Като усъвършенстван инструмент за обработка, лазерът играе все по-важна роля в областта на индустриалното заваряване. Въпреки че традиционната технология за лазерно заваряване може да контролира тези дефекти до известна степен, нейният ефект често е ограничен от фиксираните параметри и процеси на заваряване. През последните години появата на технологията за лазерно заваряване с люлеене предоставя ново решение за контрол на заваръчните дефекти. Чрез въвеждането на люлеенето на лазерния лъч по време на процеса на заваряване, технологията може значително да подобри динамичните характеристики на заваръчната вана, като по този начин оптимизира качеството на заваряване. Технологията за лазерно заваряване с люлеене се основава главно на прецизния контрол на лазерния лъч и технологията за люлеене, за да се постигне ефективно и висококачествено заваряване.
Подобряване на външния вид:
По време напроцес на заваряване, лазерният лъч се завърта бързо и прецизно, за да покрие цялата зона на заваряване. Когато лъчът се движи по посока на заваръчния шев, той осцилира в различни форми, като например кръг, осмица и спирала. Чен и др. използваха лазер с въртящ се лъч за заваряване на различни алуминиеви сплави и в сравнение със заваряването без въртящ се лазер, морфологията на предния и задния заваръчен шев при лазерното заваряване с въртящ се лъч е значително подобрена. Освен това, напречното лазерно заваряване с въртящ се лъч се използва за увеличаване на адаптивността на хлабината на канала. При някои детайли с проводима връзка е необходимо да се разшири зоната на свръхток, също така е необходимо да се разшири металната свързваща повърхност и също така е необходимо лазерното заваряване да се завърти, за да се направи металната свързваща повърхност „U“.
1. (а) и (б) статистика на морфологията на напречното сечение на заваръчния шев и размера на заваръчния шев при различни режими на люлеене; (в) Формиране на горната повърхност на заваръчния шев при различни режими на люлеене.
Подобряване на лошото сливане на страничните стени:
Дефектът от неслепване на страничните стени е лесно срещан при традиционното лазерно заваряване с тесен процеп на средно дебели плочи. Причината е неравномерното разпределение на лазерната енергия в отвора, като влаганата топлина в центъра на жлеба е голяма, а влаганата топлина в страничната стена на жлеба е малка, което не може да доведе до добра комбинация. Ключовата мярка за решаване на дефекта на неслепената странична стена е увеличаването на влаганата топлина в страничната стена. В процеса на лазерно заваряване, чрез люлеене на лъча може да се постигне по-разумно разпределение на енергията на лазерния лъч върху повърхността на детайла. Когато ширината на жлеба се промени, амплитудата на люлеене на лъча се регулира, за да съответства на ширината на жлеба, за да се осигури ефективно влагане на топлина в страничната стена.
2. Макроскопско изображение на заваръчния шев от първия слой (L1) до седмия слой (L7) при лазерно заваряване със или без трептене.
Намаляване на дефектите на порьозност:
Механизмът на инхибиране на лазерното колебание върху заваръчните пори може да се отдаде на подобряване на стабилността на малките отвори и подобряване на течливостта на течния метал. Фигура 3 показва поведението на потока на разтопената вана, показано от частиците на трасера по време на процеса на заваряване. Въртенето на светлинния лъч кара малкия отвор да образува високочестотно и високоскоростно въртеливо движение в разбъркване, което насърчава преливането на мехурчетата и има ефект на „улавяне“ върху втвърдените пори. В същото време, въртенето на светлинния лъч увеличава площта на малкия отвор и намалява вероятността от неговата нестабилност да се срути, за да се образуват мехурчета.
3. (a) и (b) траектории на трасиращи частици по време на заваряване; Площ на отвора за ключалка: (c) без люлеещ се лазер (d) люлеещ се лазер.
Намаляване на дефектите от пукнатини:
Термичната пукнатина е вид дефект, образуван в процеса на заваряване поради взаимодействието на вътрешно напрежение и металургични фактори, който често се среща в зоната, засегната от топлина (ЗТВ) на заваряване. Образуването на такива пукнатини е свързано с уязвимостта на материала при високи температури, напрежението при заваряване и химичния състав на материала. Традиционната технология за лазерно заваряване може да доведе до термични пукнатини в процеса на заваряване, главно поради следните причини: Първо, поради високото енергийно натоварване на лазерното заваряване, което води до бързо нагряване и охлаждане на зоната на заваряване, водещо до голям термичен градиент и термично напрежение; Второ, металургичната реакция в процеса на заваряване може да доведе до сегрегация на примесни елементи с ниска точка на топене, образувайки крехка фаза и увеличавайки чувствителността на пукнатините. И накрая, бързото втвърдяване на материала може да доведе до хетерогенност на микроструктурата, а посоката на растеж на колоновидните кристали е от разтопената вана към центъра, както е показано на Фигура 4. В този случай чувствителността към напукване се увеличава значително.
4. Режим на втвърдяване при лазерно заваряване (а) конвенционално лазерно заваряване (б) суинг лазерно заваряване.
Технологията за осцилиращо лазерно заваряване може ефективно да намали или елиминира появата на горещи пукнатини чрез въвеждане на осцилиращ лазерен лъч. По време на процеса на осцилиращо лазерно заваряване, периодичното трептене на лазерния лъч може да насърчи потока на метала в разтопената вана, като по този начин подобри еднородността на микроструктурата, а зърната растат коаксиално в центъра на разтопената вана, както е показано на Фигура 5. Тези коаксиални зърна действат като защитна бариера, предотвратяваща разпространението на пукнатини, и действат като топлоизолационен слой, за да предотвратят по-нататъшното им разпространение. В същото време, осцилиращият лазер помага за намаляване на образуването на крехка фаза поради сегрегация на компонентите, намалявайки риска от термично напукване.
5. (A) характеристики на микроструктурата на втвърдяване на конвенционални лазерни заваръчни шевове (B) характеристики на микроструктурата на втвърдяване на лазерни заваръчни шевове с въртящо се движение (CCW).
В сравнение с лазерното самозаваряване, технологията за лазерно заваряване с въртящ се лъч е призната за ефективен начин за намаляване на тенденцията за порьозност и подобряване на дефектите, като например несплавяване на страничните стени. Благодарение на разбъркващия ефект на лъча върху разтопената вана, тя има значителни предимства за подобряване на съвпадението на хлабините, подобряване на еднородността на микроструктурата и рафиниране на зърното. Приложението на технологията за лазерно заваряване с въртящ се лъч може да направи лазерното заваряване по-широко използвано и може да се постигне лазерно ефективно прецизно заваряване за по-големи детайли и по-широки заваръчни шевове, т.е. основният процес и точността на сглобяване на продукта са намалени.
Време на публикуване: 21 февруари 2025 г.
