נכון לעכשיו, עם העלייה במורכבות של צינור הרכב, יותר ויותר נקודות ריתוך, מביאות בהכרח הרבה בעיות ריתוך להבה, כמובן שלכל שיטת ריתוך יש יתרונות וחסרונות משלה. מאמר זה לניתוח היתכנות של צינור מיזוג אוויר ריתוך בלייזר.
איך לפתור את הבעיה של ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום
כיום, ריתוך לייזר נמצא בשימוש נרחב בתעשיית העיבוד שבבי. בנוסף, לטכנולוגיית הלייזר יש גם מאפיינים של קלט חום ריתוך קטן, השפעה על אזור חום ריתוך קטן, לא קל לעיוות וכו'. לכן, היא זכתה לתשומת לב מיוחדת בתחום ריתוך סגסוגת אלומיניום.
מצד שני, בשל מאפייני העיבוד של סגסוגת אלומיניום, ישנם כמה קשיי ריתוך בריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום. איך פותרים את הבעיות הללו?
בעיה 1: לסגסוגת אלומיניום יש קצב ספיגה נמוך של לייזר.
בעיה זו נובעת בעיקר מחומר סגסוגת האלומיניום. בשל ההשתקפות הראשונית הגבוהה והמוליכות התרמית הגבוהה של סגסוגת האלומיניום לקרן הלייזר, לסגסוגת האלומיניום יש בליעה נמוכה של קרן הלייזר לפני ההמסה. לסגסוגות אלומיניום יש אפקט השתקפות חזק על אור הלייזר בשל הצפיפות הגבוהה של אלקטרונים חופשיים בתוך סגסוגת האלומיניום במצב מוצק, אשר נוטה לקיים אינטראקציה עם הפוטונים בקרן ולהחזיר את האנרגיה משם. מחקרים הראו שהרפלקטיביות של סגסוגות אלומיניום היא עד 90% עבור לייזר CO2 גזי וקרוב ל-80% עבור לייזרים מוצקים. יחד עם זאת, לסגסוגות אלומיניום יש מוליכות תרמית חזקה, וכתוצאה מכך קליטה נמוכה של אור לייזר על ידי סגסוגות אלומיניום. לכן, יש לנקוט באמצעים מתאימים לשיפור קליטת אור הלייזר על ידי סגסוגות אלומיניום.
לבעיה זו, הפתרון כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:.
1. טיפול מקדים משטח של חומרי סגסוגת אלומיניום. לסגסוגת אלומיניום יש תגובת לייזר גבוהה. טיפול מקדים מתאים של משטח סגסוגת אלומיניום, כגון חמצון אנודי, ליטוש אלקטרוליטי, התזת חול, התזת חול וכו' יכול לשפר משמעותית את ספיגת אנרגיית הקרינה על פני השטח. מחקרים הראו כי נטיית ההתגבשות של סגסוגת אלומיניום לאחר הסרת סרט התחמוצת גבוהה מזו של סגסוגת האלומיניום המקורית. על מנת לא להרוס את גימור פני השטח של סגסוגת האלומיניום, לפשט את תהליך ריתוך הלייזר, ניתן להשתמש בתהליך הריתוך כדי להעלות את טמפרטורת פני השטח של חומר העבודה כדי לשפר את ספיגת החומר של הלייזר.
2. הקטנת גודל הנקודה והגדלת צפיפות הספק של הלייזר. על ידי הגדלת צפיפות כוח הלייזר כדי לשפר את הספיגה של סגסוגת אלומיניום ללייזר. צפיפות כוח מוגברת של הלייזר תגרום לבריכת הריתוך המותכת לייצר אפקט של חור קטן, שיכול לשפר מאוד את החומר לקצב ספיגת הלייזר.
3. שנה את מבנה הריתוך, כך שקרן הלייזר תשתקף פעמים רבות ברווח כדי להקל על ריתוך הלייזר של סגסוגת אלומיניום. צורת המפרק תשפיע על ספיגת הלייזר. V-bevel ושיפוע מרובע תורמים יותר להיווצרות חור מפתח מאשר מפרקים ללא שיפוע, כך שצפיפות הספק הלייזר גדלה, וספיגת הלייזר של סגסוגת האלומיניום עולה.
בעיה 2: קל לייצר נקבוביות וסדקים תרמיים, תהליך ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום נוטה לנקבוביות ולסדקים תרמיים.
נקבוביות היא הסוג השכיח והחשוב ביותר של פגמים בריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום. ניתן לחלק את סוגי הנקבוביות ל-2 קטגוריות.
מחלקה נובעת מריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום בתהליך הקירור של מסיסות מימן יורדת בחדות, תכולת מימן מסגסוגת אלומיניום במצב מותך עד {{0}}.69mL/100g, התמצקות בקירור של תכולת מימן מסגסוגת אלומיניום של 0.036 מ"ל/100 גרם, משקעי מימן רווי יתר ויצירת נקבוביות מימן. בנוסף, יש שכבה של סרט תחמוצת על פני סגסוגת האלומיניום, והמים הגבישיים על פני סגסוגת האלומיניום, האוויר והלחות בגז המגן מתפרקים ישירות למימן במהלך הריתוך. נקבוביות מימן אלה בתהליך הקירור המהיר של ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום כדי לברוח, ולהישאר בתוך הריתוך כדי ליצור נקבוביות מימן.
קטגוריה נוספת נובעת מתהליך ריתוך הלייזר שנוצר כתוצאה מחוסר היציבות והקריסה של חור המנעול, המתכת הנוזלית מאוחרת מדי למלא את החורים שנוצרו. נקבוביות יתר תפחית את צפיפות הריתוך, תפחית את יכולת נשיאת העומס של המפרק ותגרום לחוזק ולפלסטיות של המפרק דרגות הפחתה שונות.
צמצמו את ריתוך הלייזר מסגסוגת האלומיניום בפגמי הנקבוביות במספר אמצעים, כגון שינוי מסלול ההליכה של קרן הלייזר, שימוש בתנודת קרן לבריכה המותכת לצורך ערבוב, הגדלת האפשרות לבריחה של נקבוביות מהמשטח, שימוש ב ניתן להשיג חוט מילוי או אבקת סגסוגת מילוי, כמו גם שימוש בטכנולוגיית נקודה כפולה וריתוך מרוכב בלייזר ואמצעים אחרים להפחתת השפעת הנקבוביות, אך קשה להיפטר מהשורש. המוליכות התרמית של האלומיניום טובה יחסית, בהתאם לחומר של סגסוגת אלומיניום, עובי ומצב פני השטח בתהליך הריתוך להתאמת צורת הגל של כוח הלייזר. כפי שמוצג באיור לפני קצה צורת הגל לריתוך, ניתן להשתמש גם לפני החימום המוקדם לאחר צורת הגל בידוד לריתוך, כדי להפחית את נקודת הנשיפה והנקבוביות משחק תפקיד מסוים. זה יכול להפחית את הקריסה הלא יציבה של הנקבוביות, לשנות את זווית הקרינה של קרן הלייזר ולהחיל שדה מגנטי בריתוך, אך גם לשלוט ביעילות על הנקבוביות המיוצרות בתהליך הריתוך.
הסיבה לפיצוח תרמי בריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום קשורה בעיקר למאפיינים ולתהליך הריתוך שלו. התכווצות התמצקות של סגסוגת אלומיניום (עד 5%), מתח ועיוות ריתוך, ומתכת הריתוך בהתגבשות לאורך גבולות התבואה יפיקו ארגון אוטקטי נמוך בנקודת התכה, כך שגבולות הגרגרים של כוח החיבור נחלשו במתח המתיחה תחת הפעולה של היווצרות סדקים חמים.
אימוץ שיטת המילוי של חוט או אבקת סגסוגת יכול להפחית את הנטייה של פיצוח חם, ושליטה במהירות החימום והקירור על ידי התאמת פרמטרי תהליך הריתוך יכולה גם להפחית את הנטייה של פיצוח חם. בעת שימוש בלייזר YAG, ניתן לשלוט בכניסת החום על ידי התאמת צורת הגל הדופק כדי למזער את פיצוח הגביש.
בעיה 3: ירידה בתכונות המכניות של חוליות מרותכות - ריכוך
אובדן שריפה של רכיבי סגסוגת במהלך תהליך הריתוך מפחית את התכונות המכניות של חוליות מרותכות מסגסוגת אלומיניום.
"ריכוך" היא תופעה של מופחתת חוזק וקשיות של מפרקים מרותכים. כאשר משתמשים במפרקים מסגסוגת אלומיניום בריתוך בלייזר, לרקמת הריתוך ולאזור המושפע מחום של המפרקים המרותכים יש אותה בעיית ריכוך. מספר רב של מחקרים הראו שקשה לבטל את תופעת הריכוך של ריתוך סגסוגת אלומיניום באופן יסודי, אך בהשוואה לריתוך מוגן גז, ריתוך לייזר עקב כניסת חום מופחתת, כך שאזור ריכוך הריתוך צר יותר. ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום ריתוך מוגן אלקטרודות התכה בהשוואה למפרקים מרותכים בלייזר, דרגת "ריכוך" נמוכה יותר, וחוזק המתיחה עם העלייה במהירות הריתוך והעלייה. פלזמה על תהליך הריתוך של השפעת אנרגיית היינון של אלמנט האלומיניום היא נמוכה, ריתוך לייזר נוטה יותר ליצור פלזמה מתכתית, פלזמה הנגרמת על ידי שבירה לייזר, סטייה, ובכך לשנות את נקודת המוקד של מיקום קרן הלייזר, כך שיחס עומק הריתוך מופחת, מה שמשפיע על איכות המפרקים המרותכים. אמצו את השיטה של אבקה ממוקמת מראש על פני השטח של חומר העבודה כדי להחליש את התפשטות הפלזמה בכיוון הגובה של הקפיצה, כך שהפלזמה על פני חומר העבודה תוכל לשמור על היציבות היחסית של משרעת הקפיצה.
נקבוביות לא יציבות בתהליך ריתוך סגסוגת אלומיניום מובילות לירידה בתכונות המכניות של המפרק המרותך. סגסוגת אלומיניום כוללת בעיקר Zn, Mg ו-Al. בתהליך הריתוך, נקודת הרתיחה של האלומיניום גבוהה יותר משני היסודות האחרים. לכן, ניתן להוסיף כמה אלמנטים סגסוגת עם נקודות רתיחה נמוכות בעת ריתוך אלמנטים מסגסוגת אלומיניום, דבר המסייע להיווצרות חורים קטנים וליציבות הריתוך.
שני טכנולוגיית ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום
1 ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום להמסה עצמית
ריתוך עצמי בלייזר מתייחס לקרן הלייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה כמקור חום, השפעה על פני השטח של חומר הבסיס, כך שחומר הבסיס עצמו נמס, היווצרות של שיטת ריתוך מפרקים מרותכים. עבור ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום, משטח סגסוגת אלומיניום של רפלקטיביות הלייזר גבוהה, ריתוך דורש כוח לייזר גדול יותר; קוטר נקודת הלייזר קטן, דרישות הדיוק של כלי הריתוך גבוהות, ערך הסובלנות של מרווח החלקים נמוך, בדרך כלל דורש ערך מרווח החלקים של 0.2 מ"מ הבא; תהליך הריתוך של מהירות החימום והקירור, ריתוך פגמי הנקבוביות, ריכוז צפיפות אנרגיית הלייזר, אפקט חור המנעול קל להוביל לרתך קעור ותופעת קצוות נשיכה, לכן, עבור תהליך הריתוך, הלייזר קרן היא מקור חום קרן לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה. התופעה של קצה נושך, לכן, לפרמטרים של תהליך הריתוך יש דרישות גבוהות. ריתוך עצמי בלייזר בריתוך סגסוגת אלומיניום משקף את היתרונות של איכות ריתוך טובה, מהירות ריתוך מהירה ואוטומציה קלה, ונמצא בשימוש נרחב בתעשיית הרכב. בתעשיית הרכב החשמלי, האיטום של מעטפת סוללת החשמל משמש בעיקר בריתוך עצמי של סגסוגת אלומיניום. מפעלי רכב אנרגיה חדש בגוף האלומיניום, במכלול הדלת ובצד המרכיבים המבניים של הריתוך משמש גם בריתוך היתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום.
2 ריתוך תיל מילוי לייזר מסגסוגת אלומיניום
ריתוך תיל מילוי לייזר בלייזר הוא עדיין כמקור החום העיקרי להמסת המתכת המרותכת, אך השימוש במכשיר האכלה אוטומטי של חוטים לבריכה המותכת מוזן ברציפות למתכת המילוי כדי להשיג את תהליך החיבור המתכתי. בהשוואה לריתוך הנמס העצמי בלייזר, ריתוך תיל מילוי בלייזר מרגיע את הדרישות של דיוק הפערים בתהליך הריתוך, על ידי מילוי החוט בהרכבים שונים, כדי לשפר את המאפיינים המתכתיים של הריתוך, כדי למנוע יצירת סדקים תרמיים ונקבוביות ריתוך. , וכדי לשפר את יציבות תהליך הריתוך ואת התכונות המכניות של המפרקים.
לריתוך תיל מילוי לייזר מסגסוגת אלומיניום יש את המאפיינים של איכות מראה טובה, דיוק פער התהליך רופף יותר מאשר ריתוך בלייזר נמס עצמי וכו'. הוא מיושם בדרך כלל במשטח המראה של הגוף, כגון בין הכיסוי העליון למארז הצדדי , ובין הלוח העליון והתחתון של הלוח החיצוני של כיסוי תא המטען. ישנם גם כמה דגמים על מנת לקבל איכות ריתוך גבוהה יותר ושימוש בריתוך תיל מילוי בלייזר לריתוך דלתות מסגסוגת אלומיניום.
3 לייזר מסגסוגת אלומיניום - ריתוך קשת מורכב
לייזר - ריתוך מרוכב קשת הוא הלייזר והקשת 2 סוגים של תכונות פיזיקליות, מנגנון העברת האנרגיה שונה מאוד מחומר החיבור של מקור החום ביחד, וביחד בתפקיד חומר העבודה המרותך, לא רק נותנים משחק מלא ל-2 סוגי החום מקור היתרונות שלהם, אבל גם לפצות על החסרונות של זה. בלייזר סגסוגת אלומיניום - ריתוך מרוכב קשת, הקשת יכולה להנחות את מקור חום הלייזר, לשפר את סגסוגת האלומיניום על יכולת ספיגת הלייזר וניצול אנרגיית תהליך הריתוך, ועיצוב פני השטח לריתוך מאשר ריתוך בלייזר בהמסה עצמית. בנוסף, הכנסת הקשת יכולה להפחית מאוד את דיוק ההרכבה של חומר העבודה המרותך, בעוד שלקשת יש אפקט דילול על פלזמת ריתוך הלייזר, מה שיכול להפחית את השפעת המיגון של הפלזמה על הלייזר. ללייזר תפקיד חשוב בייצוב הקשת, כך שניתן לייצב את הקשת בריתוך מהיר על המפרק, מה שיכול לשפר את איכות הריתוך של המפרק ולהגביר את מהירות הריתוך.
סיכום
צפיפות אנרגית קרן ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום עד 109W/cm2, במקביל יש את היתרונות של חימום מרוכז, נזק תרמי, יחס עומק ורוחב ריתוך, עיוות ריתוך וכו', תהליך הריתוך קל לשילוב, אוטומציה, גמישות , ניתן להשיג ריתוך במהירות גבוהה ובדיוק גבוה, ותהליך הריתוך אינו דורש סביבת ואקום, אינו מייצר רנטגן, מתאים במיוחד לריתוך דיוק גבוה של מבנים מורכבים. התכונה האטרקטיבית ביותר של ריתוך לייזר אלומיניום היא היעילות הגבוהה שלו, וכדי לתת משחק מלא ליעילות גבוהה זו, יש צורך ליישם אותה בעובי הגדול של ריתוך ההיתוך העמוק. לכן, מחקר ויישום של לייזר בעל הספק גבוה עבור ריתוך היתוך עמוק בעובי גדול יהיו המגמה הבלתי נמנעת של פיתוח עתידי. ריתוך היתוך עמוק בעובי גדול מדגיש את תופעת החורים ואת השפעתה על נקבוביות הריתוך, כך שמנגנון היווצרות והשליטה של חרירים הופכים פופולריים יותר ויותר ויהפכו לנושא חם של דאגה ומחקר כללי בתעשייה.
שיפור היציבות של תהליך ריתוך הלייזר, היווצרות הריתוך ואיכות הריתוך הם היעדים הנישאים. לכן, טכנולוגיות חדשות כגון תהליך מרוכב קשת לייזר, ריתוך לייזר חוטי מילוי, ריתוך לייזר אבקה לא מוגדר מראש, טכנולוגיית דו-מיקוד, עיצוב קרן וכו' ישופרו ופותחו עוד יותר.
