de cobre arrefriada por auga na parte traseira da soldadura.
4. Inclusión de escoria
Outro tipo de defecto que ocorre a miúdo na soldadura da carrozaría dos automóbiles é a inclusión de escoria de soldadura. Os estudos demostraron que a inclusión de escoria provén principalmente de óxidos na superficie das soldaduras e dos fíos de soldadura, así como de procesos inestables na localización dos materiais de aliaxe de aluminio. Polo tanto, os fabricantes de materiais de aliaxe de aluminio deberían fortalecer a innovación tecnolóxica e mellorar os procesos de fundición para minimizar o contido de impurezas e hidróxeno nas materias primas e mellorar a estabilidade da calidade dos produtos.
Data de publicación: 05-08-2025
