Comparativ cu tehnologia tradițională de sudare,sudură cu laserare avantaje de neegalat în ceea ce privește precizia, eficiența, fiabilitatea, automatizarea și alte aspecte ale sudării. În ultimii ani, s-a dezvoltat rapid în domeniile automobilelor, energiei, electronicii și altor domenii și este considerată una dintre cele mai promițătoare tehnologii de fabricație din secolul XXI.
1. Prezentare generală a grinzilor dublesudură cu laser
Grindă dublăsudură cu laserconstă în utilizarea metodelor optice pentru a separa același laser în două fascicule separate de lumină pentru sudare sau în utilizarea a două tipuri diferite de lasere pentru combinare, cum ar fi laserul CO2, laserul Nd:YAG și laserul semiconductor de mare putere. Toate pot fi combinate. S-a propus în principal rezolvarea adaptării sudării cu laser la precizia de asamblare, îmbunătățirea stabilității procesului de sudare și îmbunătățirea calității sudurii. Fascicul dublusudură cu laserpoate ajusta convenabil și flexibil câmpul de temperatură de sudare prin modificarea raportului energiei fasciculului, a distanței dintre fascicule și chiar a modelului de distribuție a energiei celor două fascicule laser, modificând modelul de prezență a orificiului de cheie și modelul de curgere a metalului lichid în baia topită. Oferă o gamă mai largă de procese de sudare. Nu numai că are avantajele unei game largi de...sudură cu laserpenetrare, viteză mare și precizie ridicată, dar este potrivit și pentru materiale și îmbinări dificil de sudat cu metode convenționalesudură cu laser.
Pentru grindă dublăsudură cu laser, vom discuta mai întâi metodele de implementare a laserului cu fascicul dublu. Literatura de specialitate 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 de colimare. Cealaltă 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 constă în cuplarea a două lasere prin fibre optice și împărțirea lor în două fascicule diferite sub aceeași oglindă de colimare și oglindă de focalizare. A doua este că două lasere emit fascicule laser prin capetele lor de sudură respective, iar un fascicul dublu se formează prin ajustarea poziției spațiale a capetelor de sudură. A treia metodă constă în faptul 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 constă în utilizarea unui laser în stare solidă pentru a diviza lumina și a obține fascicule duble și ajustarea unghiului și a distanței printr-o oglindă perspectivă și o oglindă de focalizare. Ultimele două imagini din primul rând de mai jos prezintă sistemul spectroscopic al unui laser CO2. Oglinda plană este înlocuită cu o oglindă în formă de pană și plasată în fața oglinzii de focalizare pentru a diviza lumina și a obține lumină paralelă cu fascicul dublu.
După ce am înțeles implementarea grinzilor duble, să introducem pe scurt principiile și metodele de sudare. În cazul grinzilor dublesudură cu laserÎn acest proces, există trei aranjamente comune ale fasciculelor, și anume aranjamentul serial, aranjamentul paralel și aranjamentul hibrid. Există o distanță atât în direcția de sudare, cât și în direcția verticală a sudării. După cum se arată în ultimul rând al figurii, în funcție de diferitele forme ale găurilor mici și ale bălților de topitură care apar la distanțe diferite între puncte în timpul procesului de sudare serială, acestea pot fi împărțite în continuare în topituri individuale. Există trei stări: bălți, bălți de topitură comune și bălți de topitură separate. Caracteristicile bălților de topitură individuale și ale bălților de topitură separate sunt similare cu cele ale bălților de topitură individuale.sudură cu laser, așa cum se arată în diagrama simulării numerice. Există diferite efecte de proces pentru diferite tipuri.
Tipul 1: Sub o anumită distanță între puncte, două găuri de cheie ale fasciculului formează o gaură de cheie mare comună în aceeași baie topită; 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, ceea ce poate îmbunătăți eficient proprietățile structurale ale oțelului cu conținut ridicat de carbon și ale oțelului aliat.
Tipul 2: Măriți distanța dintre puncte în aceeași baie de material topit, separați cele două fascicule în două orificii independente și modificați modelul de curgere al băii de material topit; pentru tipul 2, funcția sa este echivalentă cu sudarea cu două fascicule de electroni, Reduce stropii de sudură și sudurile neregulate la distanța focală corespunzătoare.
Tipul 3: Măriți și mai mult distanța dintre puncte și modificați raportul energetic al celor două grinzi, astfel încât una dintre cele două grinzi să fie utilizată ca sursă de căldură pentru a efectua procesarea pre-sudură sau post-sudură în timpul procesului de sudare, iar cealaltă grindă să fie utilizată pentru a genera găuri mici. Pentru tipul 3, studiul a constatat că cele două grinzi formează o gaură de cheie, gaura mică nu se prăbușește ușor, iar sudura nu produce ușor pori.
2. Influența procesului de sudare asupra calității sudării
Efectul raportului fascicul serial-energie asupra formării cusăturii de sudură
Când puterea laserului este de 2 kW, viteza de sudare este de 45 mm/s, gradul de defocalizare este de 0 mm, iar distanța dintre fascicul este de 3 mm, forma suprafeței de sudură la schimbarea RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) este așa cum se arată 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 energiei fasciculului este prea mic sau prea mare, energia laserului este prea concentrată, determinând oscilarea mai puternică a orificiului laserului în timpul procesului de sudare, iar presiunea de recul a aburului provoacă ejecția și stropirea metalului topit în baia topită; Intrarea excesivă de căldură face ca adâncimea de penetrare a băii topite pe partea aliajului de aluminiu să fie prea mare, provocând o depresiune sub acțiunea gravitației. Când RS=0,67 și 1,50, modelul de solzi de pe suprafața sudurii este uniform, forma sudurii este mai frumoasă și nu există fisuri vizibile la sudură, pori sau alte defecte de sudură pe suprafața sudurii. Formele secțiunii transversale a sudurilor cu diferite rapoarte de energie a fasciculului RS sunt așa cum se arată în figură. Secțiunea transversală a sudurilor are o formă tipică de „pahar de vin”, indicând faptul că procesul de sudare se efectuează în modul de sudare cu penetrare profundă cu laser. RS are o influență importantă asupra adâncimii de penetrare P2 a sudurii pe partea din aliaj de aluminiu. Când raportul de energie a fasciculului RS=0,5, P2 este de 1203,2 microni. Când raportul de energie a fasciculului este RS=0,67 și 1,5, P2 este redus semnificativ, fiind de 403,3 microni, respectiv 93,6 microni. Când raportul de energie a fasciculului este RS=2, adâncimea de penetrare a sudurii în secțiunea transversală a îmbinării este de 1151,6 microni.
Efectul raportului energie-fascicul paralel asupra formării cusăturii de sudură
Când puterea laserului este de 2,8 kW, viteza de sudare este de 33 mm/s, gradul de defocalizare este de 0 mm și distanța dintre fascicul este de 1 mm, suprafața sudurii este obținută 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 de solzi de pește de pe suprafața sudurii este relativ neregulat. Suprafața sudurii obținută prin celelalte cinci rapoarte diferite de energie a fasciculului este bine formată și nu există defecte vizibile, cum ar fi pori și stropi. Prin urmare, în comparație cu fasciculul dublu serial...sudură cu laser, suprafața sudurii utilizând fascicule duble paralele este mai uniformă și mai frumoasă. Când RS=0,25, există o ușoară depresiune în sudură; pe măsură ce raportul energiei fasciculului crește treptat (RS=0,5, 0,67 și 1,5), suprafața sudurii este uniformă și nu se formează nicio depresiune; cu toate acestea, când raportul energiei fasciculului crește în continuare (RS=1,50, 2,00), există depresiuni pe suprafața sudurii. Când raportul energiei 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 pori 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 aliajului 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 energiei fasciculului în timpul sudării cu laser cu fascicul dublu paralel are, de asemenea, un impact important asupra penetrării sudurii și a defectelor de sudare.
Grindă paralelă – efectul distanței dintre grinzi asupra formării cusăturii de sudură
Când puterea laserului este de 2,8 kW, viteza de sudare este de 33 mm/s, gradul de defocalizare este de 0 mm și raportul energiei fasciculului RS = 0,67, modificați distanța dintre fascicul (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) pentru a obține morfologia suprafeței sudurii așa cum se arată în imagine. Când d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, suprafața sudurii este netedă și plană, iar forma este frumoasă; modelul de solzi de pește al sudurii este regulat și frumos, și nu există pori, fisuri sau alte defecte vizibile. Prin urmare, în cele patru condiții de distanțare a fasciculului, suprafața sudurii 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 unei băi de material topit și nu pot forma o sudare hibridă cu laser cu fascicul dublu eficientă. Când distanța dintre fascicule este de 0,5 mm, sudura are „formă de pâlnie”, adâncimea de penetrare P2 a sudurii pe partea aliajului de aluminiu este de 712,9 microni și nu există fisuri, pori sau alte defecte în interiorul sudurii. Pe măsură ce distanța dintre fascicule continuă să crească, adâncimea de penetrare P2 a sudurii pe partea aliajului de aluminiu scade semnificativ. Când distanța dintre fascicule este de 1 mm, adâncimea de penetrare a sudurii pe partea aliajului de aluminiu este de numai 94,2 microni. Pe măsură ce distanța dintre fascicule crește în continuare, sudura nu formează o penetrare eficientă pe partea aliajului de aluminiu. Prin urmare, 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 la sudură scade brusc, iar efectul de recombinare a laserului cu două fascicule se agravează treptat.
Diferența în morfologia sudurii este cauzată de curgerea diferită și de solidificarea prin răcire a băii de topit în timpul procesului de sudare. Metoda de simulare numerică nu numai că poate face analiza tensiunilor din baia de topit mai intuitivă, dar poate reduce și costul experimental. Imaginea de mai jos prezintă modificările băii laterale de topit cu un singur fascicul, diferite aranjamente și spațiere a punctelor. Principalele concluzii includ: (1) În timpul sudării cu un singur fasciculsudură cu laserÎn acest proces, adâncimea găurii băii topite este cea mai mare, există un fenomen de prăbușire a găurii, peretele găurii este neregulat, iar distribuția câmpului de curgere în apropierea peretelui găurii este inegală; în apropierea suprafeței posterioare a băii topite, refluxul este puternic și există o refluxure ascendentă la baza băii topite; distribuția câmpului de curgere la suprafața băii topite este relativ uniformă și lentă, iar lățimea băii topite este inegală de-a lungul direcției adâncimii. Există perturbări cauzate de presiunea de recul a peretelui băii topite dintre găurile mici din grinda dublă.sudură cu laserși există întotdeauna de-a lungul direcției adâncimii găurilor mici. Pe măsură ce distanța dintre cele două fascicule continuă să crească, densitatea de energie a fasciculului trece treptat de la un vârf simplu la o stare cu vârf dublu. Există o valoare minimă între cele două vârfuri, iar densitatea de energie scade treptat. (2) Pentru fascicul dublusudură cu laser, când distanța dintre puncte este de 0-0,5 mm, adâncimea găurilor mici din baia topită scade ușor, iar comportamentul general al curgerii în baia topită este similar cu cel al unei singure grinzisudură cu laserCând 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 cu un singur fascicul consecutive/două paralele cu o putere de 1750 W. Nu există aproape niciun efect de preîncălzire, iar comportamentul de curgere a băii topite 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 partea de jos se separă treptat. Perturbarea dintre găurile mici și curgerea băii topite de suprafață este de 0,8 mm. Cel mai puternic. Pentru sudarea în serie, lungimea băii topite 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 atunci când distanța dintre puncte este de 0,8 mm. Efectul forței Marangoni slăbește treptat, iar mai mult lichid metalic curge pe ambele părți ale băii topite. Distribuția lățimii topiturii este mai uniformă. Pentru sudarea paralelă, lățimea băii de material topit crește treptat, iar lungimea este maximă la 0,8 mm, dar nu există niciun efect de preîncălzire; refluxul în apropierea suprafeței cauzat de forța Marangoni există întotdeauna, iar refluxul descendent în partea de jos a găurii mici dispare treptat; câmpul de curgere transversal nu este la fel de bun ca în serie, perturbația afectează cu greu curgerea pe ambele părți ale băii de material topit, iar lățimea materialului topit este distribuită neuniform.
Data publicării: 12 oct. 2023
