Metoda de sudare cu fascicul dublu este propusă, în principal, pentru a rezolva adaptabilitateasudură cu laserpentru precizia de asamblare, îmbunătățirea stabilității procesului de sudare și îmbunătățirea calității sudurii, în special pentru sudarea plăcilor subțiri și a aliajelor de aluminiu. Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate utiliza metode optice pentru a separa același laser în două fascicule separate de lumină pentru sudare. De asemenea, poate utiliza două tipuri diferite de lasere pentru combinare: laser CO2, laser Nd:YAG și laser semiconductor de mare putere. Prin modificarea energiei fasciculului, a distanței dintre fascicule și chiar a modelului de distribuție a energiei celor două fascicule, câmpul de temperatură de sudare poate fi ajustat convenabil și flexibil, modificând modelul de prezență a găurilor și modelul de curgere a metalului lichid în baia topită, oferind o soluție mai bună pentru procesul de sudare. Spațiul vast de alegere este de neegalat de sudarea cu laser cu un singur fascicul. Nu numai că are avantajele unei penetrări mari a sudării cu laser, vitezei mari și preciziei ridicate, dar are și o mare adaptabilitate la materiale și îmbinări care sunt dificil de sudat cu sudarea convențională cu laser.
Principiulsudarea cu laser cu fascicul dublu
Sudarea cu fascicul dublu înseamnă utilizarea a două fascicule laser în același timp în timpul procesului de sudare. Aranjamentul fasciculului, distanța dintre fascicule, unghiul dintre cele două fascicule, poziția de focalizare și raportul energetic al celor două fascicule sunt toate setări relevante în sudarea cu laser cu fascicul dublu. În mod normal, în timpul procesului de sudare, există în general două moduri de aranjare a fasciculelor duble. După cum se arată în figură, unul este aranjat în serie de-a lungul direcției de sudare. Acest aranjament poate reduce viteza de răcire a băii topite. Reduce tendința de călire a sudurii și generarea de pori. Cealaltă este aranjarea lor una lângă alta sau transversal pe ambele părți ale sudurii pentru a îmbunătăți adaptabilitatea la spațiul dintre sudură.
Principiul sudării cu laser cu fascicul dublu
Sudarea cu fascicul dublu înseamnă utilizarea a două fascicule laser în același timp în timpul procesului de sudare. Aranjamentul fasciculului, distanța dintre fascicule, unghiul dintre cele două fascicule, poziția de focalizare și raportul energetic al celor două fascicule sunt toate setări relevante în sudarea cu laser cu fascicul dublu. În mod normal, în timpul procesului de sudare, există în general două moduri de aranjare a fasciculelor duble. După cum se arată în figură, unul este aranjat în serie de-a lungul direcției de sudare. Acest aranjament poate reduce viteza de răcire a băii topite. Reduce tendința de călire a sudurii și generarea de pori. Cealaltă este aranjarea lor una lângă alta sau transversal pe ambele părți ale sudurii pentru a îmbunătăți adaptabilitatea la spațiul dintre sudură.
Pentru un sistem de sudare cu laser cu fascicul dublu, aranjat în tandem, există trei mecanisme de sudare diferite, în funcție de distanța dintre fasciculele frontală și spate, așa cum se arată în figura de mai jos.
1. În primul tip de mecanism de sudare, distanța dintre cele două fascicule de lumină este relativ mare. Un fascicul de lumină are o densitate de energie mai mare și este focalizat pe suprafața piesei de prelucrat pentru a produce găuri în sudură; celălalt fascicul de lumină are o densitate de energie mai mică. Este utilizat doar ca sursă de căldură pentru tratamentul termic pre-sudură sau post-sudură. Folosind acest mecanism de sudare, viteza de răcire a băii de sudură poate fi controlată într-un anumit interval, ceea ce este benefic pentru sudarea unor materiale cu sensibilitate ridicată la fisuri, cum ar fi oțelul cu conținut ridicat de carbon, oțelul aliat etc., și poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența sudurii.
2. În al doilea tip de mecanism de sudare, distanța focală dintre cele două fascicule de lumină este relativ mică. Cele două fascicule de lumină produc două orificii independente într-un bazin de sudură, ceea ce modifică modelul de curgere a metalului lichid și ajută la prevenirea blocării. Poate elimina apariția defectelor precum marginile și protuberanțele cordonului de sudură și poate îmbunătăți formarea sudurii.
3. În al treilea tip de mecanism de sudare, distanța dintre cele două fascicule de lumină este foarte mică. În acest moment, cele două fascicule de lumină produc aceeași gaură de cheie în baia de sudură. Comparativ cu sudarea cu laser cu un singur fascicul, deoarece dimensiunea găurii de cheie devine mai mare și nu este ușor de închis, procesul de sudare este mai stabil, iar gazul este mai ușor de evacuat, ceea ce este benefic pentru reducerea porilor și a stropilor și obținerea unor suduri continue, uniforme și frumoase.
În timpul procesului de sudare, cele două fascicule laser pot fi realizate și la un anumit unghi unul față de celălalt. Mecanismul de sudare este similar cu mecanismul de sudare cu fascicul dublu paralel. Rezultatele testelor arată că, prin utilizarea a două OO-uri de mare putere cu un unghi de 30° unul față de celălalt și o distanță de 1~2 mm, fasciculul laser poate obține o gaură de cheie în formă de pâlnie. Dimensiunea găurii de cheie este mai mare și mai stabilă, ceea ce poate îmbunătăți eficient calitatea sudării. În aplicațiile practice, combinarea reciprocă a celor două fascicule de lumină poate fi modificată în funcție de diferite condiții de sudare pentru a realiza diferite procese de sudare.
6. Metoda de implementare a sudării cu laser cu fascicul dublu
Achiziționarea fasciculelor duble poate fi obținută prin combinarea a două fascicule laser diferite sau un fascicul laser poate fi împărțit în două fascicule laser pentru sudare folosind un sistem de spectrometrie optică. Pentru a diviza un fascicul de lumină în două fascicule laser paralele de puteri diferite, se poate utiliza un spectroscop sau un sistem optic special. Imaginea prezintă două diagrame schematice ale principiilor de divizare a luminii folosind oglinzi de focalizare ca divizoare de fascicul.
În plus, un reflector poate fi utilizat și ca divizor de fascicul, iar ultimul reflector din calea optică poate fi utilizat ca divizor de fascicul. Acest tip de reflector este numit și reflector de tip acoperiș. Suprafața sa reflectivă nu este o suprafață plană, ci este formată din două plane. Linia de intersecție a celor două suprafețe reflectorizante este situată în mijlocul suprafeței oglinzii, similar cu coama unui acoperiș, așa cum se arată în figură. Un fascicul de lumină paralel strălucește pe spectroscop, este reflectat de două plane la unghiuri diferite pentru a forma două fascicule de lumină și strălucește pe poziții diferite ale oglinzii de focalizare. După focalizare, se obțin două fascicule de lumină la o anumită distanță pe suprafața piesei de lucru. Prin schimbarea unghiului dintre cele două suprafețe reflectorizante și a poziției acoperișului, se pot obține fascicule de lumină divizate cu distanțe focale și aranjamente diferite.
Când se utilizează două tipuri diferite defascicule laser tPentru a forma un fascicul dublu, există multe combinații. Un laser CO2 de înaltă calitate cu o distribuție gaussiană a energiei poate fi utilizat pentru lucrările principale de sudare, iar un laser semiconductor cu o distribuție dreptunghiulară a energiei poate fi utilizat pentru a ajuta la lucrările de tratament termic. Pe de o parte, această combinație este mai economică. Pe de altă parte, puterea celor două fascicule de lumină poate fi reglată independent. Pentru diferite forme de îmbinare, se poate obține un câmp de temperatură reglabil prin reglarea poziției de suprapunere a laserului și a laserului semiconductor, ceea ce este foarte potrivit pentru sudare. Controlul procesului. În plus, laserul YAG și laserul CO2 pot fi, de asemenea, combinate într-un fascicul dublu pentru sudare, laserul continuu și laserul cu impulsuri pot fi combinate pentru sudare, iar fasciculul focalizat și fasciculul defocalizat pot fi, de asemenea, combinate pentru sudare.
7. Principiul sudării cu laser cu fascicul dublu
3.1 Sudarea cu laser cu fascicul dublu a tablei galvanizate
Tabla de oțel galvanizat este cel mai frecvent utilizat material în industria auto. Punctul de topire al oțelului este de aproximativ 1500°C, în timp ce punctul de fierbere al zincului este de numai 906°C. Prin urmare, atunci când se utilizează metoda de sudare prin fuziune, se generează de obicei o cantitate mare de vapori de zinc, ceea ce face ca procesul de sudare să fie instabil, formând pori în sudură. În cazul îmbinărilor suprapuse, volatilizarea stratului galvanizat are loc nu numai pe suprafețele superioare și inferioare, ci și la suprafața îmbinării. În timpul procesului de sudare, vaporii de zinc se evacuează rapid din suprafața băii topite în unele zone, în timp ce în alte zone este dificil ca vaporii de zinc să scape din baia topită. Pe suprafața băii, calitatea sudării este foarte instabilă.
Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate rezolva problemele de calitate a sudării cauzate de vaporii de zinc. O metodă este de a controla timpul de existență și viteza de răcire a băii de topit prin potrivirea rezonabilă a energiei celor două fascicule pentru a facilita eliberarea vaporilor de zinc; cealaltă metodă este eliberarea vaporilor de zinc prin pre-perforare sau canelare. După cum se arată în Figura 6-31, laserul CO2 este utilizat pentru sudare. Laserul YAG se află în fața laserului CO2 și este utilizat pentru a găuri sau tăia caneluri. Găurile sau canelurile pre-procesate oferă o cale de evacuare pentru vaporii de zinc generați în timpul sudării ulterioare, împiedicându-i să rămână în baia de topit și să formeze defecte.
3.2 Sudarea cu laser cu fascicul dublu a aliajului de aluminiu
Datorită caracteristicilor speciale de performanță ale materialelor din aliaj de aluminiu, există următoarele dificultăți în utilizarea sudării cu laser [39]: aliajul de aluminiu are o rată scăzută de absorbție a laserului, iar reflectivitatea inițială a suprafeței fasciculului laser CO2 depășește 90%; sudurile cu laser din aliajul de aluminiu sunt ușor de produs. Porozități, fisuri; arderea elementelor din aliaj în timpul sudării etc. Atunci când se utilizează sudarea cu laser simplu, este dificil să se stabilizeze gaura cheii și să se mențină stabilitatea. Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate crește dimensiunea găurii cheii, îngreunând închiderea acesteia, ceea ce este benefic pentru descărcarea de gaz. De asemenea, poate reduce viteza de răcire și poate reduce apariția porilor și a fisurilor de sudură. Deoarece procesul de sudare este mai stabil și cantitatea de stropi este redusă, forma suprafeței de sudură obținută prin sudarea cu fascicul dublu a aliajelor de aluminiu este, de asemenea, semnificativ mai bună decât cea a sudării cu fascicul simplu. Figura 6-32 prezintă aspectul sudurii la sudarea cap la cap a unui aliaj de aluminiu cu grosimea de 3 mm folosind laser cu fascicul simplu CO2 și sudarea cu laser cu fascicul dublu.
Cercetările arată că, la sudarea aliajului de aluminiu seria 5000 cu grosimea de 2 mm, când distanța dintre cele două grinzi este de 0,6~1,0 mm, procesul de sudare este relativ stabil, iar deschiderea tip gaură de cheie formată este mai mare, ceea ce favorizează evaporarea și eliberarea magneziului în timpul procesului de sudare. Dacă distanța dintre cele două grinzi este prea mică, procesul de sudare al unei singure grinzi nu va fi stabil. Dacă distanța este prea mare, penetrarea sudurii va fi afectată, așa cum se arată în Figura 6-33. În plus, raportul energetic dintre cele două grinzi are, de asemenea, un impact mare asupra calității sudării. Când cele două grinzi cu o distanță de 0,9 mm sunt aranjate în serie pentru sudare, energia grinzii anterioare trebuie crescută în mod corespunzător, astfel încât raportul energetic dintre cele două grinzi înainte și după sudură să fie mai mare de 1:1. Este util să se îmbunătățească calitatea sudurii, să se crească suprafața de topire și să se obțină în continuare o sudură netedă și frumoasă atunci când viteza de sudare este mare.
3.3 Sudarea cu fascicul dublu a plăcilor de grosime inegală
În producția industrială, este adesea necesar să se sudeze două sau mai multe plăci metalice de grosimi și forme diferite pentru a forma o placă îmbinată. În special în producția de automobile, aplicarea semifabricatelor sudate la comandă devine din ce în ce mai răspândită. Prin sudarea plăcilor cu specificații, acoperiri de suprafață sau proprietăți diferite, se poate crește rezistența, se pot reduce consumabilele și se poate reduce calitatea. Sudarea cu laser a plăcilor de grosimi diferite este de obicei utilizată în sudarea panourilor. O problemă majoră este că plăcile care urmează să fie sudate trebuie preformate cu muchii de înaltă precizie și să asigure un asamblaj de înaltă precizie. Utilizarea sudării cu fascicul dublu a plăcilor cu grosimi inegale se poate adapta la diferite modificări ale golurilor dintre plăci, îmbinărilor cap la cap, grosimilor relative și materialelor plăcilor. Poate suda plăci cu toleranțe mai mari la muchii și goluri și poate îmbunătăți viteza de sudare și calitatea sudurii.
Principalii parametri ai procesului de sudare a plăcilor cu grosimi inegale la Shuangguangdong pot fi împărțiți în parametri de sudare și parametri ai plăcii, așa cum se arată în figură. Parametrii de sudare includ puterea celor două fascicule laser, viteza de sudare, poziția focalizării, unghiul capului de sudare, unghiul de rotație al fasciculului îmbinării cap la cap cu fascicul dublu și offset-ul de sudare etc. Parametrii plăcii includ dimensiunea materialului, performanța, condițiile de tăiere, golurile dintre plăci etc. Puterea celor două fascicule laser poate fi ajustată separat în funcție de diferitele scopuri de sudare. Poziția focalizării este, în general, situată pe suprafața plăcii subțiri pentru a obține un proces de sudare stabil și eficient. Unghiul capului de sudare este de obicei selectat la aproximativ 6. Dacă grosimea celor două plăci este relativ mare, se poate utiliza un unghi pozitiv al capului de sudare, adică laserul este înclinat spre placa subțire, așa cum se arată în imagine; când grosimea plăcii este relativ mică, se poate utiliza un unghi negativ al capului de sudare. Offset-ul de sudare este definit ca distanța dintre focalizarea laserului și marginea plăcii groase. Prin ajustarea offset-ului de sudare, se poate reduce cantitatea de adâncitură a sudurii și se poate obține o secțiune transversală bună a sudurii.
La sudarea plăcilor cu goluri mari, puteți crește diametrul efectiv de încălzire al fasciculului prin rotirea unghiului fasciculului dublu pentru a obține capacități bune de umplere a golurilor. Lățimea părții superioare a sudurii este determinată de diametrul efectiv al fasciculului celor două fascicule laser, adică de unghiul de rotație al fasciculului. Cu cât unghiul de rotație este mai mare, cu atât intervalul de încălzire al fasciculului dublu este mai larg și cu atât lățimea părții superioare a sudurii este mai mare. Cele două fascicule laser joacă roluri diferite în procesul de sudare. Unul este utilizat în principal pentru a penetra îmbinarea, în timp ce celălalt este utilizat în principal pentru a topi materialul plăcii groase pentru a umple golul. După cum se arată în Figura 6-35, sub un unghi de rotație pozitiv al fasciculului (fasciculul frontal acționează asupra plăcii groase, fasciculul posterior acționează asupra sudurii), fasciculul frontal este incident pe placa groasă pentru a încălzi și topi materialul, iar următorul fascicul laser creează penetrare. Primul fascicul laser din față poate topi doar parțial placa groasă, dar contribuie semnificativ la procesul de sudare, deoarece nu numai că topește partea laterală a plăcii groase pentru o umplere mai bună a golului, dar și pre-îmbină materialul îmbinării, astfel încât următoarele fascicule să fie mai ușor de sudat prin îmbinări, permițând o sudare mai rapidă. În sudarea cu fascicul dublu cu un unghi de rotație negativ (fasciculul frontal acționează asupra sudurii, iar fasciculul posterior acționează asupra plăcii groase), cele două fascicule au exact efectul opus. Primul fascicul topește îmbinarea, iar cel de-al doilea fascicul topește placa groasă pentru a-l umple. În acest caz, fasciculul frontal trebuie să sudeze prin placa rece, iar viteza de sudare este mai mică decât utilizarea unui unghi de rotație pozitiv al fasciculului. Și datorită efectului de preîncălzire al fasciculului anterior, ultimul fascicul va topi mai mult material din placă groasă sub aceeași putere. În acest caz, puterea celui de-al doilea fascicul laser ar trebui redusă în mod corespunzător. Prin comparație, utilizarea unui unghi de rotație pozitiv al fasciculului poate crește în mod corespunzător viteza de sudare, iar utilizarea unui unghi de rotație negativ al fasciculului poate obține o umplere mai bună a golului. Figura 6-36 prezintă influența diferitelor unghiuri de rotație ale fasciculului asupra secțiunii transversale a sudurii.
3.4 Sudarea cu laser cu fascicul dublu a plăcilor mari și groase Odată cu îmbunătățirea nivelului de putere al laserului și a calității fasciculului, sudarea cu laser a plăcilor mari și groase a devenit o realitate. Cu toate acestea, deoarece laserele de mare putere sunt scumpe, iar sudarea plăcilor mari și groase necesită, în general, metal de adaos, există anumite limitări în producția reală. Utilizarea tehnologiei de sudare cu laser cu fascicul dublu nu numai că poate crește puterea laserului, dar poate crește și diametrul efectiv de încălzire a fasciculului, poate crește capacitatea de topire a sârmei de adaos, poate stabiliza gaura laserului, poate îmbunătăți stabilitatea sudării și poate îmbunătăți calitatea sudării.
Data publicării: 29 aprilie 2024
