Orsakerna och kontrollmetoderna för gaspor i lasersvetsade fogar

I. Introduktion

Laserlötning erbjuder fördelar såsom hög energitäthet, en liten värmepåverkad zon, god svetsformning och låg deformation. Den används omfattande inom plåtbearbetning, konsumentelektronik, batteritillverkning, medicinska instrument och bilindustrin. I praktiska svetsningsapplikationer uppstår dock ofta pordefekter i eller på ytan av svetsfogar på grund av sammantagna effekter av material-, utrustnings- och processfaktorer. Dessa defekter påverkar negativt svetsens hållfasthet, täthet och ytutseende. Därför är det nödvändigt att analysera mekanismerna bakom porbildning och föreslå effektiva åtgärder för att förbättra svetsningsstabilitet och produktkvalitet.

II. Huvudsakliga orsaker till svetsporositet

Porositet i svetsning orsakas vanligtvis av innesluten gas, utfällning av löst gas eller materialavdunstning. De främsta orsakerna inkluderar:

1. Ytbehandling av material

När svetsytor innehåller olja, fukt, rost eller beläggningar, bryts dessa ned vid höga temperaturer och bildar gaser som kommer in i smältan. Till exempel:

Oljeförorening → ger upphov till kolvätegaser

Fukt → ger upphov till H₂ och O₂

Beläggningar → bryts ned till organiska eller oorganiska gaser

Om smältan stelnar snabbt kan inte dessa gaser ta sig ut i tid och bildar porer.

2. Hög gashalt i material

Vissa material innehåller högre halter av väte, syre, kväve eller inneslutningar, vilka kan avgå och bilda bubblor vid smältning. Till exempel:

Aluminiumlegeringar är känsliga för väte

Stål är känsligt för syre

Kopparlegeringar är känsliga för kväve

Om smältbadets tid är otillräcklig eller om kylningen sker för snabbt kommer gaserna att bli instängda och bilda porer.

3. Otillräcklig eller instabil laserenergitillförsel

Om energitätheten är otillräcklig blir smältbadet grunt med dålig fluiditet, vilket gör det svårt för gaser att ta sig ut. Energisvängningar kan också orsaka inkonsekvent tätning av smältbadet, vilket leder till inneslutning av bubblor.

Vanliga tecken inkluderar:

Laserströmssvängningar

Fokusavvikelse som leder till minskad effekttäthet

För hög svetshastighet som orsakar ofullständig penetration

4. Otillräcklig skyddsgas täckning

Otillräckligt skydd eller felaktig riktning av skyddsgas gör att luft kommer in i smältbadet och ger upphov till gasreaktioner. För hög gasflödeshastighet kan orsaka turbulens eller luftinsprutning.

Vanliga problem inkluderar:

För högt argongasflöde som orsakar virvelformning

Gasfelställning som leder till ofullständig skyddning

Munstyckets förorening orsakar störda flödesfält

5. Felmatchning mellan påfyllnadsmaterial och grundmetall

Vid påfyllnadstrågsvetsning kan dålig sammansättning av påfyllnadstråden, gasinnehåll eller renlighet leda till införande av ytterligare gas eller inkapslingar.

Exempel inkluderar:

Fuktig eller hygroskopisk svepstråd

Undermåliga förvaringsförhållanden

Otillräcklig rengöring av tråd

III. Huvudrisker med svetsporositet

Porositetsdefekter påverkar produktkvaliteten främst genom:

Minskad svetsstyrka och utmattningslivslängd

Försvagad täthet och spärrverkan

Försämrad ytans kvalitet

Minskad tillförlitlighet i kritiska tillämpningar

Industrier såsom batterihus, medicinska enheter och gastäta konstruktioner kan helt avvisa produkter på grund av porositetsfel.

IV. Kontrollmetoder för svetsporositetsfel

För att förbättra kvaliteten på lasersvetsning måste optimering utföras inom material, utrustning, processer och miljöer.

1. Genomföra korrekt förbehandling av ytan

Rengöring av svetsytor minskar väsentligt risken för porositet. Vanliga metoder inkluderar:

Mekanisk rengöring (slipning, borstning)

Lösningsmedelsrengöring (alkohol, aceton)

Laserrengöring (lämplig för massproduktion)

Torkning och avfuktning (särskilt för aluminiumlegeringar)

Nyckelområden inkluderar svetszonen och interna kontaktområden i skarvsammanfogningar.

2. Kontrollera materialkvalitet och lagringsförhållanden

Baserat på materials gasabsorptionsegenskaper:

Aluminiumlegeringar bör hållas torra för att förhindra fuktabsorption

Kopparbitar bör skyddas från oxidation med gas eller beläggning

Stål bör undvika kraftig rost och föroreningar

Vid fylltrådssvetsning måste tråden förbli torr och ren.

3. Optimera laserenergiparametrar

Rätt processanpassning är avgörande för avgasning. Optimeringsriktningar inkluderar:

Ökar effekttätheten → förbättrar penetration och flödighet

Minskar svetshastigheten → ökar smältbadets öppentid

Justerar fokalpositionen → förbättrar stabiliteten i smältbadet

Stabiliserar laserutgången → undviker energifluktuationer

Vid djupgenomförande-svetsning kan negativ defokus förbättra penetration och flödesbeteende.

4. Förbättra skyddsgassystem

Optimering av skyddsgas omfattar:

Val av lämpliga gaser (t.ex. argon vid aluminiumsvetsning)

Kontroll av rätt flödeshastigheter (undvik turbulens)

Optimering av munstyckets vinkel och avstånd

Öka skyddstäckningen för att förhindra luftföroreningar

För aluminiumsvetsning används ofta dubbelgas- eller inkapslingsskydd för att minska porositeten.

5. Optimera fogdesign och svetskonfiguration

Fogdesign påverkar gasavgångsbeteende:

Föredra stötfogar framför överlappsfogar när det är möjligt

Se till att överlappsfogar har avluftningsvägar om de inte kan undvikas

Undvik inneslutna strukturer som fångar gas vid snabb kylning

Riktig strukturdesign minskar spänning och förbättrar gasavgångseffektiviteten.

V. Slutsats

Laserporsbildning är ett typiskt fel som uppstår till följd av sammantagna effekter av material, processer och miljöförhållanden. Mekanismen bakom dess bildning är starkt kopplad till flera faktorer. Genom att förbättra materialrenligheten, optimera laser- och skyddsgasparametrar samt använda lämpliga fogdesigner kan svetsutformningens kvalitet och prestanda förbättras avsevärt. I produktionsmiljöer kan integrering av onlinemonitoring och stängda kvalitetskontrollsystem ytterligare stabilisera svetskvaliteten och främja bredare industriell användning av lasersvetsningsteknik.