Se propune metoda de sudare cu fascicul dublu, în principal pentru a rezolva adaptabilitateasudare cu laserpentru precizia asamblarii, îmbunătățirea stabilității procesului de sudare și îmbunătățirea calității sudurii, în special pentru sudarea plăcilor subțiri și sudarea aliajelor de aluminiu. Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate folosi 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 a combina, laser CO2, laser Nd:YAG și laser cu semiconductor de mare putere. pot fi combinate. Prin modificarea energiei fasciculului, a distanței dintre fascicule și chiar a modelului de distribuție a energiei a celor două fascicule, câmpul temperaturii de sudare poate fi ajustat convenabil și flexibil, modificând modelul de existență al găurilor și modelul de curgere al metalului lichid în bazinul topit. , oferind o soluție mai bună pentru procesul de sudare. Spațiul vast de alegere este de neegalat prin sudarea laser cu un singur fascicul. Nu numai că are avantajele unei pătrunderi mari a sudurii cu laser, viteze rapide și precizie ridicată, dar are și o mare adaptabilitate la materiale și îmbinări greu de sudat cu sudarea laser convențională.
Principiul desudare cu laser cu fascicul dublu
Sudarea cu fascicul dublu înseamnă utilizarea a două fascicule laser în același timp în timpul procesului de sudare. Dispunerea fasciculului, distanța dintre fascicule, unghiul dintre cele două fascicule, poziția de focalizare și raportul de energie al celor două fascicule sunt toate setări relevante în sudarea cu laser cu fascicul dublu. parametru. În mod normal, în timpul procesului de sudare, există în general două moduri de aranjare a grinzilor 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 bazinului topit. Reduce tendința de întărire a sudurii și generarea de pori. Celălalt este să le aranjați una lângă alta sau în cruce pe ambele părți ale sudurii pentru a îmbunătăți adaptabilitatea la spațiul de 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. Dispunerea fasciculului, distanța dintre fascicule, unghiul dintre cele două fascicule, poziția de focalizare și raportul de energie al celor două fascicule sunt toate setări relevante în sudarea cu laser cu fascicul dublu. parametru. În mod normal, în timpul procesului de sudare, există în general două moduri de aranjare a grinzilor 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 bazinului topit. Reduce tendința de întărire a sudurii și generarea de pori. Celălalt este să le aranjați una lângă alta sau în cruce pe ambele părți ale sudurii pentru a îmbunătăți adaptabilitatea la spațiul de sudură.
Pentru un sistem de sudare cu laser cu fascicul dublu dispus în tandem, există trei mecanisme de sudare diferite, în funcție de distanța dintre grinzile din față și din 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 concentrat pe suprafața piesei de prelucrat pentru a produce găuri de cheie în sudare; celălalt fascicul de lumină are o densitate de energie mai mică. Folosit numai ca sursă de căldură pentru tratamentul termic pre-sudare sau post-sudare. Folosind acest mecanism de sudare, viteza de răcire a bazinului de sudură poate fi controlată într-un anumit interval, ceea ce este benefic pentru sudarea unor materiale cu sensibilitate ridicată la fisurare, cum ar fi oțel cu conținut ridicat de carbon, oțel aliat etc. și poate îmbunătăți, de asemenea, duritatea. a sudurii.
2. În al doilea tip de mecanism de sudare, distanța de focalizare dintre cele două fascicule de lumină este relativ mică. Cele două fascicule de lumină produc două găuri de cheie independente într-un bazin de sudură, care modifică tiparul de curgere al metalului lichid și ajută la prevenirea gripării. Poate elimina apariția defectelor, cum ar fi marginile și umflăturile 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 a cheii în bazinul de sudură. În comparație cu sudarea cu laser cu un singur fascicul, deoarece dimensiunea găurii cheii devine mai mare și nu este ușor de închis, procesul de sudare este mai stabil și gazul este mai ușor de descărcat, ceea ce este benefic pentru reducerea porilor și stropii și obținerea unui continuu, uniform și suduri 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 paralelă cu fascicul dublu. Rezultatele testelor arată că prin utilizarea a două OO 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 în formă de pâlnie. Dimensiunea găurii cheii este mai mare și mai stabilă, ceea ce poate îmbunătăți în mod eficient calitatea sudurii. În aplicațiile practice, combinația 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
Achiziția de fascicule 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 împărți un fascicul de lumină în două fascicule laser paralele de puteri diferite, se poate folosi un spectroscop sau un sistem optic special. Imaginea prezintă două diagrame schematice ale principiilor de împărțire a luminii folosind oglinzi de focalizare ca separatoare de fascicul.
În plus, un reflector poate fi folosit și ca divizor de fascicul, iar ultimul reflector din calea optică poate fi folosit ca divizor de fascicul. Acest tip de reflector se mai numește și reflector de tip acoperiș. Suprafața sa reflectantă 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 unei coame de acoperiș, așa cum se arată în figură. Un fascicul de lumină paralelă strălucește pe spectroscop, este reflectat de două plane în unghiuri diferite pentru a forma două fascicule de lumină și strălucește în diferite poziții ale oglinzii de focalizare. După focalizare, se obțin două fascicule de lumină la o anumită distanță pe suprafața piesei de prelucrat. Prin schimbarea unghiului dintre cele două suprafețe reflectorizante și a poziției acoperișului, pot fi obținute fascicule luminoase divizate cu distanțe și aranjamente diferite de focalizare.
Când utilizați două tipuri diferite defascicule laser to formează o grindă dublă, există multe combinații. Un laser CO2 de înaltă calitate cu o distribuție a energiei Gaussian poate fi utilizat pentru lucrările principale de sudare, iar un laser semiconductor cu o distribuție dreptunghiulară a energiei poate fi folosit pentru a ajuta la lucrările de tratare termică. 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, care 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 tablelor galvanizate
Tabla de oțel galvanizat este cel mai des folosit 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. Pentru îmbinările suprapuse, volatilizarea stratului galvanizat nu are loc numai pe suprafețele superioare și inferioare, ci are loc și la suprafața îmbinării. În timpul procesului de sudare, vaporii de zinc se ejectează rapid din suprafața bazinului topit în unele zone, în timp ce în alte zone este dificil ca vaporii de zinc să scape din bazinul topit. Pe suprafata piscinei, calitatea sudurii este foarte instabila.
Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate rezolva problemele de calitate a sudurii cauzate de vaporii de zinc. O metodă este de a controla timpul de existență și viteza de răcire a bazinului topit prin potrivirea rezonabilă a energiei celor două fascicule pentru a facilita evacuarea vaporilor de zinc; cealaltă metodă este Eliberarea vaporilor de zinc prin pre-poansare 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 folosit pentru a găuri sau a tăia caneluri. Găurile sau canelurile preprocesate oferă o cale de evacuare pentru vaporii de zinc generați în timpul sudării ulterioare, împiedicându-i să rămână în bazinul 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%; Cusăturile de sudură cu laser din aliaj de aluminiu sunt ușor de produs Porozitate, fisuri; arderea elementelor din aliaj în timpul sudării, etc. Când se utilizează sudarea cu un singur laser, este dificil să se stabilească gaura cheii și să se mențină stabilitatea. Sudarea cu laser cu fascicul dublu poate crește dimensiunea găurii cheii, ceea ce face dificilă închiderea găurii cheii, 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 un singur fascicul. Figura 6-32 arată aspectul cordonului de sudură al sudării cap la cap din aliaj de aluminiu cu grosimea de 3 mm utilizând laser CO2 cu un singur fascicul și sudare cu laser cu fascicul dublu.
Cercetările arată că la sudarea unui aliaj de aluminiu din seria 5000 cu grosimea de 2 mm, atunci când distanța dintre cele două grinzi este de 0,6 ~ 1,0 mm, procesul de sudare este relativ stabil, iar deschiderea găurii cheii formată este mai mare, ceea ce favorizează evaporarea și evaporarea magneziului în timpul procesul de sudare. Dacă distanța dintre cele două grinzi este prea mică, procesul de sudare a unei singure grinzi nu va fi stabil. Dacă distanța este prea mare, pătrunderea sudurii va fi afectată, așa cum se arată în Figura 6-33. În plus, raportul energetic al celor două grinzi are și un impact mare asupra calității sudurii. Când cele două grinzi cu o distanță de 0,9 mm sunt aranjate în serie pentru sudare, energia fasciculului precedent ar trebui să fie mărită în mod corespunzător, astfel încât raportul de energie al celor două grinzi înainte și după să fie mai mare de 1:1. Este util să îmbunătățiți calitatea cusăturii de sudură, să creșteți zona de topire și să obțineți în continuare cusături de sudură netede și frumoase atunci când viteza de sudare este mare.
3.3 Sudarea cu fascicul dublu a plăcilor cu grosimi inegale
În producția industrială, este adesea necesară sudarea a 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 pe măsură devine din ce în ce mai răspândită. Prin sudarea plăcilor cu diferite specificații, acoperiri de suprafață sau proprietăți, rezistența poate fi crescută, consumabilele reduse și calitatea redusă. Sudarea cu laser a plăcilor de diferite grosimi este de obicei utilizată în sudarea panourilor. O problemă majoră este aceea că plăcile de sudat trebuie să fie preformate cu muchii de înaltă precizie și să asigure o asamblare de înaltă precizie. Utilizarea sudării cu fascicul dublu a plăcilor cu grosimi inegale se poate adapta la diferite modificări ale golurilor plăcilor, îmbinărilor cap la cap, grosimilor relative și materialelor plăcilor. Poate suda plăci cu toleranțe mai mari pentru margini și goluri și poate îmbunătăți viteza de sudare și calitatea sudurii.
Principalii parametri ai procesului de sudare a plăcilor cu grosime inegală de 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 de focalizare, unghiul capului de sudură, unghiul de rotație al fasciculului cap la cap cu fascicul dublu și decalajul de sudare etc. Parametrii plăcii includ dimensiunea materialului, performanța, condițiile de tăiere, golurile plăcii. , etc. Puterea celor două fascicule laser poate fi ajustată separat în funcție de diferite scopuri de sudare. Poziția de focalizare este în general situată pe suprafața plăcii subțiri pentru a realiza un proces de sudare stabil și eficient. Unghiul capului de sudare este de obicei selectat să fie în jur de 6. Dacă grosimea celor două plăci este relativ mare, se poate folosi 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 folosi 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, cantitatea de adâncitură de sudură poate fi redusă și se poate obține o secțiune transversală bună a sudurii.
Când sudați plăci cu goluri mari, puteți crește diametrul efectiv de încălzire a fasciculului prin rotirea unghiului fasciculului dublu pentru a obține capacități bune de umplere a golurilor. Lățimea vârfului sudurii este determinată de diametrul fasciculului efectiv al celor două fascicule laser, adică unghiul de rotație al fasciculului. Cu cât unghiul de rotație este mai mare, cu atât intervalul de încălzire al fasciculului dublu este mai mare și lățimea părții superioare a sudurii este mai mare. Cele două fascicule laser joacă roluri diferite în procesul de sudare. Unul este folosit în principal pentru a pătrunde în cusătură, în timp ce celălalt este folosit în principal pentru a topi materialul din placă groasă pentru a umple golul. Așa cum se arată în Figura 6-35, sub un unghi de rotație pozitiv al fasciculului (grindul frontal acționează asupra plăcii groase, fasciculul din spate acționează asupra sudurii), fasciculul frontal este incident pe placa groasă pentru a încălzi și topi materialul și următorul Raza laser creează penetrare. Primul fascicul laser din față poate topi doar parțial placa groasă, dar contribuie foarte mult la procesul de sudare, deoarece nu numai că topește partea laterală a plăcii groase pentru o umplere mai bună a golurilor, ci și pre-unește materialul de îmbinare, astfel încât Următoarele grinzi Este mai ușor de sudat prin îmbinări, permițând sudarea mai rapidă. La sudarea cu fascicul dublu cu unghi de rotație negativ (grindul din față acționează asupra sudurii, iar fasciculul din spate acționează asupra plăcii groase), cele două grinzi au exact efectul opus. Primul fascicul topește îmbinarea, iar cel de-al doilea fascicul topește placa groasă pentru a o umple. decalaj. În acest caz, fasciculul frontal trebuie să sude 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, cel din urmă fascicul va topi un material de placă mai gros la aceeași putere. În acest caz, puterea celui din urmă fascicul laser ar trebui redusă în mod corespunzător. În 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 arată influența diferitelor unghiuri de rotație a fasciculului asupra secțiunii transversale a sudurii.
3.4 Sudarea cu laser cu fascicul dublu a plăcilor groase mari Odată cu îmbunătățirea nivelului de putere laser și a calității fasciculului, sudarea cu laser a plăcilor groase mari a devenit o realitate. Cu toate acestea, deoarece laserele de mare putere sunt scumpe și sudarea plăcilor mari groase necesită în general metal de umplutură, există anumite limitări în producția reală. Utilizarea tehnologiei de sudare cu laser cu fascicul dublu poate nu numai să mărească puterea laserului, ci și să mărească diametrul efectiv de încălzire a fasciculului, să mărească capacitatea de a topi sârmă de umplere, să stabilizeze gaura cheii laser, să îmbunătățească stabilitatea sudurii și să îmbunătățească calitatea sudurii.
Ora postării: 29-apr-2024
