A gázpórusok okai és ellenőrzési módszerei lézeres hegesztési varratokban

I. Bevezetés

A lézeres hegesztés olyan előnyökkel rendelkezik, mint a nagy energiasűrűség, a kis hőhatású zóna, a jó varratképződés és az alacsony torzulás. Széles körben használják lemezes gyártásban, fogyasztási elektronikában, akkumulátorok gyártásában, orvosi eszközökben és az autóiparban. Azonban a gyakorlati hegesztési alkalmazások során gyakran előfordulnak pórusos hibák a varratok belsejében vagy felületén a anyag, berendezés és folyamat tényezők együttes hatására. Ezek a hibák negatívan befolyásolják a varrat szilárdságát, sűrűségét és megjelenési minőségét. Ezért szükséges elemzést végezni a pórusképződés mechanizmusairól, valamint hatékony irányítási intézkedéseket javasolni a hegesztési stabilitás és termékminőség javítása érdekében.

II. A hegesztési pórusosság fő okai

A hegesztési pórusosságot általában bekerült gáz, oldott gáz kiválása vagy anyag elpárolgása okozza. A főbb okok közé tartoznak:

1. Az anyagok felületi szennyeződése

Ha a hegesztési felületek olajat, nedvességet, rozsdát vagy bevonatokat tartalmaznak, azok magas hőmérsékleten lebomlanak, és gázokat termelnek, amelyek a kovetekbe jutnak. Például:

Olajszennyeződés → szénhidrogén-gázok keletkeznek

Nedvesség → H₂ és O₂ keletkezik

Bevonatok → szerves vagy szervetlen gázokká bomlanak le

Ha a kovet gyorsan megszilárdul, ezek a gázok nem tudnak időben távozni, és pórusok képződnek.

2. A anyagok nagy gáztartalma

Egyes anyagok magasabb szintű hidrogént, oxigént, nitrogént vagy zárványokat tartalmazhatnak, amelyek olvadás közben kiválhatnak és buborékokat képezhetnek. Például:

Az alumíniumötvözetek érzékenyek a hidrogénre

Az acélok érzékenyek az oxigénre

A rézötvözetek érzékenyek a nitrogénre

Ha az olvadt medence ideje nem elegendő, vagy a hűtés túl gyors, a gázok bekerülnek és pórusokat képeznek.

3. Elegendőtlen vagy instabil lézerenergia-bevitel

Ha az energiasűrűség nem elegendő, az olvadt medence sekély lesz, rossz folyékonysággal, így a gázok nehezen tudnak távozni. Az energiaingadozások szintén okozhatnak inkonzisztens lezáródást az olvadt medencénél, ami buborékképződéshez vezethet.

Gyakori megjelenési formák:

Lézerteljesítmény-ingadozások

Fókuszeltérés, amely csökkent teljesítménysűrűséghez vezet

Túl magas hegesztési sebesség, ami hiányos áthatoláshoz vezet

4. Nem megfelelő védőgáz-lefedettség

Elegendőtlen védőgáz vagy helytelen irányból történő védés esetén levegő juthat az olvadt medencébe, és gázreakciók jönnek létre. A túlzott gázáramlás örvénylést vagy levegőbefogást okozhat.

A gyakori problémák közé tartozik:

Túlzott argonáramlás, amely örvényképződést idéz elő

Gázhiány miatt hiányos védés

A fúvóka szennyeződése zavarja az áramlási viszonyokat

5. A kitöltőanyag és az alapfém összeegyeztethetetlensége

Kitöltődróttal történő hegesztésnél, ha a kitöltődrót összetétele, gáztartalma vagy tisztasága nem megfelelő, további gázok vagy beágyazódások juthatnak be.

Példák:

Vizes vagy higroszkópos hegesztődrót

Rossz tárolási körülmények

Insufficient wire cleaning

III. A hegesztési pórustartomány fő veszélyei

A pórustartomány hibái elsősorban a következőképpen befolyásolják a termékminőséget:

Csökkentett hegesztési szilárdság és fáradási élettartam

Csökkent tömítési és akadályozó hatás

Csökkent megjelenési minőség

Csökkent megbízhatóság kritikus alkalmazásokban

Olyan iparágak, mint az akkumulátortokok, orvosi eszközök és gáztömör szerkezetek teljesen elutasíthatják a termékeket a pórusossági hibák miatt.

IV. A hegesztési pórusossági hibák ellenőrzési módszerei

A lézeres hegesztési minőség javítása érdekében az anyagokon, felszereléseken, folyamatokon és környezeti tényezőkön egyaránt optimalizálni kell.

1. Megfelelő felület-előkészítés alkalmazása

A hegesztési felület tisztítása jelentősen csökkenti a pórusok kialakulásának kockázatát. Gyakori módszerek:

Mechanikai tisztítás (csiszolás, kefézés)

Oldószeres tisztítás (alkohol, aceton)

Lézeres tisztítás (tömeggyártásra alkalmas)

Szárítás és páratartalom-csökkentés (különösen alumíniumötvözetek esetén)

A hegesztési zóna és az átfedéses kötések belső érintkezési felületei tartoznak ide.

2. Anyagminőség és tárolási körülmények szabályozása

Az anyag gázfelvételi jellemzői alapján:

Az alumíniumötvözeteket szárazon kell tartani a nedvességfelvétel megelőzése érdekében

A rézalkatrészeket gázzal vagy bevonattal kell védeni az oxidáció ellen

Az acélnak el kell kerülnie a súlyos rozsdásodást és szennyeződéseket

Az ömlesztőhuzalos hegesztés során a huzalnak száraznak és tisztának kell maradnia.

3. Lézerenergia-paraméterek optimalizálása

A gáz eltávozásához megfelelő folyamatillesztés elengedhetetlen. Az optimalizálás irányai:

A növekvő teljesítménysűrűség → javítja az áthatolást és a folyékonyságot

A hegesztési sebesség csökkentése → megnöveli az olvadt medence nyitva tartási idejét

A fókuszpont beállítása → javítja az olvadt medence stabilitását

A lézer kimenet stabilizálása → elkerüli az energiaingadozásokat

Mélyen ható hegesztésnél a negatív defókuszálás javíthatja az áthatolást és az áramlási viselkedést.

4. Védőgáz-rendszerek javítása

A védőgáz-optimálás tartalmazza:

Megfelelő gázok kiválasztása (pl. argon az alumíniumhegesztéshez)

Megfelelő áramlási sebességek szabályozása (a turbulencia elkerülése)

A fúvóka szögének és távolságának optimalizálása

A védelem kiterjesztésének növelése a levegő bekerülésének megelőzése érdekében

Alumínium hegesztése során gyakran használnak kétgázas vagy burkoló védést a pórusosság csökkentésére.

5. Csatlakozás kialakításának és hegesztési konfigurációnak optimalizálása

A csatlakozás kialakítása befolyásolja a gáz eltávozási viselkedését:

Lehetőség szerint előnyben részesíteni kell az illesztő varratokat a fedővarratokkal szemben

Fedővarratok esetén szellőzőutak kialakítása, ha elkerülhetetlenek

Kerülni kell a zárt szerkezeteket, amelyek gázt zárnak be a gyors hűlés során

Megfelelő szerkezeti tervezéssel csökkenthető a feszültség és javítható a gáz eltávozási hatékonysága.

V. Következtetés

A lézeres hegesztési pórusosság egy tipikus hiba, amely a anyagok, folyamatok és környezeti feltételek együttes hatására keletkezik. Kialakulásának mechanizmusa szorosan összefügg több tényezővel. Az anyag tisztaságának javításával, a lézer- és védőgáz-paraméterek optimalizálásával, valamint megfelelő kötési tervezéssel a hegesztési minőség és teljesítmény jelentősen növelhető. Gyártási környezetben az online monitorozás és zárt hurkú minőségirányítási rendszerek integrálása tovább stabilizálhatja a hegesztési minőséget, és elősegítheti a lézeres hegesztési technológia szélesebb körű ipari elterjedését.