Defeitos comuns na soldagem a laser de ligas de alumínio

Defeitos comuns emSoldagem a laser de liga de alumínio

Seja soldagem autógena a laser ousoldagem híbrida laser-arcoÉ utilizado para ligas de alumínio, e existem alguns problemas técnicos comuns, ou seja, podem ocorrer defeitos se os parâmetros do processo e as condições de soldagem forem metalúrgicos.impróprio. OOs defeitos em juntas de ligas de alumínio incluem principalmente dois tipos: porosidade de solda e trincas a quente. Além da porosidade e das trincas a quente, defeitos como mordeduras e má formação da face posterior também existem na soldagem a laser de ligas de alumínio. Comparada à porosidade de solda, a probabilidade de ocorrência de trincas de solda (visíveis a olho nu ou com baixa ampliação) não é alta. No entanto, como as trincas são mais perigosas, a norma JIS Z 3105 estipula que, uma vez detectada uma trinca em uma solda, esta deve ser classificada como Classe IV. Mordidas, má formação da face posterior e outros defeitos são, em sua maioria, defeitos graves causados ​​por controle inadequado da velocidade ou parâmetros de processo incompatíveis. Tais defeitos geralmente aparecem na fase de exploração e depuração do processo e raramente ocorrem em operações normais de produção. Portanto, a porosidade é um tipo de defeito mais prejudicial na soldagem a laser de ligas de alumínio e em serviço das estruturas soldadas, sendo difícil de eliminar completamente.

1. Porosidade

A porosidade é o defeito volumétrico mais comum e principal emsoldagem a laser de ligas de alumínio, com tamanhos que variam de centenas de micrômetros a vários milímetros. Seu mecanismo de formação ainda não está totalmente esclarecido. A porosidade não apenas enfraquece a seção de trabalho efetiva da solda, mas também causa concentração de tensão, reduzindo a resistência dinâmica e o desempenho à fadiga da junta soldada.

Quando uma liga de alumínio funde em um ambiente contendo hidrogênio, seu teor interno de hidrogênio pode atingir mais de 0,69 ml/100g, mas após a solidificação da liga, sua solubilidade de hidrogênio em equilíbrio é de, no máximo, 0,036 ml/100g. Geralmente se acredita que, durante o processo de resfriamento da soldagem a laser, a solubilidade do hidrogênio cai drasticamente e a precipitação de hidrogênio supersaturado forma porosidade de hidrogênio. A evaporação de elementos de liga com baixo ponto de fusão e alta pressão de vapor também pode levar à porosidade, denominada porosidade metalúrgica. Além disso, a perturbação do feixe de laser e a instabilidade do orifício de soldagem também podem formar porosidade, mas essa porosidade tem formato irregular e pode ser chamada de porosidade induzida pelo processo. Devido à alta reatividade química das ligas de alumínio, uma película de óxido se forma facilmente na superfície. Durante a soldagem, a água cristalina e a água combinada, provenientes da decomposição da película de óxido na superfície da liga de alumínio, juntamente com a umidade do ar e o gás protetor, decompõem-se diretamente para produzir hidrogênio na área de alta temperatura sob a ação do laser. Esses gases de hidrogênio podem precipitar durante o resfriamento e a solidificação da poça de fusão, formando bolhas, ou gerar bolhas diretamente na película de óxido ainda não fundida. Devido à baixa densidade das ligas de alumínio, a velocidade de ascensão das bolhas na poça de fusão é lenta. Além disso, as ligas de alumínio possuem alta condutividade térmica, e a velocidade de resfriamento e solidificação da poça de fusão é extremamente rápida. Algumas bolhas não conseguem escapar a tempo e permanecem na solda, formando porosidade metalúrgica. Estudos demonstraram que o principal gás presente na porosidade das soldas de liga de alumínio é o hidrogênio, razão pela qual a porosidade nessas soldas é, por vezes, denominada porosidade de hidrogênio. Ao observar a fratura da porosidade sob um microscópio eletrônico de varredura, a porosidade apresenta, em sua maioria, uma morfologia esférica com extremidades dendríticas de cristais dendríticos compactadas, e a parede interna é lisa, limpa e livre de traços de oxidação. A presença de porosidade não só reduz a compactação da solda e a capacidade de carga da junta, como também reduz a resistência e a plasticidade da junta em diferentes graus.

2. Rachaduras Quentes

Trincas a quente (incluindo trincas de solidificação e trincas de liquefação) se formam durante o processo de solidificação do metal fundido e são um dos tipos de defeitos comuns na soldagem a laser de ligas de alumínio. A característica mais evidente da morfologia da fratura de trincas de solidificação é que a superfície de fratura é composta por uma grande área de estruturas granulares lisas, porém irregulares, semelhantes a paralelepípedos ou batatas, e a superfície frequentemente retém eutéticos intergranulares de baixo ponto de fusão ou dobras de filme líquido, bem como traços de fratura frágil de dendritas. A morfologia da fratura de trincas de liquefação é semelhante à das trincas de solidificação, mas apresenta características de fratura intergranular de alta temperatura ou fratura de solidificação. Na fratura por fadiga de juntas soldadas por fusão sob carregamento cíclico, as fontes de trincas de fadiga causadas por essas trincas a quente também são comuns. As causas de trincas a quente na soldagem a laser de ligas de alumínio estão principalmente relacionadas às suas próprias características e aos processos de soldagem. As ligas de alumínio apresentam uma alta taxa de contração durante a solidificação (até 5%), resultando em grandes tensões e deformações de soldagem; Além disso, estruturas eutéticas de baixo ponto de fusão se formam ao longo dos contornos de grão durante a solidificação do metal de solda, o que enfraquece a força de ligação dos contornos de grão, formando assim trincas a quente sob a ação da tensão de tração. Ademais, as morfologias de trincas na soldagem a laser de ligas de alumínio podem ser resumidas nas seguintes categorias: trincas no centro da solda; trincas na linha de fusão da solda; trincas intergranulares na solda; trincas de liquefação na zona afetada pelo calor; trincas causadas por filmes de óxido; e microtrincas intergranulares.

Além disso, a proteção inadequada durante a soldagem faz com que o metal de solda reaja com os gases presentes no ar, e as inclusões formadas também são fontes potenciais de trincas. O tipo e a quantidade de elementos de liga influenciam significativamente a tendência à fissuração a quente durante a soldagem de ligas de alumínio. Geralmente, as ligas de alumínio das séries Al-Si e Al-Mn apresentam boa soldabilidade e não são propensas à fissuração a quente; enquanto as ligas de alumínio das séries Al-Mg, Al-Cu e Al-Zn apresentam tendências relativamente altas à fissuração a quente. A tendência à fissuração a quente pode ser reduzida ajustando-se os parâmetros do processo de soldagem para controlar as taxas de aquecimento e resfriamento. De modo geral, a tendência à fissuração a quente da soldagem híbrida laser-arco é menor do que a da soldagem a laser com arame de adição, e a tendência à fissuração a quente da soldagem a laser com arame de adição é menor do que a da soldagem a laser autogênica.

3. Corte rente e corte profundo

As ligas de alumínio possuem baixa energia de ionização, e o plasma fotoinduzido é propenso ao superaquecimento e à expansão durante a soldagem, resultando em processos de soldagem instáveis. Além disso, as ligas de alumínio líquidas apresentam boa fluidez e baixa tensão superficial. Para melhorar a penetração, geralmente são necessárias maiores taxas de fluxo de gás protetor e potência de saída do laser, o que deteriora a estabilidade do processo de soldagem, fazendo com que a poça de fusão oscile violentamente sob pressão e levando facilmente a defeitos como mordeduras e perfurações. A conformabilidade da face posterior de chapas de liga de alumínio soldadas a laser pode ser efetivamente melhorada com a instalação de uma placa de cobre refrigerada a água na parte posterior da solda.

4. Inclusão de escória

Outro tipo de defeito frequente na soldagem de carrocerias é a inclusão de escória de solda. Estudos demonstraram que a inclusão de escória provém principalmente de óxidos presentes na superfície das peças soldadas e dos arames de solda, bem como de processos instáveis ​​na localização de materiais de liga de alumínio. Portanto, os fabricantes de materiais de liga de alumínio devem intensificar a inovação tecnológica e aprimorar os processos de fundição para minimizar o teor de impurezas e hidrogênio nas matérias-primas e aumentar a estabilidade da qualidade dos produtos.