1. Anwendungsbeispiele
1) Spleißplatine
In den 1960er Jahren führte die Toyota Motor Company als erste die Technologie des Tailor-Welded Blank ein. Dabei werden zwei oder mehr Bleche durch Schweißen miteinander verbunden und anschließend gestanzt. Diese Bleche können unterschiedliche Dicken, Materialien und Eigenschaften aufweisen. Aufgrund der stetig steigenden Anforderungen an die Leistung und Funktionen von Automobilen, wie z. B. Energieeinsparung, Umweltschutz und Fahrsicherheit, hat die Tailor-Welded-Blank-Technologie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Beim Blechschweißen können Punktschweißen, Abbrennstumpfschweißen, …LaserschweißenWasserstoff-Lichtbogenschweißen usw. DerzeitLaserschweißenwird hauptsächlich in der ausländischen Forschung und Produktion von maßgeschneiderten Schweißzusätzen verwendet.
Durch den Vergleich der Test- und Berechnungsergebnisse wurde eine gute Übereinstimmung festgestellt, was die Korrektheit des Wärmequellenmodells bestätigt. Die Schweißnahtbreite wurde unter verschiedenen Prozessparametern berechnet und schrittweise optimiert. Schließlich wurde ein Strahlenergieverhältnis von 2:1 gewählt. Die beiden Strahlen wurden parallel angeordnet, wobei der Strahl mit der höheren Energie in der Mitte der Schweißnaht und der Strahl mit der niedrigeren Energie auf der dickeren Platte positioniert wurde. Dadurch konnte die Schweißnahtbreite effektiv reduziert werden. Bei einem Winkel von 45 Grad zwischen den beiden Strahlen wirkt jeder Strahl einzeln auf die dicke bzw. die dünne Platte. Durch die Verringerung des effektiven Heizstrahldurchmessers verringert sich auch die Schweißnahtbreite.
2) Aluminium, Stahl, ungleiche Metalle
Die vorliegende Studie kommt zu folgenden Schlussfolgerungen: (1) Mit zunehmendem Strahlenergieverhältnis nimmt die Dicke der intermetallischen Phase (IMC) im gleichen Bereich der Schweißnaht/Aluminiumlegierungs-Grenzfläche allmählich ab, und ihre Verteilung wird gleichmäßiger. Bei RS = 2 liegt die Dicke der IMC-Schicht an der Grenzfläche zwischen 5 und 10 µm. Die maximale Länge der freien, nadelförmigen IMC-Phasen beträgt etwa 23 µm. Bei RS = 0,67 liegt die Dicke der IMC-Schicht an der Grenzfläche unter 5 µm, und die maximale Länge der freien, nadelförmigen IMC-Phasen beträgt 5,6 µm. Die Dicke der intermetallischen Phase ist somit deutlich reduziert.
(2)Beim Schweißen mit einem parallelen Doppelstrahllaser ist die intermetallische Phase (IMP) an der Schweißnaht/Aluminiumlegierungs-Grenzfläche unregelmäßiger. Die IMP-Schichtdicke an der Schweißnaht/Aluminiumlegierungs-Grenzfläche in der Nähe der Stahl/Aluminiumlegierungs-Verbindungsgrenzfläche ist größer und erreicht eine maximale Dicke von 23,7 Mikrometern. Selbst bei steigendem Strahlenergieverhältnis (RS = 1,50) ist die Dicke der IMP-Schicht an der Schweißnaht/Aluminiumlegierungs-Grenzfläche noch größer als die Dicke der intermetallischen Phase im gleichen Bereich beim seriellen Doppelstrahlschweißen.
3. T-förmige Verbindung aus Aluminium-Lithium-Legierung
Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften lasergeschweißter Verbindungen der Aluminiumlegierung 2A97 untersuchten Forscher die Mikrohärte, die Zugfestigkeit und die Dauerfestigkeit. Die Testergebnisse zeigen Folgendes: Die Schweißzone der lasergeschweißten Verbindung der Aluminiumlegierung 2A97-T3/T4 weist eine starke Erweichung auf. Der Koeffizient liegt bei etwa 0,6, was hauptsächlich auf die Auflösung und die anschließende erschwerte Ausscheidung der verstärkenden Phase zurückzuführen ist. Der Festigkeitskoeffizient der mit dem Faserlaser IPGYLR-6000 geschweißten Verbindung der Aluminiumlegierung 2A97-T4 erreicht 0,8, die Plastizität ist jedoch gering.LaserschweißenDer Festigkeitskoeffizient lasergeschweißter Verbindungen aus der Aluminiumlegierung 2A97-T3 beträgt etwa 0,6; Porendefekte sind die Ursache für Ermüdungsrisse in lasergeschweißten Verbindungen aus der Aluminiumlegierung 2A97-T3.
Im synchronen Modus besteht die Schmelzzone (FZ) je nach Kristallmorphologie hauptsächlich aus Säulen- und gleichachsigen Kristallen. Die Säulenkristalle weisen eine epitaktische EQZ-Wachstumsorientierung auf, wobei ihre Wachstumsrichtung senkrecht zur Schmelzlinie verläuft. Dies liegt daran, dass die Oberfläche des EQZ-Korns als Keimbildungsstelle dient und die Wärmeabfuhr in dieser Richtung am schnellsten erfolgt. Daher wächst die primäre kristallographische Achse bevorzugt entlang der vertikalen Schmelzlinie, während das seitliche Wachstum eingeschränkt ist. Mit dem Wachstum der Säulenkristalle zum Zentrum der Schweißnaht hin ändert sich die Strukturmorphologie, und es bilden sich Säulendendriten. Im Zentrum der Schweißnaht ist die Temperatur des Schmelzbades hoch, die Wärmeabfuhrrate ist in alle Richtungen gleich, und die Körner wachsen gleichachsig in alle Richtungen und bilden gleichachsige Dendriten. Wenn die primäre kristallographische Achse der gleichachsigen Dendriten exakt tangential zur Probenebene verläuft, sind in der metallographischen Phase deutlich blütenartige Körner zu erkennen. Zusätzlich treten aufgrund der Unterkühlung lokaler Komponenten in der Schweißzone im Bereich der Schweißnaht von T-förmigen Verbindungen im Synchronschweißverfahren üblicherweise gleichachsige, feinkörnige Bänder auf. Die Kornmorphologie dieser Bänder unterscheidet sich von der Kornmorphologie der EQZ (gleichachsigen, feinkörnigen Zone). Da sich der Erwärmungsprozess beim heterogenen TSTB-LW-Verfahren von dem des synchronen TSTB-LW-Verfahrens unterscheidet, bestehen deutliche Unterschiede in der Makro- und Mikrostruktur. Die T-förmige Verbindung im heterogenen TSTB-LW-Verfahren hat zwei thermische Zyklen durchlaufen und weist daher Merkmale eines doppelten Schmelzbades auf. Innerhalb der Schweißnaht ist eine deutliche sekundäre Schmelzlinie erkennbar, und das durch Wärmeleitungsschweißen gebildete Schmelzbad ist klein. Beim heterogenen TSTB-LW-Verfahren wird die Tiefschweißung durch den Erwärmungsprozess des Wärmeleitungsschweißens beeinflusst. Die säulenförmigen und gleichachsigen Dendriten in der Nähe der sekundären Schmelzlinie weisen weniger Subkorngrenzen auf und wandeln sich in säulenförmige oder zelluläre Kristalle um. Dies deutet darauf hin, dass der Erwärmungsprozess beim Wärmeleitschweißen einen wärmebehandlungsbedingten Effekt auf Tiefschweißungen hat. Die Korngröße der Dendriten im Zentrum der wärmeleitenden Schweißnaht beträgt 2–5 µm und ist damit deutlich kleiner als die Korngröße der Dendriten im Zentrum der Tiefschweißnaht (5–10 µm). Dies hängt hauptsächlich mit der maximalen Erwärmung der Schweißnähte auf beiden Seiten zusammen. Die Temperatur ist abhängig von der anschließenden Abkühlgeschwindigkeit.
3) Prinzip des Doppelstrahl-Laserpulverauftragschweißens
4)Hohe Lötstellenfestigkeit
Beim Doppelstrahl-Laserpulverauftragschweißen sind die beiden Laserstrahlen beidseitig des Brückendrahts nebeneinander angeordnet. Dadurch ist der Bereich zwischen Laser und Substrat größer als beim Einzelstrahl-Laserpulverauftragschweißen, und die resultierenden Lötverbindungen verlaufen senkrecht zum Brückendraht. Die Drahtrichtung ist relativ gestreckt. Abbildung 3.6 zeigt die Lötverbindungen, die durch Einzel- und Doppelstrahl-Laserpulverauftragschweißen erzielt wurden. Während des Schweißprozesses, ob mit Doppelstrahl gearbeitet wird, …LaserschweißenMethode oder EinzelstrahlLaserschweißenBei diesem Verfahren bildet sich durch Wärmeleitung ein Schmelzbad auf dem Grundwerkstoff. Dadurch kann das geschmolzene Grundwerkstoffmetall im Schmelzbad eine metallurgische Verbindung mit dem geschmolzenen, selbstfließenden Legierungspulver eingehen und so eine Schweißung erzielen. Beim Schweißen mit einem Doppelstrahllaser entspricht die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Grundwerkstoff der Wechselwirkung der Wirkungsbereiche der beiden Laserstrahlen, d. h. der Wechselwirkung der beiden durch den Laser auf dem Material erzeugten Schmelzbäder. Dadurch ist die resultierende neue Schmelzfläche größer als beim Schweißen mit einem Einzelstrahllaser.LaserschweißenDie Lötverbindungen, die durch Doppelstrahlschweißen hergestellt wurden, sind also...Laserschweißensind stärker als EinzelbalkenLaserschweißen.
2. Hohe Lötbarkeit und Wiederholgenauigkeit
Im EinzelstrahlLaserschweißenDa im Experiment der Fokuspunkt des Lasers direkt auf den Mikrobrückendraht wirkt, werden an den Brückendraht sehr hohe Anforderungen gestellt.LaserschweißenProzessparameter wie ungleichmäßige Laserenergiedichteverteilung und ungleichmäßige Legierungspulverdicke können zu Drahtbrüchen während des Schweißprozesses und sogar zur direkten Verdampfung des Brückendrahts führen. Beim Doppelstrahl-Laserschweißen wirken die Fokuspunkte der beiden Laserstrahlen nicht direkt auf die Mikrobrückendrähte. Dadurch werden die Anforderungen an die Prozessparameter des Laserschweißens reduziert und die Schweißbarkeit sowie die Wiederholgenauigkeit deutlich verbessert.
Veröffentlichungsdatum: 17. Oktober 2023
