В сравнение с традиционната технология на заваряване,лазерно заваряванеима несравними предимства в точността на заваряване, ефективността, надеждността, автоматизацията и други аспекти. През последните години тя се развива бързо в областта на автомобилите, енергетиката, електрониката и други области и се смята за една от най-обещаващите производствени технологии през 21 век.
1. Преглед на двойна гредалазерно заваряване
Двулъченлазерно заваряванее да се използват оптични методи за разделяне на един и същ лазер на два отделни лъча светлина за заваряване или да се използват два различни вида лазери за комбиниране, като CO2 лазер, Nd: YAG лазер и полупроводников лазер с висока мощност. Всички могат да се комбинират. Беше предложено главно за решаване на адаптивността на лазерното заваряване към точността на сглобяване, подобряване на стабилността на процеса на заваряване и подобряване на качеството на заваръчния шев. Двулъченлазерно заваряванеможе удобно и гъвкаво да регулира температурното поле на заваряване чрез промяна на съотношението на енергията на лъча, разстоянието между лъчите и дори модела на разпределение на енергията на двата лазерни лъча, променяйки модела на съществуване на ключалката и модела на потока на течния метал в разтопения басейн. Осигурява по-голям избор от заваръчни процеси. Той не само има предимствата на голямлазерно заваряванепроникване, бърза скорост и висока прецизност, но е подходящ и за материали и съединения, които са трудни за заваряване с конвенционалнилазерно заваряване.
За двойна гредалазерно заваряване, първо обсъждаме методите за внедряване на двулъчев лазер. Изчерпателната литература показва, че има два основни начина за постигане на заваряване с двоен лъч: фокусиране на предаване и фокусиране на отражение. По-конкретно, това се постига чрез регулиране на ъгъла и разстоянието на два лазера чрез фокусиращи огледала и колимиращи огледала. Другият се постига чрез използване на лазерен източник и след това фокусиране чрез отразяващи огледала, предавателни огледала и клиновидни огледала за постигане на двойни лъчи. За първия метод има основно три форми. Първата форма е да свържете два лазера през оптични влакна и да ги разделите на два различни лъча под едно и също колимиращо огледало и фокусиращо огледало. Второто е, че два лазера извеждат лазерни лъчи през съответните им заваръчни глави и двоен лъч се формира чрез регулиране на пространствената позиция на заваръчните глави. Третият метод е, че лазерният лъч първо се разделя през две огледала 1 и 2 и след това се фокусира съответно от две фокусиращи огледала 3 и 4. Позицията и разстоянието между двете фокусни петна могат да се регулират чрез регулиране на ъглите на двете фокусиращи огледала 3 и 4. Вторият метод е да се използва твърдотелен лазер за разделяне на светлината, за да се постигнат двойни лъчи, и регулиране на ъгъла и разстояние през перспективно огледало и фокусиращо огледало. Последните две снимки в първия ред по-долу показват спектроскопичната система на CO2 лазер. Плоското огледало се заменя с клиновидно огледало и се поставя пред фокусиращото огледало, за да се раздели светлината, за да се постигне двойна паралелна светлина.
След като разберем изпълнението на двойни греди, нека представим накратко принципите и методите на заваряване. В двойната гредалазерно заваряванепроцес, има три общи подредби на лъча, а именно серийно подреждане, паралелно подреждане и хибридно подреждане. плат, т.е. има разстояние както в посоката на заваряване, така и във вертикалната посока на заваряване. Както е показано в последния ред на фигурата, в зависимост от различните форми на малки дупки и разтопени басейни, които се появяват под различни разстояния на петна по време на серийния процес на заваряване, те могат да бъдат допълнително разделени на единични стопилки. Има три състояния: басейн, общ басейн с разтопена маса и отделен басейн с разтопена вода. Характеристиките на единична вана от стопилка и отделена вана от стопилка са подобни на тези на единичналазерно заваряване, както е показано в диаграмата на числената симулация. Има различни ефекти на процеса за различните типове.
Тип 1: При определено разстояние между петна, два отвора за ключа образуват общ голям отвор за ключ в една и съща вана от стопилка; за тип 1 се съобщава, че един лъч светлина се използва за създаване на малък отвор, а другият лъч светлина се използва за топлинна обработка при заваряване, което може ефективно да подобри структурните свойства на високовъглеродна стомана и легирана стомана.
Тип 2: Увеличете разстоянието на петна в една и съща вана с разтопена течност, разделете двата лъча в две независими ключови дупки и променете модела на потока на вана с разтопена течност; за тип 2, неговата функция е еквивалентна на двуелектронно лъчево заваряване. Намалява пръскането на заваръчните шевове и неправилните заваръчни шевове при подходящо фокусно разстояние.
Тип 3: Допълнително увеличаване на разстоянието между точките и промяна на енергийното съотношение на двата лъча, така че единият от двата лъча да се използва като източник на топлина за извършване на обработка преди заваряване или след заваряване по време на процеса на заваряване, а другият лъч се използва за генериране на малки дупки. За тип 3 проучването установи, че двата греди образуват ключалка, малкият отвор не се свива лесно и заваръчният шев не е лесен за създаване на пори.
2. Влиянието на процеса на заваряване върху качеството на заваряване
Ефект на серийното съотношение на енергията на лъча върху образуването на заваръчен шев
Когато мощността на лазера е 2kW, скоростта на заваряване е 45 mm/s, размерът на разфокусиране е 0 mm и разстоянието между лъчите е 3 mm, формата на заваръчната повърхност при промяна на RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) е като показано на фигурата. Когато RS=0,50 и 2,00, заваръчният шев е вдлъбнат в по-голяма степен и има повече пръски по ръба на заваръчния шев, без да се образуват правилни шарки от рибени люспи. Това е така, защото когато съотношението на енергията на лъча е твърде малко или твърде голямо, лазерната енергия е твърде концентрирана, което води до по-сериозни осцилации на отвора на лазера по време на процеса на заваряване, а налягането на отката на парата причинява изхвърляне и пръскане на разтопеното басейн метал в разтопения басейн; Прекомерното подаване на топлина причинява твърде голяма дълбочина на проникване на разтопената вана от страната на алуминиевата сплав, причинявайки вдлъбнатина под действието на гравитацията. Когато RS=0,67 и 1,50, моделът на рибешки люспи върху заваръчната повърхност е еднакъв, формата на заваръчния шев е по-красива и няма видими горещи пукнатини, пори и други заваръчни дефекти по заваръчната повърхност. Формите на напречното сечение на заваръчните шевове с различни съотношения на енергията на лъча RS са както е показано на фигурата. Напречното сечение на заваръчните шевове е в типична форма на „чаша за вино“, което показва, че процесът на заваряване се извършва в режим на лазерно заваряване с дълбоко проникване. RS има важно влияние върху дълбочината на проникване P2 на заваръчния шев от страната на алуминиевата сплав. Когато коефициентът на енергия на лъча RS=0,5, P2 е 1203,2 микрона. Когато коефициентът на енергия на лъча е RS=0,67 и 1,5, P2 е значително намален, което е съответно 403,3 микрона и 93,6 микрона. Когато коефициентът на енергия на лъча е RS=2, дълбочината на проникване на заваръчния шев на напречното сечение на съединението е 1151,6 микрона.
Ефект на съотношението енергия на паралелния лъч върху образуването на заваръчен шев
Когато мощността на лазера е 2,8 kW, скоростта на заваряване е 33 mm/s, степента на разфокусиране е 0 mm и разстоянието между лъчите е 1 mm, заваръчната повърхност се получава чрез промяна на съотношението на енергията на лъча (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Външният вид е показан на фигурата. Когато RS=2, моделът на рибешки люспи на повърхността на заваръчния шев е относително неправилен. Повърхността на заваръчния шев, получена от другите пет различни енергийни съотношения на лъча, е добре оформена и няма видими дефекти като пори и пръски. Следователно, в сравнение със серийния двоен лъчлазерно заваряване, заваръчната повърхност с помощта на паралелни двойни лъчи е по-равномерна и красива. Когато RS=0,25, има лека депресия в заваръчния шев; тъй като коефициентът на енергия на лъча постепенно се увеличава (RS=0,5, 0,67 и 1,5), повърхността на заваръчния шев е еднородна и не се образува вдлъбнатина; обаче, когато съотношението на енергията на лъча допълнително се увеличи (RS=1,50, 2,00), но има вдлъбнатини на повърхността на заваръчния шев. Когато коефициентът на енергия на лъча RS = 0,25, 1,5 и 2, формата на напречното сечение на заваръчния шев е „с форма на чаша за вино“; когато RS=0,50, 0,67 и 1, формата на напречното сечение на заваръчния шев е "фуниевидна". Когато RS=4, не само се генерират пукнатини в долната част на заваръчния шев, но и някои пори се генерират в средната и долната част на заваръчния шев. Когато RS=2, вътре в заваръчния шев се появяват големи процесни пори, но не се появяват пукнатини. Когато RS=0,5, 0,67 и 1,5, дълбочината на проникване P2 на заваръчния шев от страната на алуминиевата сплав е по-малка и напречното сечение на заваръчния шев е добре оформено и не се образуват очевидни заваръчни дефекти. Те показват, че енергийното съотношение на лъча по време на паралелно двулъчево лазерно заваряване също има важно влияние върху проникването на заваръчния шев и заваръчните дефекти.
Паралелен лъч – ефектът на разстоянието между лъчите върху образуването на заваръчния шев
Когато мощността на лазера е 2,8 kW, скоростта на заваряване е 33 mm/s, степента на разфокусиране е 0 mm и коефициентът на енергия на лъча RS=0,67, променете разстоянието на лъча (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), за да получите морфологията на заваръчната повърхност, както е показано на снимката. Когато d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, повърхността на заваръчния шев е гладка и плоска, а формата е красива; моделът на рибените люспи на заваръчния шев е правилен и красив и няма видими пори, пукнатини и други дефекти. Следователно, при условията на разстояние от четири лъча, заваръчната повърхност е добре оформена. В допълнение, когато d=2 mm, се образуват две различни заварки, което показва, че двата успоредни лазерни лъча вече не действат върху разтопена вана и не могат да образуват ефективно двулъчево лазерно хибридно заваряване. Когато разстоянието между лъчите е 0,5 мм, заваръчният шев е „фуниевиден“, дълбочината на проникване P2 на заваръчния шев от страната на алуминиевата сплав е 712,9 микрона и няма пукнатини, пори и други дефекти вътре в заваръчния шев. Тъй като разстоянието между лъчите продължава да се увеличава, дълбочината на проникване P2 на заваръчния шев от страната на алуминиевата сплав намалява значително. Когато разстоянието между лъчите е 1 мм, дълбочината на проникване на заваръчния шев от страната на алуминиевата сплав е само 94,2 микрона. Тъй като разстоянието между лъчите се увеличава допълнително, заваръчният шев не образува ефективно проникване от страната на алуминиевата сплав. Следователно, когато разстоянието между лъчите е 0,5 mm, ефектът на рекомбинация на двоен лъч е най-добър. С увеличаването на разстоянието между лъчите, входящата топлина при заваряване рязко намалява и ефектът на двулъчева лазерна рекомбинация постепенно се влошава.
Разликата в морфологията на заваръчния шев се дължи на различния поток и охлаждащо втвърдяване на разтопената вана по време на процеса на заваряване. Методът за числена симулация може не само да направи анализа на напрежението на разтопената вана по-интуитивен, но и да намали експерименталните разходи. Картината по-долу показва промените в страничния резервоар за топене с един лъч, различни подредби и разстояние на петната. Основните заключения включват: (1) По време на еднолъчевиялазерно заваряванепроцес, дълбочината на дупката на разтопения басейн е най-дълбоката, има феномен на срутване на дупката, стената на дупката е неправилна и разпределението на полето на потока близо до стената на дупката е неравномерно; близо до задната повърхност на резервоара с разтопена течност. Префлакът е силен и има възходящо преливане на дъното на басейна с разтопена течност; разпределението на полето на потока на повърхностния разтопен басейн е относително равномерно и бавно, а ширината на разтопения басейн е неравномерна по посока на дълбочината. Има смущение, причинено от налягането на отката на стената в разтопения басейн между малките дупки в двойната гредалазерно заваряване, и винаги съществува по посока на дълбочината на малките дупки. Тъй като разстоянието между двата лъча продължава да се увеличава, енергийната плътност на лъча постепенно преминава от състояние с единичен пик към състояние с двоен пик. Между двата пика има минимална стойност и енергийната плътност постепенно намалява. (2) За двойна гредалазерно заваряване, когато разстоянието между петната е 0-0,5 мм, дълбочината на малките дупки в разтопения басейн намалява леко и цялостното поведение на потока от разтопен басейн е подобно на това на единичен лъчлазерно заваряване; когато разстоянието между точките е над 1 мм, малките отвори са напълно разделени и по време на процеса на заваряване няма почти никакво взаимодействие между двата лазера, което е еквивалентно на две последователни/две паралелни еднолъчеви лазерни заварки с мощност 1750W. Няма почти никакъв ефект на предварително загряване и поведението на потока от разтопен басейн е подобно на това при еднолъчево лазерно заваряване. (3) Когато разстоянието между точките е 0,5-1 mm, повърхността на стената на малките отвори е по-плоска в двете подредби, дълбочината на малките отвори постепенно намалява и дъното постепенно се отделя. Смущението между малките дупки и потока на повърхностния разтопен басейн е 0,8 мм. Най-силният. При серийно заваряване дължината на разтопения басейн постепенно се увеличава, ширината е най-голяма, когато разстоянието между петната е 0,8 mm, а ефектът на предварително загряване е най-очевиден, когато разстоянието между петната е 0,8 mm. Ефектът на силата на Марангони постепенно отслабва и повече метална течност тече от двете страни на разтопения басейн. Направете разпределението на ширината на стопилката по-равномерно. При паралелно заваряване ширината на разтопения басейн постепенно се увеличава, а дължината е максимална при 0,8 mm, но няма ефект на предварително загряване; връщането в близост до повърхността, причинено от силата на Марангони, винаги съществува, а връщането надолу в дъното на малката дупка постепенно изчезва; полето на потока на напречното сечение не е толкова добро, колкото То е силно в серията, смущението почти не засяга потока от двете страни на разтопения басейн и ширината на разтопеното е неравномерно разпределена.
Време на публикуване: 12 октомври 2023 г
