Årsagerne til og kontrolmetoder for gasporer i lasersvejsede søm

I. Introduktion

Laser svejsning tilbyder fordele som høj energitæthed, en lille varmepåvirket zone, god svejsningsdannelse og lav deformation. Den anvendes bredt inden for pladearbejde, forbrugerelektronik, batteriproduktion, medicinske udstyr og bilindustrien. I praksis opstår porer dog ofte i eller på overfladen af svejsninger på grund af kombinerede effekter af materiale, udstyr og procesfaktorer. Disse defekter påvirker negativt svejsningens styrke, densitet og overfladekvalitet. Derfor er det nødvendigt at analysere mekanismerne bag poredannelse og foreslå effektive kontrolforanstaltninger for at forbedre svejsestabiliteten og produktkvaliteten.

II. Vigtigste årsager til svejseporer

Svejseporer skyldes typisk indesluttet gas, udfældning af opløst gas eller materialfordampning. De vigtigste årsager inkluderer:

1. Overfladeforurening af materialer

Når svejsede overflader indeholder olie, fugt, rust eller belægninger, nedbrydes disse under høje temperaturer og danner gasser, som trænger ind i smeltebadet. For eksempel:

Olieforurening → danner kolvandingsgasser

Fugt → danner H₂ og O₂

Belægninger → nedbrydes til organiske eller uorganiske gasser

Hvis smeltebadet størkner hurtigt, kan disse gasser ikke undslippe tidsnok og danner porer.

2. Højt gashold i materialer

Visse materialer indeholder højere mængder brint, ilt, kvælstof eller inneslutninger, som kan udfældes og danne bobler under smeltning. For eksempel:

Aluminiumslegeringer er følsomme over for brint

Stål er følsomt over for ilt

Kobberlegeringer er følsomme over for kvælstof

Hvis smeltebadets tid er utilstrækkelig eller afkøling for hurtig, forbliver gasserne fanget og danner porer.

3. Utilstrækkelig eller ustabilt laserenergitilførsel

Hvis energitætheden er utilstrækkelig, bliver smeltebadet lavt med dårlig fluiditet, hvilket gør det svært for gasser at undslippe. Energisvingninger kan også medføre inkonsistent lukning af smeltebadet, hvilket fører til bobleindeslutning.

Almindelige manifestationer inkluderer:

Laser-effektsvingninger

Fokalafvigelse, der fører til nedsat effekttæthed

For høj svejsehastighed, der forårsager ufuldstændig gennemtrængning

4. Ukorrekt dækning med beskyttelsesgas

Utilstrækkelig beskyttelse eller forkert strømningsretning tillader luftindtrængning i smeltebadet og derved dannelse af gasreaktioner. For høj gasstrøm kan forårsage turbulent strømning eller luftindeslutning.

Almindelige problemer inkluderer:

For høj argonstrøm, der forårsager virvelformation

Gaslejlighed, der fører til ufuldstændig afskærmning

Dysseforurening, der forårsager forstyrrede strømningsfelter

5. Uoverensstemmelse mellem tilførselsmateriale og grundmateriale

Ved tilførselstrådssvejsning kan dårlig sammensætning af tilførselstråden, indhold af gas eller utilstrækkelig renhed føre til indførelse af ekstra gas eller inneslutninger.

Eksempler inkluderer:

Fugtig eller fugttogende svejsetråd

Dårlige opbevaringsforhold

Utilstrækkelig rengøring af tråd

III. Hovedfaren ved svejseporer

Porøsitet i svejsning påvirker produktkvaliteten primært gennem:

Nedsat svejsestyrke og udmattelseslevetid

Nedsat tætnings- og barrierefunktion

Nedsat kvalitet af udseende

Nedsat pålidelighed i kritiske anvendelser

Brancher såsom batterienclosures, medicinske udstyr og gasspærringskonstruktioner kan afvise produkter helt på grund af porøsitetsskader.

IV. Kontrolmetoder for svejseporøsitetsskader

For at forbedre kvaliteten af lasersvejsning skal optimering foretages inden for materialer, udstyr, processer og miljøforhold.

1. Implementer korrekt overfladeforbehandling

Rengøring af svejseoverfladen reducerer markant risikoen for porøsitet. Almindelige metoder inkluderer:

Mekanisk rengøring (slidning, børstning)

Opløsningsmiddelrengøring (alkohol, aceton)

Laserrengøring (egnet til masseproduktion)

Tørring og dehumidificering (især til aluminiumslegeringer)

Nøgleområder omfatter svejsezonen og interne kontaktområder i overlægningsforbindelser.

2. Kontroller materialekvalitet og opbevaringsbetingelser

Basert på materialers gassorptionskarakteristikker:

Aluminiumslegeringer skal holdes tørre for at forhindre fugtoptagelse

Kobberdele skal beskyttes mod oxidation med gas eller belægning

Stål bør undgå alvorlig rust og forureninger

Ved tilstikningssvejsning skal tilstikningswiren forblive tør og ren.

3. Optimer laserenergi-parametre

Rigtig procesafstemning er afgørende for gasudslip. Optimeringsretninger inkluderer:

Øget effekttæthed → forbedrer gennemtrængning og flydningsevne

Formindskelse af svejsehastighed → øger smeltebadets åbningstid

Justering af fokalposition → forbedrer stabiliteten af smeltebadet

Stabilisering af laserudgang → undgår energifluktuationer

Ved dybdegående svejsning kan negativ defokusering forbedre gennemtrængning og strømningsadfærd.

4. Forbedr skærgassystemer

Optimering af skærgas omfatter:

Valg af passende gasser (f.eks. argon til svejsning af aluminium)

Kontrol af korrekte flowhastigheder (undgå turbulens)

Optimering af dyskevinkel og afstand til emnet

Øger beskyttelsesdækningen for at forhindre luftindtrængning

Ved svejsning af aluminium anvendes ofte dobbeltgas- eller indkapslingsbeskyttelse for at reducere porøsitet.

5. Optimer samledesign og svejsekonfiguration

Samledesign påvirker gassers udslupningsadfærd:

Foretræk stødsamlinger frem for overlappende samlinger, når det er muligt

Sikr udluftningsveje for overlappende samlinger, hvis de ikke kan undgås

Undgå lukkede konstruktioner, der indesperrer gas ved hurtig afkøling

Korrekt strukturelt design reducerer spænding og forbedrer gassers udslupningseffektivitet.

V. Konklusion

Laser svejseporøsitet er en typisk defekt, der opstår som følge af de kombinerede virkninger af materialer, processer og miljøforhold. Dannelsesmekanismen er stærkt koblet til flere faktorer. Ved at forbedre materialets renhed, optimere laser- og beskyttelsesgassens parametre samt anvende passende samlede designs kan kvaliteten og ydelsen af svejsningen markant forbedres. I produktionsmiljøer kan integration af online-overvågning og lukkede kvalitetsstyringssystemer yderligere stabilisere svejsekvaliteten og understøtte en bredere industrial anvendelse af lasersvejseteknologi.