알루미늄 합금 레이저 용접: 공정 과제, 매개변수 및 결함 제어

알루미늄 합금은 전기자동차 배터리 트레이, 항공우주 구조물, 전자 하우징, 열 교환기 등 현대 제조 분야 어디에나 사용됩니다. 강도-대-중량 비율은 훌륭하지만 동일한 가벼움으로 인해 레이저로 결합하기가 가장 까다로운 재료 중 하나가 됩니다.

강철과 달리 알루미늄은 실온에서 입사 레이저광의 많은 부분을 반사하고, 열을 빠르게 전도하며, 수소를 가두어 용융-풀 화학을 변경하는 견고한 산화알루미늄-피막을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 알루미늄이 레이저로 "{3}}용접할 수 없게 되는 것은 아닙니다. 이는 단순히 엔지니어가 파장, 빔 품질, 합금 선택, 표면 상태 및 차폐 가스를 단일 결합 시스템으로 처리하도록 강요합니다. 귀하가 이 과정을 처음 접하는 경우, 당사의레이저 용접기의 작동 원리빔-재료 상호 작용이 처음에 용접 풀을 생성하는 방법을 설명합니다. 어떤 금속이 비슷하게 행동하는지 더 폭넓게 보려면 다음을 참조하세요.레이저 용접을 위한 재료 호환성 가이드.

이 가이드는 다공성 및 균열로 가득 찬 외관 비드와 반복 가능한 알루미늄 레이저 용접을 분리하는 실제 결정에 중점을 둡니다.

레이저 소스의 선택은 모든 알루미늄 용접 응용 분야에서 첫 번째 필터입니다. 모든 산업용 레이저가 알루미늄에 잘 결합되는 것은 아닙니다.

CO2 레이저(10.6 µm)용융된 풀은 이 파장에서 반사율이 높고 플라즈마 차폐가 에너지 전달을 방해할 수 있기 때문에 역사적으로 베어 알루미늄에서는 어려움을 겪었습니다. 특수 브레이징 또는 클래드-시트 응용 분야에서는 여전히 틈새 용도로 사용되고 있지만 오늘날에는 알루미늄 심-관입 용접에 우선적으로 선택되는 경우가 거의 없습니다.

Nd:YAG, 파이버, 디스크 및 직접-다이오드 레이저(~1μm)알루미늄 작업 현장을 장악하십시오. 1μm에서 초기 반사율은 많은 가정보다 낮으며, 열쇠 구멍이 형성되면 흡수율이 급격히 증가합니다. 파이버 및 디스크 레이저는 고휘도, 뛰어난 전기 효율성, 유연한 파이버 전달 기능을 추가하므로 자동차 및 배터리 생산에서 고속-알루미늄 접합에 기본으로 사용됩니다.

반도체(다이오드) 레이저브레이징과 같은 열 전도{0}}모드 공정에 주로 선택됩니다. 자동차 열{2}}교환기 또는 배터리{3}}팩 응용 분야에서 다이오드 레이저는 필러 와이어 또는 브레이징 합금을 녹여 다공성을 유발하는 깊은-키홀 역학 없이 낮은-다공성 접합부를 형성할 수 있습니다.

귀하의 생산 라인이 연중무휴 24시간 운영되고 5xxx 또는 6xxx 부품의 속도를 우선시한다면 우리는생산 라인용 파이버 레이저 용접 시스템출력 범위, 빔{0}}전달 옵션 및 자동화 인터페이스를 다룹니다. 마이크로-조인트 또는 열에 민감한-조립품의 경우QCW 준{0}}연속파 용접 플랫폼낮은 평균 열 입력으로 밀리초 피크 펄스를 제공합니다.QCW 레이저 기술 및 최고{0}}전력 역학 가이드피크 전력과 듀티 사이클이 어떻게 상호 작용하는지 살펴봅니다.

합금 선택은 레이저 선택만큼 중요합니다. 5xxx 합금과 7xxx 합금은 동일한 빔 아래에서 완전히 다른 재료처럼 작동할 수 있습니다.

표 값은 레이저 용접에 대한 일반적인 업계 지침입니다. 정확한 거동은 성질, 두께, 접합 디자인 및 필러 전략에 따라 달라집니다.

배터리-모듈 및 부스바 작업의 경우 6xxx 돌출부와 5xxx 시트가 일상적인 재료입니다. 귀하의 설계가 알루미늄을 구리 또는 니켈 단자에 결합하는 경우 당사의알루미늄{0}}대-니켈 배터리 레이저 용접기균열 방지 용접 일정이 중요한{0}}이종 금속 탭 및 부스바 응용 분야용으로 제작되었습니다.-

다공성은 알루미늄 레이저 용접에서 가장 흔한 결함입니다. 기공은 수소와 열쇠 구멍 불안정성의 두 가지 주요 원인에서 비롯됩니다.

수소 다공성산화막에서 시작됩니다. 표면의 Al2O₃는 대기중의 수분, 절삭유, 잔류용제 등을 흡착합니다. 산화물이 용융 풀에서 분해될 때 방출된 수소는 액체 알루미늄에 대한 용해도는 높지만 고체 알루미늄에 대한 용해도는 매우 낮습니다. 급속한 응고 과정에서 이는 비드로 얼어붙는 기포로 빠져나갑니다.

열쇠구멍-으로 인한 다공성열쇠 구멍이 흔들리거나 무너질 때 발생합니다. 붕괴로 인해 보호 가스나 금속 증기가 수영장 내부에 갇힐 수 있습니다. 기포가 표면에 도달하기 전에 풀이 굳으면 기공이 남습니다.

알루미늄 용접을 위한 맞춤형 레이저 펄스 파형

따라서 제어 전략은 세 가지-면을 갖습니다.

1. 깨끗하고 건조한 표면.탈지 및 기계적 또는 화학적 산화물 제거는 용접 후 수정보다 수소원을 더 많이 줄여줍니다.-
2. 안정적인 열쇠구멍.빔 흔들림, 전력 변조 또는 최적화된 용접 속도는 붕괴 빈도를 줄입니다.
3. 적절한 차폐.아르곤은 표준입니다. 헬륨 혼합물은 플라즈마를 억제하고 안정적인-공정 기간을 연장할 수 있습니다.

결함 비교: 불안정한 키홀 및 다공성 알루미늄 용접

스패터, 언더컷 및 불완전한 침투를 포함하는 광범위한 결함 카탈로그를 보려면 다음 가이드를 참조하세요.일반적인 레이저 용접 결함 및 현장 수정.

응고균열이라고도 불리는 열간균열은 수상돌기 사이에 저-융점-막이 남아 있을 때 응고가 끝날 때 나타납니다. 알루미늄에서는 구리 및 아연과 같은 합금 원소가 응고 범위를 넓히고 액막이 더 오래 지속되도록 합니다. 수축 응력으로 인해 부분적으로 응고된 접합부가 분리되면 용접 중심선이나 결정립 경계를 따라 균열이 열립니다.

일반적인 완화 단계는 다음과 같습니다.

• 화학을 바꾸십시오.4043 또는 4047 필러 와이어를 통해 실리콘을 추가하면 동결 범위가 좁아지고 대부분의 6xxx 합금의 응고 균열 저항이 증가합니다.
• 열 입력을 줄입니다.라인 에너지가 낮을수록 흐릿한 영역과 균열을 유발하는 열 변형이 줄어듭니다.
• 구속을 줄이십시오.적절한 고정, 접합 간격 및 용접 순서는 응고되는 비드의 수축 응력을 낮춥니다.
• 호환 가능한 기본 재료를 사용하십시오.가능하다면 융합 용접에 2xxx 및 7xxx 모재를 피하고 대신 5xxx 또는 6xxx를 선택하십시오.

우리의 전용 기사5가지 일반적인 레이저 용접 결함 및 예방균열 논의를 냉간 균열, 언더필 및 기타 일반적인 문제로 확장합니다.

실온에서 순수 알루미늄은 1μm 레이저 빛의 약 90% 이상을 반사합니다. 표면이 녹는 순간 상황이 달라집니다. 흡수율이 급등하고, 증기 모세관이 형성되고, 다중 내부 반사가 열쇠 구멍 내부에 에너지를 가두게 됩니다. 반사-주요 가열에서 열쇠 구멍-주요 가열로의 전환은 알루미늄 레이저 용접의 결정적인 사건입니다.

시작 흡수가 낮기 때문에 프로세스에서 열쇠 구멍을 시작하려면 짧은 고전력-전력-밀도 '펀치'가 필요합니다. 일단 설정되면 용접은 더 낮은 전력 밀도에서 실행될 수 있지만 작동 범위는 여전히 좁습니다. 너무 느리면 열쇠구멍이 불안정해집니다. 너무 빠르면 완전히 관통되기 전에 열쇠 구멍이 무너집니다.

실용적인 레버는 다음과 같습니다.

• 표면 질감 또는 마모초기 흡수율을 높이기 위해
• 전력 램핑 또는 맞춤형 펄스 파형시동 시 폭발적인 기화를 방지하기 위한 것입니다-.
• 빔 진동(워블)열쇠 구멍을 넓히고 간격 연결을 개선합니다.
• 디포커스 관리관절 전체의 에너지 분포를 조정합니다.

레이저 용접과 알루미늄 아크 공정을 비교하는 경우 다음 기사를 참조하세요.알루미늄 합금의 TIG를 대체하는 휴대용 레이저 용접1μm 빔이 실제 6xxx 맞대기 조인트의 이동 속도, 열 입력 및 왜곡에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다. 직선형 엉덩이-관절 매개변수 권장사항의 경우알루미늄의 맞대기-접합 용접 매개변수페이지에는 일반적인 전력, 속도 및 차폐 설정이 나열되어 있습니다.

고품질-알루미늄 레이저 용접은 시스템의 결과입니다. 하나의 약한 단계가 나머지 다섯 단계를 약화시킵니다. 프로세스를 프로덕션으로 출시하기 전에 다음 체크리스트를 사용하세요.

1. 가스 및 하드웨어를 보호합니다.아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합물을 사용하십시오. 노즐 각도, 스탠드-, 층류 적용 범위에 대한 유속을 확인합니다. 난류는 공기를 수영장으로 끌어당깁니다.
2. 표면 준비.오일과 산화물을 제거합니다. 청소된 부품은 습도가 조절되는 곳에 보관하십시오. 재산-은 몇 시간 내에 시작됩니다.
3. 매개변수 세트.합금과 두께에 따라 출력, 초점 위치, 이동 속도의 균형을 맞춥니다. 단순 쿠폰뿐만 아니라 실제 부품에 대한 실험 설계-를-실행합니다.
4. 필러 전략.균열 방지 또는 간격 브리징이 필요한 경우 4047/5356 와이어를 추가하십시오. 필러를 기본 합금 및 사용 환경에 맞추십시오.
5. 고급 기술.침투 일관성이나 간격 허용 오차가 중요한 경우 트윈{0}}스팟, 빔 워블 또는 핫{1}}와이어 피드를 고려하세요.
6. 사후-과정 확인.안전에 중요한 관절에 대해서는 육안 검사와 X-레이 또는 초음파 검사를 사용합니다.- 허용된 매개변수 창을 문서화하고 드리프트 감지를 위해 프로세스 포토다이오드나 플라즈마 모니터링을 사용하세요.-
7. 열{0}}영향을 받는 지역을 검토합니다.6061과 같은{0}}시효 경화 합금은 HAZ에서 강도를 잃을 수 있습니다. 기계적 특성이 경계선에 있는 경우 접합부를 재설계하거나 용접 후 노화 단계를 추가-하세요.

응용 사례 연구를 보려면 다음 페이지를 참조하세요.알루미늄 카메라 하우징 레이저 용접동일한 단계로 벽이 얇은 자동차 부품의 왜곡과 외관 외관을 어떻게 제어하는지 보여줍니다.- 더 높은-볼륨 라인의 경우,자동 연속 파이버 레이저 용접 워크스테이션이러한 제어 기능을 프로덕션-준비 셀에 통합합니다.

알루미늄 합금 레이저 용접은 체계적인 엔지니어링을 보상합니다. 1 µm 파이버 또는 디스크 레이저로 시작하고 가능하면 5xxx 또는 6xxx 기본 금속을 선택하고 표면을 적극적으로 청소하고 전력 변조 또는 빔 진동을 통해 키홀을 안정화합니다. 다공성을 수소-관리 및 열쇠구멍-안정성 문제로 다루고, 고온 균열을 화학-및-제약 문제로 다룹니다. 두 가지를 모두 수행하면 결과적으로 조인트가 알루미늄의 경량 약속과 안정적인 기계적 성능을 발휘합니다.

이동성이 중요한 현장 수리, 프로토타입 또는 소량{0}}작업의 경우1000W 휴대용 파이버 레이저 용접기휴대용 패키지로 동일한 빔 품질을 제공할 수 있습니다. 우리 시스템의 전체 범위를 보려면 다음을 찾아보세요.산업용 레이저 용접 장비또는 공정 평가를 위해 합금, 두께 및 접합 요구사항을 당사 응용팀에 보내십시오.