Предложен е методът за заваряване с двоен лъч, главно за решаване на адаптивността налазерно заваряванеза точност на сглобяване, подобряване на стабилността на процеса на заваряване и подобряване на качеството на заваръчния шев, особено за заваряване на тънки плочи и заваряване на алуминиева сплав. Двулъчевото лазерно заваряване може да използва оптични методи за разделяне на един и същ лазер на два отделни лъча светлина за заваряване. Може също така да използва два различни типа лазери за комбиниране, CO2 лазер, Nd:YAG лазер и полупроводников лазер с висока мощност. могат да се комбинират. Чрез промяна на енергията на лъча, разстоянието между лъчите и дори модела на разпределение на енергията на двата лъча, температурното поле на заваряване може да се регулира удобно и гъвкаво, променяйки модела на съществуване на дупките и модела на потока на течния метал в разтопения басейн , осигурявайки по-добро решение за процеса на заваряване. Голямото пространство за избор е несравнимо с еднолъчево лазерно заваряване. Той не само има предимствата на голямо проникване на лазерно заваряване, бърза скорост и висока прецизност, но също така има голяма адаптивност към материали и съединения, които са трудни за заваряване с конвенционално лазерно заваряване.
Принцип надвулъчево лазерно заваряване
Двулъчево заваряване означава използване на два лазерни лъча едновременно по време на процеса на заваряване. Разположението на лъча, разстоянието между лъчите, ъгълът между двата лъча, позицията на фокусиране и енергийното съотношение на двата лъча са всички подходящи настройки при двулъчево лазерно заваряване. параметър. Обикновено по време на процеса на заваряване обикновено има два начина за подреждане на двойните греди. Както е показано на фигурата, единият е подреден последователно по посока на заваряване. Това разположение може да намали скоростта на охлаждане на разтопения басейн. Намалява тенденцията за втвърдяване на заваръчния шев и генерирането на пори. Другият е да ги подредите една до друга или напречно от двете страни на заваръчния шев, за да подобрите адаптивността към заваръчната междина.
Принцип на двулъчево лазерно заваряване
Двулъчево заваряване означава използване на два лазерни лъча едновременно по време на процеса на заваряване. Разположението на лъча, разстоянието между лъчите, ъгълът между двата лъча, позицията на фокусиране и енергийното съотношение на двата лъча са всички подходящи настройки при двулъчево лазерно заваряване. параметър. Обикновено по време на процеса на заваряване обикновено има два начина за подреждане на двойните греди. Както е показано на фигурата, единият е подреден последователно по посока на заваряване. Това разположение може да намали скоростта на охлаждане на разтопения басейн. Намалява тенденцията за втвърдяване на заваръчния шев и генерирането на пори. Другият е да ги подредите една до друга или напречно от двете страни на заваръчния шев, за да подобрите адаптивността към заваръчната междина.
За тандемно подредена двулъчева лазерна заваръчна система има три различни заваръчни механизма в зависимост от разстоянието между предните и задните греди, както е показано на фигурата по-долу.
1. При първия тип заваръчен механизъм разстоянието между двата лъча светлина е относително голямо. Един светлинен лъч има по-голяма енергийна плътност и се фокусира върху повърхността на детайла, за да създаде дупки при заваряване; другият лъч светлина има по-малка енергийна плътност. Използва се само като източник на топлина за термична обработка преди или след заваряване. С помощта на този заваръчен механизъм скоростта на охлаждане на заваръчната вана може да се контролира в рамките на определен диапазон, което е от полза за заваряване на някои материали с висока чувствителност към пукнатини, като високо въглеродна стомана, легирана стомана и др., и може също така да подобри здравината на заваръчния шев.
2. При втория тип заваръчен механизъм фокусното разстояние между двата светлинни лъча е относително малко. Двата светлинни лъча произвеждат две независими ключови дупки в заваръчна вана, което променя модела на потока на течния метал и помага за предотвратяване на задръстването. Може да елиминира появата на дефекти като ръбове и издутини на заваръчните шевове и да подобри образуването на заваръчния шев.
3. При третия тип заваръчен механизъм разстоянието между двата лъча светлина е много малко. По това време двата лъча светлина създават една и съща ключалка в заваръчната вана. В сравнение с еднолъчевото лазерно заваряване, тъй като размерът на ключалката става по-голям и не е лесно да се затвори, процесът на заваряване е по-стабилен и газът се отделя по-лесно, което е от полза за намаляване на порите и пръскането и получаване на непрекъснато, равномерно и красиви заварки.
По време на процеса на заваряване двата лазерни лъча също могат да бъдат направени под определен ъгъл един спрямо друг. Механизмът за заваряване е подобен на механизма за заваряване с паралелен двоен лъч. Резултатите от теста показват, че чрез използване на два високомощни OO с ъгъл от 30° един спрямо друг и разстояние от 1 ~ 2 mm, лазерният лъч може да получи фуниевидна ключалка. Размерът на ключалката е по-голям и по-стабилен, което може ефективно да подобри качеството на заваряване. В практическите приложения взаимната комбинация на двата светлинни лъча може да се променя според различните условия на заваряване, за да се постигнат различни процеси на заваряване.
6. Метод за изпълнение на двулъчево лазерно заваряване
Получаването на двойни лъчи може да се получи чрез комбиниране на два различни лазерни лъча или един лазерен лъч може да бъде разделен на два лазерни лъча за заваряване с помощта на оптична спектрометрична система. За да се раздели лъч светлина на два успоредни лазерни лъча с различна мощност, може да се използва спектроскоп или някаква специална оптична система. Картината показва две схематични диаграми на принципите на разделяне на светлината, използващи фокусиращи огледала като разделители на лъча.
В допълнение, рефлекторът може да се използва и като разделител на лъча, а последният рефлектор в оптичния път може да се използва като разделител на лъча. Този тип рефлектор се нарича още покривен рефлектор. Неговата отразяваща повърхност не е плоска повърхност, а се състои от две равнини. Пресечната линия на двете отразяващи повърхности е разположена в средата на огледалната повърхност, подобно на билото на покрива, както е показано на фигурата. Лъч от паралелна светлина свети върху спектроскопа, отразява се от две равнини под различни ъгли, за да образува два светлинни лъча, и свети върху различни позиции на фокусиращото огледало. След фокусиране се получават два лъча светлина на определено разстояние върху повърхността на детайла. Чрез промяна на ъгъла между двете отразяващи повърхности и позицията на покрива могат да се получат разделени светлинни лъчи с различни фокусни разстояния и разположение.
При използване на два различни видалазерни лъчи to образуват двоен лъч, има много комбинации. Висококачествен CO2 лазер с гаусово разпределение на енергията може да се използва за основната заваръчна работа, а полупроводников лазер с правоъгълно разпределение на енергията може да се използва за подпомагане на термичната обработка. От една страна, тази комбинация е по-икономична. От друга страна, мощността на двата светлинни лъча може да се регулира независимо. За различни форми на фуги може да се получи регулируемо температурно поле чрез регулиране на припокриващата се позиция на лазера и полупроводниковия лазер, което е много подходящо за заваряване. Контрол на процесите. В допълнение, YAG лазер и CO2 лазер също могат да бъдат комбинирани в двоен лъч за заваряване, непрекъснат лазер и импулсен лазер могат да бъдат комбинирани за заваряване, а фокусираният лъч и дефокусираният лъч също могат да бъдат комбинирани за заваряване.
7. Принцип на двулъчево лазерно заваряване
3.1 Двулъчево лазерно заваряване на поцинкована ламарина
Поцинкованата ламарина е най-често използваният материал в автомобилната индустрия. Точката на топене на стоманата е около 1500°C, докато точката на кипене на цинка е само 906°C. Следователно, когато се използва методът на заваряване чрез стопяване, обикновено се генерира голямо количество цинкови пари, което води до нестабилност на процеса на заваряване. , образувайки пори в заваръчния шев. При препокриващи фуги, изпаряването на галванизирания слой се случва не само на горната и долната повърхност, но също така се случва и на повърхността на фугата. По време на процеса на заваряване, цинковите пари бързо излизат от повърхността на разтопения басейн в някои области, докато в други области е трудно за цинковите пари да излязат от разтопения басейн. На повърхността на басейна качеството на заваряване е много нестабилно.
Двулъчевото лазерно заваряване може да реши проблемите с качеството на заваряване, причинени от цинкови пари. Един метод е да се контролира времето на съществуване и скоростта на охлаждане на разтопения басейн чрез разумно съпоставяне на енергията на двата лъча, за да се улесни излизането на цинковите пари; другият метод е Освобождаване на цинкови пари чрез предварително пробиване или набраздяване. Както е показано на фигура 6-31, CO2 лазерът се използва за заваряване. YAG лазерът е пред CO2 лазера и се използва за пробиване на отвори или изрязване на канали. Предварително обработените отвори или жлебове осигуряват път за излизане на цинковите пари, генерирани по време на последващото заваряване, предотвратявайки оставането им в разтопения басейн и образуването на дефекти.
3.2 Двулъчево лазерно заваряване на алуминиева сплав
Поради специалните експлоатационни характеристики на материалите от алуминиеви сплави, има следните трудности при използването на лазерно заваряване [39]: алуминиевата сплав има ниска степен на абсорбция на лазера и първоначалната отразяваща способност на повърхността на лазерния лъч CO2 надвишава 90%; алуминиева сплав лазерни заваръчни шевове са лесни за производство Порьозност, пукнатини; изгаряне на легирани елементи по време на заваряване и др. При използване на единично лазерно заваряване е трудно да се установи ключалката и да се поддържа стабилност. Двулъчевото лазерно заваряване може да увеличи размера на ключалката, което затруднява затварянето на ключалката, което е от полза за газоразряда. Може също така да намали скоростта на охлаждане и да намали появата на пори и пукнатини при заваряване. Тъй като процесът на заваряване е по-стабилен и количеството пръски е намалено, формата на повърхността на заваръчния шев, получена чрез заваряване с двойна греда на алуминиеви сплави, също е значително по-добра от тази при заваряване с един лъч. Фигура 6-32 показва външния вид на заваръчния шев при челно заваряване на алуминиева сплав с дебелина 3 mm с помощта на еднолъчево лазерно заваряване с CO2 и двулъчево лазерно заваряване.
Изследванията показват, че при заваряване на алуминиева сплав от серия 5000 с дебелина 2 мм, когато разстоянието между двата греди е 0,6~1,0 мм, процесът на заваряване е относително стабилен и образуваният отвор на ключалката е по-голям, което благоприятства изпаряването и отделянето на магнезий по време на процеса на заваряване. Ако разстоянието между двата греди е твърде малко, процесът на заваряване на единичен лъч няма да бъде стабилен. Ако разстоянието е твърде голямо, проникването при заваряване ще бъде засегнато, както е показано на Фигура 6-33. В допълнение, енергийното съотношение на двата лъча също оказва голямо влияние върху качеството на заваряване. Когато двата лъча с разстояние от 0,9 мм са подредени последователно за заваряване, енергията на предишния лъч трябва да бъде подходящо увеличена, така че енергийното съотношение на двата лъча преди и след да е по-голямо от 1:1. Полезно е да се подобри качеството на заваръчния шев, да се увеличи площта на топене и все пак да се получи гладък и красив заваръчен шев, когато скоростта на заваряване е висока.
3.3 Двулъчево заваряване на плочи с различна дебелина
В промишленото производство често е необходимо да се заваряват две или повече метални плочи с различна дебелина и форма, за да се образува снадна плоча. Особено в автомобилното производство, приложението на индивидуално заварени заготовки става все по-широко разпространено. Чрез заваряване на плочи с различни спецификации, повърхностни покрития или свойства, силата може да бъде увеличена, консумативите намалени и качеството намалено. Лазерното заваряване на плочи с различна дебелина обикновено се използва при заваряване на панели. Основен проблем е, че плочите, които ще бъдат заварени, трябва да бъдат предварително оформени с високопрецизни ръбове и да осигурят високопрецизен монтаж. Използването на заваряване с двойна греда на плочи с различна дебелина може да се адаптира към различни промени в междините на плочите, челните съединения, относителните дебелини и материалите на плочите. Той може да заварява плочи с по-големи толеранси на ръбовете и междините и да подобрява скоростта на заваряване и качеството на заварката.
Основните параметри на процеса на заваряване на плочи с различна дебелина на Shuangguangdong могат да бъдат разделени на параметри на заваряване и параметри на плочи, както е показано на фигурата. Параметрите на заваряване включват мощността на двата лазерни лъча, скорост на заваряване, позиция на фокуса, ъгъл на заваръчната глава, ъгъл на въртене на лъча на челната връзка с двоен лъч и отместване на заваряване и т.н. Параметрите на платката включват размер на материала, производителност, условия на подрязване, празнини на дъската и т.н. Мощността на двата лазерни лъча може да се регулира отделно според различните цели на заваряване. Фокусната позиция обикновено се намира на повърхността на тънката плоча, за да се постигне стабилен и ефективен процес на заваряване. Ъгълът на заваръчната глава обикновено се избира да бъде около 6. Ако дебелината на двете плочи е относително голяма, може да се използва положителен ъгъл на заваръчната глава, т.е. лазерът е наклонен към тънката плоча, както е показано на снимката; когато дебелината на плочата е относително малка, може да се използва отрицателен ъгъл на заваръчната глава. Отместването при заваряване се определя като разстоянието между лазерния фокус и ръба на дебелата плоча. Чрез регулиране на отместването при заваряване, количеството на вдлъбнатината на заварката може да бъде намалено и може да се получи добро напречно сечение на заварката.
Когато заварявате плочи с големи празнини, можете да увеличите ефективния диаметър на нагряване на лъча чрез завъртане на двойния ъгъл на лъча, за да получите добри възможности за запълване на празнините. Ширината на горната част на заваръчния шев се определя от ефективния диаметър на лъча на двата лазерни лъча, тоест ъгълът на въртене на лъча. Колкото по-голям е ъгълът на въртене, толкова по-широк е диапазонът на нагряване на двойната греда и толкова по-голяма е ширината на горната част на заваръчния шев. Двата лазерни лъча играят различни роли в процеса на заваряване. Единият се използва главно за проникване в шева, докато другият се използва главно за разтопяване на дебелия пластинчат материал, за да запълни празнината. Както е показано на Фигура 6-35, под положителен ъгъл на въртене на лъча (предният лъч действа върху дебелата плоча, задният лъч действа върху заваръчния шев), предният лъч пада върху дебелата плоча, за да загрее и разтопи материала, и следното Лазерният лъч създава проникване. Първият лазерен лъч отпред може само частично да разтопи дебелата плоча, но той допринася значително за процеса на заваряване, тъй като не само разтопява страната на дебелата плоча за по-добро запълване на празнините, но също така съединява предварително материала на фугата, така че следните греди По-лесно е да се заваряват през фуги, което позволява по-бързо заваряване. При двулъчево заваряване с отрицателен ъгъл на завъртане (предният лъч действа върху заваръчния шев, а задният лъч действа върху дебелата плоча), двата лъча имат точно обратния ефект. Първата греда разтопява фугата, а втората греда разтопява дебелата плоча, за да я запълни. празнина. В този случай се изисква предният лъч да заварява през студената плоча и скоростта на заваряване е по-бавна, отколкото при използване на положителен ъгъл на завъртане на лъча. И поради ефекта на предварително загряване на предишния лъч, последният лъч ще разтопи повече дебел материал от плоча при същата мощност. В този случай мощността на последния лазерен лъч трябва да бъде съответно намалена. За сравнение, използването на положителен ъгъл на завъртане на лъча може подходящо да увеличи скоростта на заваряване, а използването на отрицателен ъгъл на завъртане на лъча може да постигне по-добро запълване на празнините. Фигура 6-36 показва влиянието на различните ъгли на въртене на лъча върху напречното сечение на заваръчния шев.
3.4 Двулъчево лазерно заваряване на големи дебели плочи С подобряването на нивото на лазерната мощност и качеството на лъча, лазерното заваряване на големи дебели плочи стана реалност. Въпреки това, тъй като лазерите с висока мощност са скъпи и заваряването на големи дебели плочи обикновено изисква добавъчен метал, съществуват определени ограничения в действителното производство. Използването на технология за лазерно заваряване с двоен лъч може не само да увеличи мощността на лазера, но и да увеличи ефективния диаметър на нагряване на лъча, да увеличи способността за топене на тел за пълнене, да стабилизира лазерната ключалка, да подобри стабилността на заваряването и да подобри качеството на заваряване.
Време на публикуване: 29 април 2024 г
