În comparație cu tehnologia tradițională de sudare,sudare cu laserare avantaje de neegalat în ceea ce privește precizia sudurii, eficiența, fiabilitatea, automatizarea și alte aspecte. În ultimii ani, s-a dezvoltat rapid în domeniile automobile, energie, electronică și alte domenii și este considerată una dintre cele mai promițătoare tehnologii de producție din secolul 21.
1. Prezentare generală a fasciculului dublusudare cu laser
Fascicul dublusudare cu lasereste de a folosi metode optice pentru a separa același laser în două fascicule separate de lumină pentru sudare sau de a utiliza două tipuri diferite de lasere pentru a combina, cum ar fi laserul CO2, laserul Nd: YAG și laserul cu semiconductor de mare putere. Toate pot fi combinate. S-a propus în principal să rezolve adaptabilitatea sudării cu laser la precizia asamblarii, să îmbunătățească stabilitatea procesului de sudare și să îmbunătățească calitatea sudurii. Fasă dublăsudare cu laserpoate regla în mod convenabil și flexibil câmpul temperaturii de sudare prin modificarea raportului de energie al fasciculului, distanța dintre fascicule și chiar modelul de distribuție a energiei a celor două fascicule laser, schimbând modelul de existență al găurii cheii și modelul de curgere al metalului lichid în bazinul topit. Oferă o gamă mai largă de procese de sudare. Nu numai că are avantajele de maresudare cu laserpenetrare, viteză mare și precizie ridicată, dar este potrivit și pentru materiale și îmbinări greu de sudat cu cele convenționale.sudare cu laser.
Pentru fascicul dublusudare cu laser, discutăm mai întâi despre metodele de implementare a laserului cu fascicul dublu. Literatura cuprinzătoare arată că există două modalități principale de a realiza sudarea cu fascicul dublu: focalizarea prin transmisie și focalizarea prin reflexie. Mai exact, una se realizează prin ajustarea unghiului și a distanței dintre două lasere prin oglinzi de focalizare și oglinzi colimatoare. Celălalt se realizează prin utilizarea unei surse laser și apoi focalizarea prin oglinzi reflectorizante, oglinzi transmisive și oglinzi în formă de pană pentru a obține fascicule duble. Pentru prima metodă, există în principal trei forme. Prima formă este de a cupla două lasere prin fibre optice și de a le împărți în două fascicule diferite sub aceeași oglindă de colimare și oglindă de focalizare. Al doilea este că două lasere emit fascicule laser prin capetele lor de sudură respective, iar un fascicul dublu este format prin ajustarea poziției spațiale a capetelor de sudură. A treia metodă este că fasciculul laser este mai întâi împărțit prin două oglinzi 1 și 2, apoi focalizat de două oglinzi de focalizare 3 și, respectiv, 4. Poziția și distanța dintre cele două puncte focale pot fi ajustate prin ajustarea unghiurilor celor două oglinzi de focalizare 3 și 4. A doua metodă este să utilizați un laser cu stare solidă pentru a împărți lumina pentru a obține fascicule duble și ajustați unghiul și distanță printr-o oglindă perspectivă și o oglindă de focalizare. Ultimele două imagini din primul rând de mai jos arată sistemul spectroscopic al unui laser CO2. Oglinda plată este înlocuită cu o oglindă în formă de pană și plasată în fața oglinzii de focalizare pentru a diviza lumina pentru a obține lumină paralelă cu două fascicule.
După ce am înțeles implementarea grinzilor duble, să introducem pe scurt principiile și metodele de sudare. În fascicul dublusudare cu laserproces, există trei aranjamente de fascicule comune, și anume aranjament în serie, aranjament paralel și aranjament hibrid. pânză, adică există o distanță atât în direcția de sudare, cât și în direcția verticală de sudare. După cum se arată în ultimul rând al figurii, în funcție de diferitele forme de găuri mici și bazine de topire care apar sub distanțe diferite ale punctelor în timpul procesului de sudare în serie, acestea pot fi împărțite în continuare în topituri unice. Există trei stări: bazin, bazin topit comun și bazin topit separat. Caracteristicile bazinului topit unic și bazinului topit separat sunt similare cu cele ale unui singur bazinsudare cu laser, așa cum se arată în diagrama de simulare numerică. Există diferite efecte de proces pentru diferite tipuri.
Tip 1: La o anumită distanță, două găuri de cheie formează o gaură mare comună în același bazin topit; pentru tipul 1, se raportează că un fascicul de lumină este utilizat pentru a crea o gaură mică, iar celălalt fascicul de lumină este utilizat pentru tratamentul termic de sudare, care poate îmbunătăți în mod eficient proprietățile structurale ale oțelului cu conținut ridicat de carbon și ale oțelului aliat.
Tip 2: Măriți distanța dintre puncte în același bazin topit, separați cele două grinzi în două găuri independente și modificați modelul de curgere al bazinului topit; pentru tipul 2, funcția sa este echivalentă cu sudarea cu două fascicule de electroni, reduce stropirea de sudură și sudurile neregulate la distanța focală corespunzătoare.
Tip 3: Măriți și mai mult distanța dintre puncte și modificați raportul de energie al celor două fascicule, astfel încât una dintre cele două fascicule să fie folosită ca sursă de căldură pentru a efectua procesarea pre-sudare sau post-sudare în timpul procesului de sudare, iar cealaltă grindă este folosit pentru a genera găuri mici. Pentru tipul 3, studiul a constatat că cele două grinzi formează o gaură a cheii, gaura mică nu este ușor de prăbușit, iar sudura nu este ușor de a produce pori.
2. Influența procesului de sudare asupra calității sudurii
Efectul raportului fascicul serial-energie asupra formării cordonului de sudură
Când puterea laserului este de 2 kW, viteza de sudare este de 45 mm/s, valoarea defocalizării este de 0 mm și distanța dintre fascicule este de 3 mm, forma suprafeței de sudură la schimbarea RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) este la fel prezentată în figură. Când RS=0,50 și 2,00, sudura este îndoită într-o măsură mai mare și există mai multe stropi pe marginea sudurii, fără a forma modele regulate de solzi de pește. Acest lucru se datorează faptului că atunci când raportul de energie al fasciculului este prea mic sau prea mare, energia laserului este prea concentrată, determinând ca orificiul laser să oscileze mai serios în timpul procesului de sudare, iar presiunea de recul a aburului provoacă ejectarea și stropirea topitului. metal de bazin în bazinul topit; Aportul excesiv de căldură face ca adâncimea de penetrare a bazinului topit pe partea din aliaj de aluminiu să fie prea mare, provocând o depresiune sub acțiunea gravitației. Când RS=0,67 și 1,50, modelul solzilor de pește de pe suprafața de sudură este uniform, forma sudurii este mai frumoasă și nu există fisuri la cald, pori și alte defecte de sudură vizibile pe suprafața de sudare. Formele secțiunii transversale ale sudurilor cu diferite rapoarte de energie a fasciculului RS sunt cele prezentate în figură. Secțiunea transversală a sudurilor este într-o formă tipică de „sticlă de vin”, indicând faptul că procesul de sudare se desfășoară în modul de sudare cu penetrare adâncă cu laser. RS are o influență importantă asupra adâncimii de pătrundere P2 a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu. Când raportul de energie al fasciculului RS=0,5, P2 este de 1203,2 microni. Când raportul de energie al fasciculului este RS=0,67 și 1,5, P2 este redus semnificativ, care sunt 403,3 microni și, respectiv, 93,6 microni. Când raportul de energie al fasciculului este RS=2, adâncimea de penetrare a sudurii a secțiunii transversale a îmbinării este de 1151,6 microni.
Efectul raportului fascicul paralel-energie asupra formării cordonului de sudură
Când puterea laserului este de 2,8 kW, viteza de sudare este de 33 mm/s, cantitatea de defocalizare este de 0 mm și distanța dintre fascicule este de 1 mm, suprafața de sudare se obține prin modificarea raportului de energie al fasciculului (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) Aspectul este prezentat în figură. Când RS=2, modelul solzilor de pește de pe suprafața sudurii este relativ neregulat. Suprafața sudurii obținute prin celelalte cinci rapoarte diferite de energie a fasciculului este bine formată și nu există defecte vizibile, cum ar fi porii și stropii. Prin urmare, în comparație cu dual-beam serialsudare cu laser, suprafața de sudare folosind grinzi duble paralele este mai uniformă și mai frumoasă. Când RS=0,25, există o ușoară depresiune în sudură; pe măsură ce raportul de energie al fasciculului crește treptat (RS=0,5, 0,67 și 1,5), suprafața sudurii este uniformă și nu se formează nicio depresiune; totuși, atunci când raportul de energie al fasciculului crește în continuare (RS=1,50, 2,00), dar există depresiuni pe suprafața sudurii. Când raportul de energie al fasciculului RS=0,25, 1,5 și 2, forma secțiunii transversale a sudurii este „în formă de pahar de vin”; când RS=0,50, 0,67 și 1, forma secțiunii transversale a sudurii este „în formă de pâlnie”. Când RS=4, nu numai că se generează fisuri în partea inferioară a sudurii, ci și unii pori sunt generați în partea mijlocie și inferioară a sudurii. Când RS=2, în interiorul sudurii apar pori mari de proces, dar nu apar fisuri. Când RS=0,5, 0,67 și 1,5, adâncimea de penetrare P2 a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu este mai mică, iar secțiunea transversală a sudurii este bine formată și nu se formează defecte evidente de sudare. Acestea arată că raportul de energie al fasciculului în timpul sudării paralele cu laser cu fascicul dublu are, de asemenea, un impact important asupra pătrunderii sudurii și a defectelor de sudare.
Grinda paralelă – efectul distanței dintre fascicule asupra formării cordonului de sudură
Când puterea laserului este de 2,8 kW, viteza de sudare este de 33 mm/s, valoarea defocalizării este de 0 mm și raportul de energie al fasciculului RS=0,67, modificați distanța dintre fascicule (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) pentru a obține morfologia suprafeței de sudură așa cum se arată în imagine. Când d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, suprafața sudurii este netedă și plată, iar forma este frumoasă; modelul solzilor de pește al sudurii este obișnuit și frumos și nu există pori vizibili, fisuri și alte defecte. Prin urmare, în condițiile de distanță de patru fascicule, suprafața de sudură este bine formată. În plus, când d=2 mm, se formează două suduri diferite, ceea ce arată că cele două fascicule laser paralele nu mai acționează asupra unui bazin topit și nu mai pot forma o sudare hibridă laser cu fascicul dublu eficient. Când distanța dintre fascicule este de 0,5 mm, sudura este „în formă de pâlnie”, adâncimea de penetrare P2 a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu este de 712,9 microni și nu există fisuri, pori și alte defecte în interiorul sudurii. Pe măsură ce distanța dintre fascicule continuă să crească, adâncimea de penetrare P2 a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu scade semnificativ. Când distanța dintre fascicule este de 1 mm, adâncimea de penetrare a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu este de numai 94,2 microni. Pe măsură ce distanța dintre fascicule crește și mai mult, sudura nu formează o penetrare eficientă pe partea din aliaj de aluminiu. Prin urmare, atunci când distanța dintre fascicule este de 0,5 mm, efectul de recombinare a fasciculului dublu este cel mai bun. Pe măsură ce distanța dintre fascicule crește, aportul de căldură de sudare scade brusc, iar efectul de recombinare cu laser cu două fascicule se înrăutățește treptat.
Diferența de morfologie a sudurii este cauzată de curgerea diferită și solidificarea prin răcire a bazinului topit în timpul procesului de sudare. Metoda de simulare numerică nu numai că poate face analiza stresului bazinului topit mai intuitivă, ci și poate reduce costul experimental. Imaginea de mai jos arată modificările în bazinul de topire lateral cu un singur fascicul, aranjamente diferite și distanță între puncte. Principalele concluzii includ: (1) În timpul unui singur fasciculsudare cu laserproces, adâncimea găurii topite a piscinei este cea mai adâncă, există un fenomen de colaps al găurii, peretele găurii este neregulat, iar distribuția câmpului de curgere lângă peretele găurii este neuniformă; în apropierea suprafeței din spate a bazinului topit. distribuția câmpului de curgere a bazinului topit de suprafață este relativ uniformă și lentă, iar lățimea bazinului topit este neuniformă pe direcția adâncimii. Există perturbări cauzate de presiunea de recul a peretelui în bazinul topit între găurile mici din fascicul dublusudare cu laser, și există întotdeauna de-a lungul direcției de adâncime a găurilor mici. Pe măsură ce distanța dintre cele două fascicule continuă să crească, densitatea de energie a fasciculului trece treptat de la un pic unic la o stare de vârf dublu. Există o valoare minimă între cele două vârfuri, iar densitatea de energie scade treptat. (2) Pentru fascicul dublusudare cu laser, când distanța dintre puncte este de 0-0,5 mm, adâncimea găurilor mici a bazinului topit scade ușor, iar comportamentul general al curgerii bazinului topit este similar cu cel al unui singur fascicul.sudare cu laser; când distanța dintre puncte este mai mare de 1 mm, găurile mici sunt complet separate, iar în timpul procesului de sudare Nu există aproape nicio interacțiune între cele două lasere, ceea ce este echivalent cu două suduri laser consecutive/două paralele cu un singur fascicul cu o putere de 1750W. Aproape că nu există efect de preîncălzire, iar comportamentul curgerii bazinului topit este similar cu cel al sudării cu laser cu un singur fascicul. (3) Când distanța dintre puncte este de 0,5-1 mm, suprafața peretelui găurilor mici este mai plată în cele două aranjamente, adâncimea găurilor mici scade treptat, iar fundul se separă treptat. Perturbația dintre găurile mici și curgerea bazinului topit de suprafață este de 0,8 mm. Cel mai puternic. Pentru sudarea în serie, lungimea bazinului topit crește treptat, lățimea este cea mai mare atunci când distanța dintre puncte este de 0,8 mm, iar efectul de preîncălzire este cel mai evident când distanța dintre puncte este de 0,8 mm. Efectul forței Marangoni slăbește treptat și mai mult lichid metalic curge pe ambele părți ale bazinului topit. Faceți distribuția lățimii topiturii mai uniformă. Pentru sudarea paralelă, lățimea bazinului topit crește treptat, iar lungimea este maximă la 0,8 mm, dar nu există efect de preîncălzire; refluxul în apropierea suprafeței cauzat de forța Marangoni există întotdeauna, iar refluxul în jos în fundul găurii mici dispare treptat; câmpul de curgere în secțiune transversală nu este la fel de bun ca Este puternic în serie, perturbarea afectează cu greu debitul de pe ambele părți ale bazinului topit, iar lățimea topită este distribuită neuniform.
Ora postării: Oct-12-2023
