자동차의 전통적인 강철을 대체하기 위해 알루미늄 합금을 사용하는 것은 자동차의 경량화를 실현하는 중요한 방법 중 하나입니다. 그러나 열전도율이 좋고 선팽창계수가 큰 알루미늄 합금의 특성으로 인해 용접에는 몇 가지 문제가 있습니다.
1) 알루미늄 합금 용접 조인트가 심각하게 연화되고 강도 계수가 낮습니다.
2) 알루미늄 합금은 쉽게 산화되어 내화성 산화막(Al2O3, 융점 2060도)을 생성하므로 고출력 밀도 용접 공정을 사용해야 합니다.
3) 모공 생성이 용이하다.
4) 선팽창 계수가 크고 용접 변형 및 용접 균열이 발생하기 쉽습니다.
5) 열전도율, 비열용량이 크고 입열량이 용접강에 비해 2~4배 크다.
따라서 고성능 알루미늄 합금 용접 조인트를 얻기 위해서는 높은 에너지 밀도, 낮은 용접 열 입력 및 높은 용접 속도가 필요하며 그 중 레이저 용접은 가장 유망한 알루미늄 합금 용접 기술 중 하나입니다.
알루미늄 합금의 레이저 용접성 및 최적화 대책
레이저 용접은 고에너지 밀도의 레이저 빔을 열원으로 사용하는 효율적이고 정밀한 용접 방법으로 알루미늄 합금 용접에 적용할 경우 속도가 빠르고 관통력이 크며 변형이 적고 가공 유연성이 좋으며 자동화가 용이한 특성을 가지고 있습니다. 항공 우주, 자동차 제조, 경공업 전자 및 기타 분야에서 널리 사용되었지만 알루미늄 합금 레이저 용접에도 사용됩니다. 또한 몇 가지 문제와 어려움이 있습니다.
1.1 알루미늄 합금은 레이저 흡수율이 매우 낮습니다.
알루미늄 합금은 레이저에 강한 반사 효과를 가지고 있는데, 이는 알루미늄 합금의 고체 상태에서 자유 전자의 밀도가 높기 때문에 빔의 광자와 에너지를 반사하기 쉽기 때문입니다. 연구에 따르면 가스 CO2 레이저에 대한 알루미늄 합금의 반사율은 90%에 달하고 고체 레이저의 반사율은 80%에 가깝습니다. 동시에, 알루미늄 합금은 열 전도성이 강하여 알루미늄 합금 레이저의 흡수율이 매우 낮습니다. 따라서 알루미늄 합금의 레이저 흡수율을 향상시키기 위해서는 적절한 조치를 취해야 합니다.
최적화 조치:
1) 레이저 출력 밀도를 높여 알루미늄 합금 레이저의 흡수를 향상시킵니다. 레이저 출력 밀도가 증가하면 용접 풀에 작은 구멍 효과가 발생하여 레이저에 대한 재료의 흡수율이 크게 향상될 수 있습니다.
2) 적절한 표면 전처리 공정을 채택하십시오. 알루미늄 합금의 레이저 흡수율을 비교하기 위해 전해 연마, 양극 산화 처리 및 샌드 블라스팅을 사용했습니다. 알루미늄 합금 표면의 양극 처리 및 샌드블라스팅 처리가 레이저 흡수율을 크게 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.
3) 접합 형태가 레이저 흡수에 영향을 미치는 것으로도 밝혀졌다. V자형 베벨 및 사각 베벨은 비베벨 조인트보다 키홀 형성에 더 도움이 되며 레이저 출력 밀도가 증가하고 알루미늄 합금의 레이저 흡수율도 증가합니다.
1.2 모공 형성이 용이함
기공은 알루미늄 합금의 레이저 용접에서 가장 흔하고 가장 중요한 결함입니다. 모공 유형은 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 알루미늄 합금 레이저 용접의 냉각 과정에서 수소 용해도가 급격히 감소하기 때문에 용융 알루미늄 합금의 수소 함량이 수소 함량인 {{0}}.69mL/100g에 도달할 수 있다는 것입니다. 냉각 및 응고 후 알루미늄 합금의 양은 0.036mL/100g이며, 과포화 수소가 침전되어 수소 기공을 형성합니다. 또한 알루미늄 합금 표면에는 산화막이 있으며, 용접 중에 알루미늄 합금 표면의 결정수, 공기 및 보호 가스에 포함된 수분이 직접 수소로 분해됩니다. 이러한 수소 기공은 알루미늄 합금의 레이저 용접의 급속 냉각 과정에서 빠져나가기에는 너무 늦어지고, 용접부에 남아 수소 기공을 형성하게 됩니다. 다른 하나는 레이저 용접 공정에서 생성된 열쇠 구멍의 불안정성과 붕괴로 인해 액체 금속이 구멍을 채울 시간이 없기 때문입니다. 과도한 다공성은 용접 밀도를 감소시키고 접합부의 지지력을 감소시키며 접합부의 강도와 가소성을 다양한 정도로 감소시킵니다. 알루미늄 합금의 레이저 용접에서 다공성 결함을 줄이기 위한 많은 조치가 있습니다. 예를 들어 레이저 빔의 보행 경로 변경, 빔 진동을 사용하여 용융 풀을 휘젓기, 와이어 또는 합금을 사용하여 표면에서 다공성 탈출 가능성 증가 분말, 이중점 기술 및 레이저 복합 용접을 사용하면 기공률을 줄이는 효과를 얻을 수 있지만 근본적으로 제거하기는 어렵습니다.
1.3 고온균열 경향
알루미늄합금의 레이저 용접에서 열간균열이 발생하는 원인은 주로 알루미늄합금의 특성 및 용접공정과 관련이 있습니다. 알루미늄 합금이 응고되는 동안 수축률이 크고(최대 5%) 용접 응력과 변형이 크며 용접 금속은 결정화 중에 결정립계를 따라 저융점 공융 구조를 생성하여 결정립계가 결합력이 약해지고 인장 응력의 작용으로 뜨거운 균열이 형성됩니다. 와이어 또는 합금 분말을 충전하여 열간 균열 경향을 줄일 수 있으며, 가열 및 냉각 속도를 제어하기 위해 용접 공정 변수를 조정하여 열간 균열 경향을 줄일 수도 있습니다.
1.4 용접구조 및 열영향부의 연화
"연화"는 용접 조인트의 강도와 경도가 감소하는 현상입니다. 레이저 용접 알루미늄 합금 조인트를 사용하면 용접 구조와 용접 조인트의 열 영향부도 연화 문제가 있습니다. 많은 연구 결과에 따르면 알루미늄 합금 용접의 연화 현상을 근본적으로 제거하기는 어렵지만 가스 차폐 용접에 비해 레이저 용접은 열 입력을 줄이고 용접의 연화 영역을 더 좁게 만듭니다. MIG 용접에 비해 레이저 용접 알루미늄 합금 조인트의 "연화" 정도는 낮고 용접 속도가 증가함에 따라 인장 강도가 증가합니다. 용접 공정에 대한 플라즈마의 영향 알루미늄 원소 이온화 에너지가 낮고 레이저 용접은 금속 플라즈마, 레이저 굴절 및 편향으로 인한 플라즈마를 형성하기가 더 쉬워 레이저 빔의 초점이 변경되어 용접 침투율이 감소합니다. 용접 조인트의 품질에 영향을 미칩니다. 공작물 표면에 분말을 미리 설정함으로써 플라즈마의 높이 방향 팽창 및 맥동이 약화되므로 플라즈마가 공작물 표면에서 상대적으로 안정적인 맥동 진폭을 유지할 수 있습니다.
알루미늄 합금 레이저 용접 기술
2.1 알루미늄 합금 레이저 자기융합 용접
레이저 자기 융합 용접은 고에너지 밀도 레이저 빔을 열원으로 사용하여 모재 표면에 충격을 가하여 모재 자체를 녹여 용접 접합 용접 방법을 형성하는 것을 말합니다. 알루미늄 합금의 레이저 용접에서는 알루미늄 합금의 표면이 레이저에 대한 반사율이 높기 때문에 용접 시 큰 레이저 출력이 필요합니다. 레이저 스폿의 직경이 작고 용접 장비의 정확도가 높으며 부품의 간격 허용 값이 낮고 일반적으로 부품의 간격 값이 0 미만이 요구됩니다. 2mm. 용접 공정 중 가열 및 냉각 속도가 빠르고 용접 다공성 결함이 많고 레이저 에너지 밀도가 집중되며 키홀 효과로 인해 용접 오목 및 가장자리 물림 현상이 발생하기 쉽기 때문에 용접 공정 매개 변수는 다음과 같습니다. 더 높은 요구 사항. 알루미늄 합금 용접의 레이저 자가융합 용접은 우수한 용접 품질, 빠른 용접 속도 및 쉬운 자동화 등의 장점을 반영하며 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 전기 자동차 산업에서 파워 배터리 쉘의 밀봉은 주로 알루미늄 합금 레이저 자기 융합 용접으로 만들어집니다. 국내 신에너지 자동차 회사의 알루미늄 차체에는 도어 어셈블리와 측벽 구조의 용접도 알루미늄 합금 레이저 자기융합 용접으로 이루어진다.
2.2 알루미늄 합금 레이저 와이어 충전 용접
레이저 와이어 충전 용접에서 레이저는 여전히 용접 금속을 녹이는 주요 열원으로 사용되지만 자동 와이어 공급 장치는 야금 연결 공정을 달성하기 위해 충전 금속을 용융 풀에 지속적으로 공급하는 데 사용됩니다. 레이저 자가 융합 용접과 비교하여, 레이저 와이어 충진 용접은 용접 와이어의 다양한 구성 요소를 채워 용접 공정의 간격 정확도 요구 사항을 완화하고 용접의 야금 특성을 개선하며 용접 열간 균열 및 기공을 방지하고 용접 품질을 향상시킵니다. 용접 공정의 안정성 및 접합 기계적 특성.
알루미늄 합금 레이저 와이어 용접은 외관 품질이 좋고 레이저 자체 융합 용접 등에 비해 공정 간격 정확도가 느슨하다는 특징이 있습니다. 일반적으로 상단 덮개와 측벽 사이와 같은 본체 외부 표면에 사용됩니다. , 그리고 여행 가방 커버의 상판과 하판 사이. 더 높은 용접 품질을 얻고 레이저 와이어 용접을 사용하여 알루미늄 합금 도어를 용접하기 위한 일부 모델도 있습니다.
2.3 알루미늄 합금 레이저 아크 복합 용접
레이저-아크 복합 용접은 물리적 특성과 에너지 전달 메커니즘이 서로 다른 레이저와 아크 두 종류의 열원을 결합하여 용접 부품에 함께 작용하는 것입니다. It Both는 두 열원의 장점을 최대한 활용하고 서로의 단점을 보완합니다. 알루미늄 합금의 레이저-아크 복합 용접에서 아크는 레이저 열원을 유도하고 알루미늄 합금의 흡수 능력과 용접 공정의 에너지 이용률을 향상시키며 용접의 표면 성형성이 용접의 표면 성형성보다 우수합니다. 레이저 자기융합 용접. 또한, 아크의 도입은 용접 부품의 클램핑 정확도를 크게 감소시킬 수 있으며, 아크는 레이저 용접 플라즈마에 대한 희석 효과가 있어 레이저에 대한 플라즈마 차폐 효과를 감소시킬 수 있습니다. 레이저는 아크의 안정성에 중요한 역할을 하기 때문에 고속 용접 시 아크가 접합부에 안정적으로 작용할 수 있어 접합부의 용접 품질을 향상시키고 용접 속도를 높일 수 있습니다.
자동차 산업의 알루미늄 합금 레이저 용접
자동차 산업에서 레이저 용접을 적용하면 다음과 같은 많은 이점이 있습니다.
1) 용접 속도가 빠르고 생산 리듬이 향상되며 용접 속도가 6m/min에 도달할 수 있습니다. 이는 흰색 몸체의 다른 연결 방법(예: 스폿 용접, 아크 용접, 리벳팅)에 비해 비교할 수 없는 장점이 있습니다.
2) 차체 구조에 대한 제약이 적고 다양한 용접 구조(랩, 코너, T-조인트, 맞대기)에 적용할 수 있으며 단면 용접이므로 빔에 도달할 수 있어 설계가 더 유연합니다.
3) 레이저 용접 측면 요구 사항이 낮고 용접 측면은 6~8mm로 용접할 수 있으며 스폿 용접 측면 요구 사항(16mm)에 비해 절반으로 줄어들어 경량화 역할을 할 수 있습니다.
4) 루프와 후면 커버의 레이저 용접 구조는 차체 품질을 저하시킬 수 있으며 실런트를 도포할 필요가 없고 외부 트림 플레이트가 없어 차체 비용을 절약합니다.
5) 레이저 용접 용접 조인트는 부드럽고 깔끔하며 외관이 좋습니다.
레이저 용접의 많은 장점으로 인해 자동차 산업에서 널리 관심을 갖고 있으며 많은 자동차 회사에서 선호하고 있습니다. 유럽 모델(예: 폭스바겐, BMW, 아우디, 메르세데스-벤츠, 푸조 등)과 미국 모델(예: 뷰익, 포드, 캐딜락, 쉐보레 등)의 다양한 부분(루프, 도어 조립, 트렁크 리드 외부 패널, 측면 구조 부품 및 플로우 탱크 용접 등), 흰색으로 고급 차체의 상징 중 하나입니다.
그러나 일회성 투자 비용, 판금 정확도 및 툴링 정확도 요구 사항이 높기 때문에 국내 브랜드 자동차 회사에서는 널리 사용되지 않습니다.
현재 알루미늄 합금의 레이저 용접은 알루미늄 합금 본체의 대량 생산에 적용되었습니다. Audi TT, A6/A8 및 Cadillac 플래그십 CT6는 상단 커버와 측벽에 알루미늄 합금 레이저 용접으로 용접됩니다. Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW 5 시리즈/7 시리즈, Mercedes-Benz S 시리즈/C 시리즈 및 기타 트렁크 커버 플레이트 모델은 알루미늄 합금 레이저 용접을 채택합니다. Audi A6/A8, Mercedes-Benz S /C 시리즈, BMW 5 /7 시리즈 등의 도어는 알루미늄 합금 레이저 용접을 채택합니다. 니오는 도어뿐만 아니라 커버와 측벽에도 알루미늄 합금 레이저 용접을 대거 적용했다.
자동차 기술, 산업 처리 능력 및 처리 품질의 지속적인 발전으로 레이저 용접 사용 비용이 크게 절감됩니다. 동시에, 자동차 경량화가 진행됨에 따라 자동차 차체에 알루미늄 합금을 적용하는 사례가 증가하고 있으며, 알루미늄 합금 용접 품질 문제를 해결하기 위한 중요한 연결 방법 중 하나인 레이저 용접이 더욱 널리 사용될 것입니다. 자동차 산업.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.는 자동 레이저 클래딩 기계, 고속 레이저 클래딩 기계, 레이저 경화 기계, 레이저 용접 장비 및 3D 인쇄 장비의 R&D, 제조 및 판매를 전문으로 하는 하이테크 기업입니다.
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