U usporedbi s tradicionalnom tehnologijom zavarivanja,lasersko zavarivanjeima neusporedive prednosti u točnosti zavarivanja, učinkovitosti, pouzdanosti, automatizaciji i drugim aspektima. Posljednjih se godina ubrzano razvija u području automobila, energetike, elektronike i drugim područjima te se smatra jednom od najperspektivnijih proizvodnih tehnologija u 21. stoljeću.
1. Pregled dvostruke gredelasersko zavarivanje
Dvostruka gredalasersko zavarivanjeje korištenje optičkih metoda za razdvajanje istog lasera u dvije odvojene zrake svjetlosti za zavarivanje ili korištenje dvije različite vrste lasera za kombiniranje, kao što su CO2 laser, Nd: YAG laser i poluvodički laser velike snage. Sve se može kombinirati. Predloženo je uglavnom kako bi se riješila prilagodljivost laserskog zavarivanja točnosti montaže, poboljšala stabilnost procesa zavarivanja i poboljšala kvaliteta zavara. Dvostruka gredalasersko zavarivanjemože prikladno i fleksibilno prilagoditi polje temperature zavarivanja promjenom omjera energije snopa, razmaka snopa, pa čak i uzorka distribucije energije dviju laserskih zraka, mijenjajući obrazac postojanja ključanice i uzorak protoka tekućeg metala u rastaljenoj bazenu. Omogućuje veći izbor postupaka zavarivanja. Ne samo da ima prednosti velikihlasersko zavarivanjeprodiranje, velika brzina i visoka preciznost, ali je također prikladan za materijale i spojeve koje je teško zavariti konvencionalnimlasersko zavarivanje.
Za dvostruku gredulasersko zavarivanje, prvo raspravljamo o metodama implementacije lasera s dvostrukom zrakom. Opsežna literatura pokazuje da postoje dva glavna načina za postizanje zavarivanja s dvostrukom zrakom: fokusiranje prijenosa i fokusiranje refleksije. Točnije, jedan se postiže podešavanjem kuta i razmaka dvaju lasera pomoću zrcala za fokusiranje i zrcala za kolimiranje. Drugi se postiže korištenjem laserskog izvora i zatim fokusiranjem kroz reflektirajuća zrcala, transmisivna zrcala i klinasta zrcala kako bi se postigle dvostruke zrake. Za prvu metodu postoje uglavnom tri oblika. Prvi je oblik spojiti dva lasera kroz optička vlakna i podijeliti ih u dvije različite zrake pod istim kolimirajućim zrcalom i zrcalom za fokusiranje. Drugi je da dva lasera emitiraju laserske zrake kroz svoje glave za zavarivanje, a dvostruka zraka se formira podešavanjem prostornog položaja glava za zavarivanje. Treća metoda je da se laserska zraka prvo podijeli kroz dva zrcala 1 i 2, a zatim se fokusira s dva zrcala za fokusiranje 3 i 4. Položaj i udaljenost između dviju žarišnih točaka mogu se podesiti podešavanjem kutova dvaju zrcala za fokusiranje 3 i 4. Druga metoda je korištenje poluprovodničkog lasera za dijeljenje svjetla kako bi se postigle dvostruke zrake i podešavanje kuta i razmak kroz perspektivno zrcalo i zrcalo za fokusiranje. Posljednje dvije slike u prvom redu ispod prikazuju spektroskopski sustav CO2 lasera. Ravno zrcalo zamijenjeno je klinastim zrcalom i postavljeno ispred zrcala za fokusiranje kako bi se svjetlo podijelilo kako bi se postiglo paralelno svjetlo s dvostrukim snopom.
Nakon razumijevanja primjene dvostrukih greda, ukratko predstavimo principe i metode zavarivanja. U dvostrukoj gredilasersko zavarivanjeprocesa, postoje tri uobičajena rasporeda greda, naime serijski raspored, paralelni raspored i hibridni raspored. platno, odnosno postoji razmak iu smjeru zavarivanja iu vertikalnom smjeru zavarivanja. Kao što je prikazano u zadnjem retku slike, prema različitim oblicima malih rupa i rastaljenih bazena koji se pojavljuju pod različitim razmacima točaka tijekom procesa serijskog zavarivanja, mogu se dalje podijeliti u pojedinačne taline. Postoje tri stanja: bazen, zajednički bazen rastaline i odvojeni bazen rastaline. Značajke pojedinačnog rastaljenog bazena i odvojenog rastaljenog bazena slične su onima pojedinačnoglasersko zavarivanje, kao što je prikazano u dijagramu numeričke simulacije. Postoje različiti učinci procesa za različite vrste.
Tip 1: Pod određenim razmakom mjesta, dvije grede ključanice tvore zajedničku veliku ključanicu u istoj rastaljenoj lonci; za tip 1, objavljeno je da se jedna zraka svjetlosti koristi za stvaranje male rupe, a druga zraka svjetlosti se koristi za toplinsku obradu zavarivanja, što može učinkovito poboljšati strukturna svojstva čelika s visokim udjelom ugljika i legiranog čelika.
Tip 2: Povećajte razmak mjesta u istom bazenu rastaljene tvari, odvojite dvije grede u dvije neovisne ključanice i promijenite uzorak protoka bazena rastaljene tvari; za tip 2, njegova funkcija je ekvivalentna zavarivanju s dvije elektronske zrake, Smanjuje prskanje zavara i nepravilne zavare na odgovarajućoj žarišnoj duljini.
Tip 3: Daljnje povećanje razmaka točaka i promjena omjera energije dviju zraka, tako da se jedna od dvije zrake koristi kao izvor topline za obavljanje obrade prije ili nakon zavarivanja tijekom procesa zavarivanja, a druga zraka koristi se za stvaranje malih rupa. Za tip 3, studija je otkrila da dvije grede tvore ključanicu, malu rupu nije lako urušiti, a zavar nije lako stvoriti pore.
2. Utjecaj postupka zavarivanja na kvalitetu zavarivanja
Utjecaj serijskog omjera snop-energija na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2kW, brzina zavarivanja 45 mm/s, veličina defokusiranja je 0 mm, a razmak snopa je 3 mm, oblik površine zavarivanja pri promjeni RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) je kao prikazano na slici. Kada je RS=0,50 i 2,00, zavar je u većoj mjeri udubljen, a na rubu zavara ima više prskanja, bez formiranja pravilnih uzoraka riblje ljuske. To je zato što kada je omjer energije snopa premalen ili prevelik, energija lasera je previše koncentrirana, uzrokujući ozbiljnije osciliranje rupe lasera tijekom procesa zavarivanja, a povratni pritisak pare uzrokuje izbacivanje i prskanje rastaljene tvari. bazen metala u rastaljenoj bazenu; Prekomjerni unos topline uzrokuje preveliku dubinu prodiranja rastaljenog bazena na strani aluminijske legure, uzrokujući udubljenje pod djelovanjem gravitacije. Kada je RS=0,67 i 1,50, uzorak riblje ljuske na površini zavara je ujednačen, oblik zavara je ljepši, a na površini zavara nema vidljivih vrućih pukotina, pora i drugih zavarenih nedostataka. Oblici presjeka zavara s različitim omjerima energije snopa RS prikazani su na slici. Poprečni presjek zavara je u tipičnom obliku "vinske čaše", što ukazuje da se postupak zavarivanja provodi u načinu laserskog zavarivanja dubokim prodiranjem. RS ima važan utjecaj na dubinu prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure. Kada je omjer energije zraka RS=0,5, P2 je 1203,2 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=0,67 i 1,5, P2 je značajno smanjen, što iznosi 403,3 mikrona odnosno 93,6 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=2, dubina prodiranja zavara presjeka spoja je 1151,6 mikrona.
Utjecaj omjera energije paralelnog snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8kW, brzina zavarivanja 33mm/s, iznos defokusiranja 0mm, a razmak snopa 1mm, površina zavara se dobiva promjenom omjera energije snopa (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Izgled je prikazan na slici. Kada je RS=2, uzorak riblje ljuske na površini zavara je relativno nepravilan. Površina zavara dobivena s ostalih pet različitih omjera energije snopa dobro je oblikovana i nema vidljivih nedostataka poput pora i prskanja. Stoga, u usporedbi sa serijskim dual-beamlasersko zavarivanje, površina zavara koja koristi paralelne dvostruke zrake je jednoličnija i ljepša. Kada je RS=0,25, postoji lagano udubljenje u zavaru; kako se omjer energije snopa postupno povećava (RS=0,5, 0,67 i 1,5), površina zavara je jednolika i ne stvara se udubljenje; međutim, kada se omjer energije snopa dodatno poveća (RS=1,50, 2,00), ali postoje udubljenja na površini zavara. Kada je omjer energije snopa RS=0,25, 1,5 i 2, oblik poprečnog presjeka zavara je "u obliku vinske čaše"; kada je RS=0,50, 0,67 i 1, oblik poprečnog presjeka zavara je "ljevkasti". Kada je RS=4, ne stvaraju se samo pukotine na dnu zavara, već se stvaraju i neke pore u srednjem i donjem dijelu zavara. Kada je RS=2, unutar zavara se pojavljuju velike procesne pore, ali se ne pojavljuju pukotine. Kada je RS=0,5, 0,67 i 1,5, dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure je manja, a poprečni presjek zavara je dobro oblikovan i nema očitih nedostataka zavarivanja. Oni pokazuju da omjer energije snopa tijekom paralelnog dvostrukog snopa laserskog zavarivanja također ima važan utjecaj na prodiranje zavara i greške pri zavarivanju.
Paralelni snop – učinak razmaka snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8 kW, brzina zavarivanja 33 mm/s, iznos defokusiranja je 0 mm, a omjer energije snopa RS=0,67, promijenite razmak snopa (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) da biste dobili morfologiju površine zavara kao što prikazuje slika. Kada je d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, površina zavara je glatka i ravna, a oblik je lijep; šara riblje ljuske na zavaru je pravilna i lijepa, nema vidljivih pora, pukotina i drugih nedostataka. Prema tome, pod uvjetima razmaka četiri grede, površina zavara je dobro oblikovana. Osim toga, kada je d=2 mm, formiraju se dva različita zavara, što pokazuje da dvije paralelne laserske zrake više ne djeluju na rastaljenu lonac i ne mogu formirati učinkovito lasersko hibridno zavarivanje s dvostrukom zrakom. Kada je razmak snopa 0,5 mm, zavar je u obliku "lijevka", dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure je 712,9 mikrona, a unutar zavara nema pukotina, pora i drugih nedostataka. Kako se razmak snopa nastavlja povećavati, dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure značajno se smanjuje. Kada je razmak snopa 1 mm, dubina prodiranja zavara na strani aluminijske legure je samo 94,2 mikrona. Kako se razmak snopa dalje povećava, zavar ne stvara učinkovito prodiranje na strani aluminijske legure. Stoga, kada je razmak snopa 0,5 mm, učinak rekombinacije dvostrukog snopa je najbolji. Kako se razmak snopa povećava, unos topline zavarivanja naglo se smanjuje, a učinak rekombinacije lasera s dva snopa postupno se pogoršava.
Razlika u morfologiji zavara uzrokovana je različitim protokom i skrućivanjem rastaljene mase tijekom procesa zavarivanja. Metoda numeričke simulacije ne samo da može učiniti analizu naprezanja rastaljenog bazena intuitivnijom, već i smanjiti trošak eksperimenta. Donja slika prikazuje promjene u bočnom bazenu taline s jednom gredom, različitim rasporedima i razmakom točaka. Glavni zaključci uključuju: (1) Tijekom jednog snopalasersko zavarivanjeprocesa, dubina rupe rastaljenog bazena je najveća, postoji fenomen kolapsa rupe, stijenka rupe je nepravilna, a raspodjela polja protoka u blizini stijenke rupe je neravnomjerna; u blizini stražnje površine rastaljenog bazena. Reflow je snažan, a na dnu rastaljenog bazena postoji povratni tok prema gore; raspodjela polja protoka bazena površinske rastaljevine relativno je ujednačena i spora, a širina bazena rastaline je neravnomjerna duž smjera dubine. Postoji smetnja uzrokovana povratnim pritiskom stijenke u rastaljenoj lonci između malih rupa u dvostrukoj gredilasersko zavarivanje, i uvijek postoji duž smjera dubine malih rupa. Kako se udaljenost između dvije zrake nastavlja povećavati, gustoća energije zrake postupno prelazi iz stanja s jednim vrhom u stanje s dvostrukim vrhom. Između dva vrha nalazi se minimalna vrijednost, a gustoća energije postupno opada. (2) Za dvostruku gredulasersko zavarivanje, kada je razmak točaka 0-0,5 mm, dubina malih rupa u bazenu rastaljene tvari malo se smanjuje, a cjelokupno ponašanje protoka u bazenu rastaljene tvari slično je onom kod jedne zrakelasersko zavarivanje; kada je razmak točaka veći od 1 mm, male rupice su potpuno odvojene, a tijekom procesa zavarivanja nema gotovo nikakve interakcije između dva lasera, što je ekvivalentno dva uzastopna/dva paralelna jednozračna laserska zavarivanja snage 1750W. Nema gotovo nikakvog učinka predgrijavanja, a ponašanje protoka bazena rastaljene tvari slično je onome kod laserskog zavarivanja jednom zrakom. (3) Kada je razmak točaka 0,5-1 mm, površina stijenke malih rupa je ravnija u dva rasporeda, dubina malih rupa postupno se smanjuje, a dno se postupno odvaja. Poremećaj između malih rupa i protoka površinske rastaljene mase je 0,8 mm. Najjači. Za serijsko zavarivanje, duljina rastaljenog bazena postupno se povećava, širina je najveća kada je razmak točaka 0,8 mm, a učinak predgrijavanja najočitiji je kada je razmak točaka 0,8 mm. Učinak Marangonijeve sile postupno slabi i više metalne tekućine teče na obje strane rastaljenog bazena. Učinite ravnomjerniju distribuciju taline po širini. Za paralelno zavarivanje, širina rastaljene posude postupno se povećava, a duljina je maksimalna na 0,8 mm, ali nema učinka predgrijavanja; povratno strujanje u blizini površine uzrokovano Marangonijevom silom uvijek postoji, a povratno strujanje prema dolje na dnu male rupe postupno nestaje; polje protoka poprečnog presjeka nije tako dobro kao što je jako u nizu, smetnja gotovo ne utječe na protok s obje strane bazena rastaljevine, a širina rastaline je neravnomjerno raspoređena.
Vrijeme objave: 12. listopada 2023
