U usporedbi s tradicionalnom tehnologijom zavarivanja,lasersko zavarivanjeima neusporedive prednosti u točnosti zavarivanja, učinkovitosti, pouzdanosti, automatizaciji i drugim aspektima. Posljednjih godina brzo se razvija u područjima automobila, energetike, elektronike i drugih područja te se smatra jednom od najperspektivnijih proizvodnih tehnologija u 21. stoljeću.
1. Pregled dvostruke gredelasersko zavarivanje
Dvostruka gredalasersko zavarivanjeje korištenje optičkih metoda za odvajanje istog lasera u dva odvojena snopa svjetlosti za zavarivanje ili korištenje dvije različite vrste lasera za kombiniranje, kao što su CO2 laser, Nd:YAG laser i visokosnažni poluvodički laser. Svi se mogu kombinirati. Predloženo je uglavnom kako bi se riješila prilagodljivost laserskog zavarivanja točnosti montaže, poboljšala stabilnost procesa zavarivanja i poboljšala kvaliteta zavara. Dvostruki snoplasersko zavarivanjemože praktično i fleksibilno prilagoditi temperaturno polje zavarivanja promjenom omjera energije snopa, razmaka snopa, pa čak i uzorka raspodjele energije dvaju laserskih snopa, mijenjajući uzorak postojanja ključanice i uzorak toka tekućeg metala u rastaljenom bazenu. Pruža širi izbor postupaka zavarivanja. Ne samo da ima prednosti velikoglasersko 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 ćemo raspravljati o metodama implementacije dvostrukog lasera. Sveobuhvatna literatura pokazuje da postoje dva glavna načina za postizanje dvostrukog zavarivanja: fokusiranje transmisijom i fokusiranje refleksijom. Točnije, jedan se postiže podešavanjem kuta i razmaka dva lasera pomoću fokusirajućih zrcala i kolimirajućih zrcala. Drugi se postiže korištenjem laserskog izvora, a zatim fokusiranjem pomoću reflektirajućih zrcala, transmisivnih zrcala i klinastih zrcala kako bi se postigle dvostruke zrake. Za prvu metodu postoje uglavnom tri oblika. Prvi oblik je spajanje dva lasera putem optičkih vlakana i njihovo dijeljenje u dvije različite zrake pod istim kolimirajućim zrcalom i fokusirajućim zrcalom. Drugi je da dva lasera emitiraju laserske zrake kroz svoje odgovarajuće 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 fokusira pomoću dva fokusirajuća zrcala 3 i 4. Položaj i udaljenost između dvije žarišne točke mogu se podesiti podešavanjem kutova dvaju fokusnih zrcala 3 i 4. Druga metoda je korištenje lasera u čvrstom stanju za dijeljenje svjetlosti kako bi se postigle dvostruke zrake, te podešavanje kuta i razmaka pomoću perspektivnog zrcala i fokusnog zrcala. Posljednje dvije slike u prvom redu ispod prikazuju spektroskopski sustav CO2 lasera. Ravno zrcalo zamijenjeno je klinastim zrcalom i postavljeno ispred fokusnog zrcala kako bi se svjetlost podijelila i postigla paralelna svjetlost s dva snopa.
Nakon što smo razumjeli primjenu dvostrukih greda, ukratko ćemo predstaviti principe i metode zavarivanja. U dvostrukoj gredilasersko zavarivanjeU procesu zavarivanja postoje tri uobičajena rasporeda snopa, i to serijski raspored, paralelni raspored i hibridni raspored. Tkanina, odnosno postoji razmak i u smjeru zavarivanja i u vertikalnom smjeru zavarivanja. Kao što je prikazano u posljednjem retku slike, prema različitim oblicima malih rupica i taljenih bazena koji se pojavljuju pod različitim razmacima točaka tijekom serijskog procesa zavarivanja, mogu se dalje podijeliti na pojedinačne taline. Postoje tri stanja: bazen, zajednički taljeni bazen i odvojeni taljeni bazen. Karakteristike pojedinačnog taljenog bazena i odvojenog taljenog bazena slične su karakteristikama pojedinačnog taljenja.lasersko zavarivanje, kao što je prikazano na dijagramu numeričke simulacije. Postoje različiti procesni učinci za različite tipove.
Tip 1: Pod određenim razmakom između točaka, dva otvora za snop svjetlosti formiraju zajednički veliki otvor u istoj rastaljenoj kupki; za tip 1 se navodi da se jedan snop svjetlosti koristi za stvaranje malog otvora, a drugi snop svjetlosti za toplinsku obradu zavarivanja, što može učinkovito poboljšati strukturna svojstva visokougljičnog čelika i legiranog čelika.
Tip 2: Povećanje razmaka između točaka u istoj rastaljenoj kupki, odvajanje dvaju snopa u dva neovisna otvora i promjena uzorka toka rastaljene kupke; za tip 2, njegova funkcija je ekvivalentna zavarivanju s dva elektronska snopa, smanjuje prskanje zavara i nepravilne zavare pri odgovarajućoj žarišnoj duljini.
Tip 3: Dodatno povećati razmak između točaka i promijeniti omjer energije dviju greda, tako da se jedna od dvije grede koristi kao izvor topline za izvođenje obrade prije ili nakon zavarivanja tijekom procesa zavarivanja, a druga greda se koristi za stvaranje malih rupa. Za tip 3, studija je otkrila da dvije grede tvore ključanicu, mala rupa se ne može lako urušiti, a zavar nije lako stvoriti pore.
2. Utjecaj procesa zavarivanja na kvalitetu zavarivanja
Utjecaj serijskog omjera energije snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2kW, brzina zavarivanja 45 mm/s, stupanj defokusiranja 0 mm, a razmak snopa 3 mm, oblik površine zavara pri promjeni RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) je kao što je 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 stvaranja pravilnih uzoraka ribljih ljuski. To je zato što je laserska energija previše koncentrirana, što uzrokuje jače osciliranje laserske rupice tijekom procesa zavarivanja, a tlak trzaja pare uzrokuje izbacivanje i prskanje rastaljenog metala u rastaljenom zavaru; Prekomjerni unos topline uzrokuje preveliku dubinu prodiranja rastaljenog zavaru na strani aluminijske legure, što uzrokuje udubljenje pod djelovanjem gravitacije. Kada je RS=0,67 i 1,50, uzorak riblje ljuske na površini zavara je ujednačen, oblik zavara je ljepši i nema vidljivih vrućih pukotina, pora i drugih nedostataka zavara na površini zavara. Oblici presjeka zavara s različitim omjerima energije snopa RS prikazani su na slici. Presjek zavara je u tipičnom obliku "vinske čaše", što ukazuje na to da se proces zavarivanja provodi u načinu laserskog dubokog prodiranja. RS ima važan utjecaj na dubinu prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure. Kada je omjer energije snopa RS=0,5, P2 je 1203,2 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=0,67 i 1,5, P2 je značajno smanjen, te iznose 403,3 mikrona odnosno 93,6 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=2, dubina prodiranja zavara u presjeku spoja je 1151,6 mikrona.
Utjecaj omjera energije paralelnog snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8 kW, brzina zavarivanja 33 mm/s, stupanj defokusiranja 0 mm i razmak snopa 1 mm, površina zavara dobiva se 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 je dobro oblikovana i nema vidljivih nedostataka poput pora i prskanja. Stoga, u usporedbi sa serijskim dvostrukim snopom...lasersko zavarivanje, površina zavara korištenjem paralelnih dvostrukih snopova je ujednačenija i ljepša. Kada je RS=0,25, u zavaru postoji blago udubljenje; kako se omjer energije snopa postupno povećava (RS=0,5, 0,67 i 1,5), površina zavara je ujednačena 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 "oblik vinske čaše"; kada je RS=0,50, 0,67 i 1, oblik poprečnog presjeka zavara je "lijevkast". Kada je RS=4, ne samo da se pukotine stvaraju na dnu zavara, već se stvaraju i neke pore u srednjem i donjem dijelu zavara. Kada je RS=2, unutar zavara pojavljuju se 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 presjek zavara je dobro oblikovan i ne nastaju očiti nedostaci zavarivanja. To pokazuje da omjer energije snopa tijekom paralelnog dvostrukog laserskog zavarivanja također ima važan utjecaj na prodiranje zavara i nedostatke zavarivanja.
Paralelna greda – utjecaj razmaka greda na formiranje zavarnog šava
Kada je snaga lasera 2,8 kW, brzina zavarivanja 33 mm/s, količina defokusiranja 0 mm i omjer energije snopa RS = 0,67, promijenite razmak snopa (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) kako biste dobili morfologiju površine zavara kao što je prikazano na slici. Kada je d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, površina zavara je glatka i ravna, a oblik lijep; uzorak riblje ljuske zavara je pravilan i lijep, te nema vidljivih pora, pukotina i drugih nedostataka. Stoga je, pod uvjetima razmaka četiri snopa, površina zavara dobro oblikovana. Osim toga, kada je d = 2 mm, formiraju se dva različita zavara, što pokazuje da dva paralelna laserska snopa više ne djeluju na rastaljenu kupku i ne mogu formirati učinkovito hibridno lasersko zavarivanje s dva snopa. Kada je razmak snopa 0,5 mm, zavar je "lijevkastog oblika", dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure iznosi 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 iznosi 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 laserske rekombinacije dvostrukog snopa postupno se pogoršava.
Razlika u morfologiji zavara uzrokovana je različitim protokom i hlađenjem skrućivanja rastaljenog kupatila tijekom procesa zavarivanja. Metoda numeričke simulacije ne samo da može učiniti analizu naprezanja rastaljenog kupatila intuitivnijom, već i smanjiti eksperimentalne troškove. Slika ispod prikazuje promjene u bočnom taljenom kupatilu s jednom gredom, različitim rasporedima i razmakom točaka. Glavni zaključci uključuju: (1) Tijekom zavarivanja jednom gredomlasersko zavarivanjeU tom procesu, dubina rupe rastaljenog bazena je najveća, postoji fenomen urušavanja rupe, stijenka rupe je nepravilna, a raspodjela polja strujanja u blizini stijenke rupe je neravnomjerna; u blizini stražnje površine rastaljenog bazena ponovno strujanje je snažno, a na dnu rastaljenog bazena postoji ponovno strujanje prema gore; raspodjela polja strujanja površinskog rastaljenog bazena je relativno ujednačena i spora, a širina rastaljenog bazena je neravnomjerna duž smjera dubine. Postoje poremećaji uzrokovani tlakom trzanja stijenke u rastaljenom bazenu između malih rupa u dvostrukoj gredi.lasersko zavarivanje, i uvijek postoji duž smjera dubine malih rupa. Kako se udaljenost između dvije zrake nastavlja povećavati, gustoća energije zrake postupno prelazi iz stanja jednog vrha u stanje dvostrukog vrha. Između dva vrha postoji minimalna vrijednost, a gustoća energije postupno se smanjuje. (2) Za dvostruku zrakulasersko zavarivanje, kada je razmak između točaka 0-0,5 mm, dubina malih rupica u rastaljenom bazenu se neznatno smanjuje, a ukupno ponašanje toka rastaljenog bazena slično je onome kod jednostruke zrakelasersko zavarivanje; kada je razmak između točaka veći od 1 mm, male rupe su potpuno odvojene i tijekom procesa zavarivanja gotovo da nema interakcije između dva lasera, što je ekvivalentno dvama uzastopnim/dvama paralelnim jednosnopnim laserskim zavarivanjima snage 1750 W. Gotovo da nema učinka predgrijavanja, a ponašanje toka rastaljene kupke slično je onome kod jednosnopnog laserskog zavarivanja. (3) Kada je razmak između točaka 0,5-1 mm, površina stijenke malih rupa je ravnija u oba rasporeda, dubina malih rupa se postupno smanjuje, a dno se postupno odvaja. Poremećaj između malih rupa i toka površinske rastaljene kupke je na 0,8 mm. Najjači je. Kod serijskog zavarivanja, duljina rastaljene kupke postupno se povećava, širina je najveća kada je razmak između točaka 0,8 mm, a učinak predgrijavanja je najočitiji kada je razmak između točaka 0,8 mm. Učinak Marangonijeve sile postupno slabi i više metalne tekućine teče na obje strane rastaljene kupke. Raspodjelu širine taline čini ravnomjernijom. Kod paralelnog zavarivanja, širina rastaljenog bazena postupno se povećava, a duljina je maksimalna na 0,8 mm, ali nema učinka predgrijavanja; ponovno topljenje blizu površine uzrokovano Marangonijevom silom uvijek postoji, a ponovno topljenje prema dolje na dnu malog otvora postupno nestaje; polje strujanja poprečnog presjeka nije tako dobro kao u seriji. Jako je, poremećaj teško utječe na protok s obje strane rastaljenog bazena, a širina rastaljenog sloja je neravnomjerno raspoređena.
Vrijeme objave: 12. listopada 2023.
