جوشکاری لیزری مس و آلومینیوم: چالش‌های فنی و راه‌حل‌ها

مس و آلومینیوم دو مورد از مهمترین مواد در تولید مدرن هستندسخت ترينخاصیت های حرارتی و نوری آنها بر فرضیه های استاندارد که باعث می شود جوش لیزر بر روی فولاد و فولاد ضد زنگ آسان باشد، مقاومت می کند.

وقتی سازنده ها با فیوژن ضعیف، ترکیدن، سوراخ شدن یا نفوذ نامتناسق بر روی مفاصل مس یا آلومینیوم مواجه می شوند،علت تقریبا همیشه عدم تطابق بین قابلیت های سیستم لیزر و واقعیت فیزیکی آنچه که این مواد نیاز دارند.

این مقاله چالش های خاصی را که هر فلز ارائه می دهد، پیچیدگی اضافی جوش فلز متفاوت بین آنها و رویکردهای عملی را که قابل اعتماد،نتایج آماده تولید.

نکات کلیدی:

• مس:بازتاب 1064nm بالا (95-98٪) و رسانایی حرارتی شدید نیاز به تراکم قدرت بالا، لیزرهای سبز (515nm) یا شکل گیری دقیق پالس دارد.

• آلومینیوم:تمایل به حفره ای بودن هیدروژن و ترک شدن داغ (به ویژه سری 6xxx) ؛ آماده سازی سطحی دقیق و انتخاب سیم پرکننده اجباری است.

• از مس به آلومینیوم:موانع اصلی تشکیل ترکیبات بین فلزی شکننده (IMC) است؛ حداقل ورودی حرارتی و کنترل تغییر شعاع ضروری است.

مشکل اصلی جوش لیزر فیبر برنج و استاندارد نوری است.1064nmدر دمای اتاق، مس تقریباً در طول موج لیزرهای فیبر یتربیوم استاندارد منعکس می شود.95 ٪ 98٪از انرژی لیزر حادثه.

• خطر بازتاب:اشعه بازتاب یافته به سمت منبع لیزر باز می گردد. بدون محافظت قوی از بازتاب، این انرژی می تواند به اتصال دهنده های فیبر، کولیماتورها و خود ماژول لیزر آسیب برساند.لیزرهای فیبر استاندارد که برای فولاد طراحی شده اند ممکن است از حفاظت کافی برخوردار نباشند.

• پيوند نامطابق:در زیر تراکم انرژی آستانه، تقریبا تمام انرژی منعکس می شود. هنگامی که یک سوراخ کلیدی شکل می گیرد، جذب به 80 ٪ 90٪ می رسد. این انتقال ناگهانی می تواند باعث عدم ثبات جوش، پاشیدن،و نفوذ نامنظم.

مس باعث انتقال گرما در حدودهشت برابر سریع تر از فولادانرژی سپرده شده در منطقه جوش به سرعت به مواد اطرافش منتشر می شود به جای اینکه به دمای ذوب برسد.لیزر باید با سرعت تولید چگالی قدرت بالا رقابت در برابر انتشار حرارتی را ببرد.

• جوش ليزر سبز (515nm / 532nm):جذب مس در طول موج سبز۴۰-۶۰٪لیزرهای سبز خطرات بازتاب را از بین می برند و باعث جوشیدن سوراخ کلید پایدار می شوند.

• قدرت بالا پالس شده یا مدول شده 1064nm:پالس های قدرت اوج بالا می توانند یک حفره کلید را شروع و حفظ کنند، اگرچه این رویکرد نسبت به شرایط سطح و تنظیم مفصل حساس است.

• آماده سازی سطح:سطوح تمیز و بدون اکسید ثبات اتصال را بهبود می بخشند.

• نمونه برداری اجباری است:همیشه نمونه های جوش را در شرایط تولید اجرا کنید تا آلیاژ ها و ضخامت های خاص را تایید کنید.

آلومینیوم تقریباً چهار برابر سریعتر از فولاد گرما را هدایت می کند. در ترکیب با نقطه ذوب پایین (~ 660 ° C) و شکاف باریک به نقطه جوش آن، آلومینیوم به سرعت از جامد به مایع به بخار تغییر می کند.این باعث ایجاد یک پنجره باریک و پایدار است که باعث می شود ثبات حفره کلید به تغییرات پارامتر بسیار حساس باشد.

منافذ هیدروژن نقص غالب در جوش های لیزری آلومینیوم است. آلومینیوم به راحتی هیدروژن را از رطوبت، روان کننده ها و اکسید های سطحی جذب می کند. در طول تثبیت سریع،هیدروژن گیر افتاده حفره های داخلی را تشکیل می دهدبه حداقل رساندن حفره نیاز به:

• تمیز کردن دقیق سطح با حلال های مناسب

• کنترل سختگیرانه بر روی ذخیره سازی، دستکاری و پاکسازی گاز.

برخی از آلیاژها به ویژهسری 6000 (6061، 6063)به دلیل طیف گسترده ای از جامد شدن، به شدت در معرض ترک شدن داغ هستند.

• راه حل:استفاده از سیم پرکننده متناسب (به عنوان مثال،4043 پرکنندهبرای 6061) برای تغییر رفتار تثبیت، بهینه سازی سرعت سفر و به حداقل رساندن محدودیت مفصل. جوش خودکار (بدون پرکننده) آلیاژ های حساس به ترک به ندرت قابل اجرا است.

اتصال مس به آلومینیوماتصالات باتری EV، بسبارها و تماس های الکتریکی✅ چالش های پیچیده متالورژی را به وجود می آورد.

وقتی مس و آلومینیوم در حوضچه ذوب شده مخلوط می شوند، ترکیبات بین فلزی شکننده مانندCuAl2 و Cu9Al4این ترکیبات عبارتند از:

• "برتیل":تحت فشار مکانیکی به راحتی شکسته می شوند.

• مقاومت الکتریکی:مقاومت تماس رو افزایش میدن و عملکرد الکتریکی رو تضعیف می کنن

• حساس به گرما:واردات گرمای بالاتر لایه های ضخیم تر و مخرب IMC را ایجاد می کند.

• موقعیت نور افست:لیزر را در درجه اول بر روی ماده ای هدایت کنید که به راحتی ذوب می شود یا به طور کارآمدتر جفت می شود (معمولاً آلومینیوم) تا بر هدایت گرما تکیه کند و مخلوط مستقیم را محدود کند.

• طول نبض کوتاه و قدرت اوج بالا:از لیزرهای MOPA برای ذخیره انرژی سریع استفاده کنید، یک استخر ذوب کوچکتر ایجاد کنید و زمان واکنش را کاهش دهید.

• حداقل رساندن گرمای وارد شده:برای محدود کردن ضخامت لایه IMC در حالی که فیوژن کافی حفظ می شود، مقدار گرمای وارد شده را کم نگه دارید.

• استفاده از مس:بارهای باتری EV، مبادلات گرما، تماس های الکتریکی و کانکتورهای برق.

• کاربردهای آلومینیوم:اجزای ساختاری خودرو (بدن سفید، محفظه باتری) ، ورق فلزی هوافضا و مبادلات گرما HVAC.

• کاربردهای متفاوت مس و آلومینیوم:تب سلول باتری EV، اتصالات پیچ و تاب موتور، و بار های متقابل قدرت.

در"جيانگ پين"، ما به یک رویکرد یک اندازه مناسب برای جوش لیزر مس و آلومینیوم اعتقاد نداریم ما با تجزیه و تحلیل مواد خاص، هندسه مفصل و نیازهای عملکردی شما شروع می کنیم

• برای مس:ما شما را در مورد انتخاب منبع لیزر راهنمایی می کنیم، از جمله سیستم های پیشرفته لیزر سبز برای حذف مشکلات بازتاب 1064nm.

• برای آلومینیوم:ما پروتکل های آماده سازی مواد و مشخصات گاز محافظ را برای از بین بردن منافذ و ترک فراهم می کنیم.

• برای پیوستن های متفاوت:ما ماتریس های آزمایش نمونه سفارشی را طراحی می کنیم (تغییر شعاع، شکل گیری پالس، سرعت سفر) برای اطمینان از انطباق دقیق مکانیکی و الکتریکی.

هر سیستم Jiangpin Tech با اسناد کامل، علامت CE و پشتیبانی قابل اطمینان از راه اندازی از راه دور برای تولید کنندگان جهانی ساخته شده است.

آماده به بهینه سازی مس و یا آلومینیوم خود را فرآیند جوش؟امروز با گروه مهندسي ما تماس بگيريد تا در مورد درخواست شما صحبت کنيم يا براي امتحان نمونه جوش برنامه ريزي کنيم.