Predlaže se metoda zavarivanja s dvije zrake, uglavnom za rješavanje prilagodljivostilasersko zavarivanjeza točnost montaže, poboljšanje stabilnosti procesa zavarivanja i poboljšanje kvalitete zavara, posebno za zavarivanje tankih ploča i zavarivanje aluminijskih legura. Lasersko zavarivanje s dvostrukom zrakom može koristiti optičke metode za razdvajanje istog lasera u dvije odvojene zrake svjetlosti za zavarivanje. Također može koristiti dvije različite vrste lasera za kombiniranje, CO2 laser, Nd:YAG laser i poluvodički laser velike snage. mogu se kombinirati. Promjenom energije snopa, razmaka snopa, pa čak i uzorka raspodjele energije dviju snopova, polje temperature zavarivanja može se podesiti prikladno i fleksibilno, mijenjajući obrazac postojanja rupa i uzorak protoka tekućeg metala u rastaljenoj bazenu , pružajući bolje rješenje za proces zavarivanja. Ogroman prostor izbora neusporediv je s jednozračnim laserskim zavarivanjem. Ne samo da ima prednosti velikog prodora laserskog zavarivanja, velike brzine i visoke preciznosti, već ima i veliku prilagodljivost materijalima i spojevima koje je teško zavariti konvencionalnim laserskim zavarivanjem.
Načelo oddvosmjerno lasersko zavarivanje
Dvosmjerno zavarivanje znači korištenje dvije laserske zrake istovremeno tijekom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, kut između dviju snopa, položaj fokusiranja i omjer energije dviju snopova sve su relevantne postavke u laserskom zavarivanju s dvostrukom snopom. parametar. Obično, tijekom procesa zavarivanja, općenito postoje dva načina za postavljanje dvostrukih greda. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen u nizu duž smjera zavarivanja. Ovakav raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastaljenog bazena. Smanjuje sklonost kaljenju zavara i stvaranje pora. Drugi je rasporediti ih jedan pored drugog ili poprečno na obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarenom razmaku.
Princip dvosmjernog laserskog zavarivanja
Dvosmjerno zavarivanje znači korištenje dvije laserske zrake istovremeno tijekom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, kut između dviju snopa, položaj fokusiranja i omjer energije dviju snopova sve su relevantne postavke u laserskom zavarivanju s dvostrukom snopom. parametar. Obično, tijekom procesa zavarivanja, općenito postoje dva načina za postavljanje dvostrukih greda. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen u nizu duž smjera zavarivanja. Ovakav raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastaljenog bazena. Smanjuje sklonost kaljenju zavara i stvaranje pora. Drugi je rasporediti ih jedan pored drugog ili poprečno na obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarenom razmaku.
Za tandemski raspoređeni sustav laserskog zavarivanja s dvije zrake, postoje tri različita mehanizma zavarivanja ovisno o udaljenosti između prednje i stražnje grede, kao što je prikazano na slici ispod.
1. U prvom tipu mehanizma za zavarivanje razmak između dviju zraka svjetlosti je relativno velik. Jedna zraka svjetlosti ima veću gustoću energije i fokusirana je na površinu obratka kako bi se stvorile ključanice u zavarivanju; drugi snop svjetlosti ima manju gustoću energije. Koristi se samo kao izvor topline za toplinsku obradu prije ili nakon zavarivanja. Upotrebom ovog mehanizma za zavarivanje, brzina hlađenja bazena za zavarivanje može se kontrolirati unutar određenog raspona, što je korisno za zavarivanje nekih materijala s visokom osjetljivošću na pukotine, kao što je čelik s visokim udjelom ugljika, legirani čelik itd., a također može poboljšati žilavost zavara.
2. U drugom tipu mehanizma za zavarivanje, udaljenost fokusa između dvije svjetlosne zrake je relativno mala. Dvije zrake svjetlosti stvaraju dvije neovisne ključanice u bazenu za zavarivanje, što mijenja uzorak protoka tekućeg metala i pomaže u sprječavanju zapinjanja. Može eliminirati pojavu nedostataka kao što su rubovi i izbočine zavara i poboljšati formiranje zavara.
3. U trećoj vrsti mehanizma za zavarivanje, udaljenost između dviju zraka svjetlosti je vrlo mala. U to vrijeme, dvije zrake svjetlosti stvaraju istu ključanicu u bazenu za zavarivanje. U usporedbi s laserskim zavarivanjem s jednom zrakom, budući da ključanica postaje veća i nije je lako zatvoriti, postupak zavarivanja je stabilniji i plin se lakše ispušta, što je korisno za smanjenje pora i prskanja i dobivanje kontinuiranog, jednolikog i lijepi varovi.
Tijekom procesa zavarivanja, dvije laserske zrake također mogu biti postavljene pod određenim kutom jedna prema drugoj. Mehanizam za zavarivanje sličan je mehanizmu za zavarivanje s dvostrukom gredom. Rezultati testa pokazuju da pomoću dva OO velike snage pod kutom od 30° jedan prema drugom i na udaljenosti od 1~2 mm, laserska zraka može dobiti ključanicu u obliku lijevka. Veličina ključanice je veća i stabilnija, što može učinkovito poboljšati kvalitetu zavarivanja. U praktičnim primjenama, međusobna kombinacija dviju zraka svjetlosti može se mijenjati u skladu s različitim uvjetima zavarivanja kako bi se postigli različiti postupci zavarivanja.
6. Način izvedbe dvosnopnog laserskog zavarivanja
Snimanje dvostrukih zraka može se dobiti kombiniranjem dvije različite laserske zrake ili se jedna laserska zraka može podijeliti u dvije laserske zrake za zavarivanje pomoću sustava optičke spektrometrije. Za dijeljenje zrake svjetlosti u dvije paralelne laserske zrake različite snage može se koristiti spektroskop ili neki poseban optički sustav. Slika prikazuje dva shematska dijagrama principa cijepanja svjetlosti korištenjem zrcala za fokusiranje kao razdjelnika snopa.
Osim toga, reflektor se također može koristiti kao razdjelnik snopa, a posljednji reflektor na optičkom putu može se koristiti kao razdjelnik snopa. Ovaj tip reflektora naziva se i krovni reflektor. Njegova reflektirajuća površina nije ravna površina, već se sastoji od dvije ravnine. Linija sjecišta dviju reflektirajućih površina nalazi se u sredini zrcalne površine, slično sljemenu krova, kao što je prikazano na slici. Snop paralelnog svjetla obasjava spektroskop, reflektira se od dvije ravnine pod različitim kutovima da bi se formirale dvije zrake svjetla i obasjava različite položaje zrcala za fokusiranje. Nakon fokusiranja dobivaju se dvije zrake svjetlosti na određenoj udaljenosti na površini izratka. Promjenom kuta između dviju reflektirajućih površina i položaja krova mogu se dobiti podijeljeni snopovi svjetlosti s različitim udaljenostima fokusa i rasporedom.
Kada koristite dvije različite vrstelaserske zrake to oblik dvostruke grede, postoji mnogo kombinacija. Visokokvalitetni CO2 laser s Gaussovom distribucijom energije može se koristiti za glavni rad zavarivanja, a poluvodički laser s pravokutnom distribucijom energije može se koristiti kao pomoć u radu toplinske obrade. S jedne strane, ova kombinacija je ekonomičnija. S druge strane, snaga dviju svjetlosnih zraka može se neovisno podešavati. Za različite oblike spojeva podesivo temperaturno polje može se dobiti podešavanjem položaja preklapanja lasera i poluvodičkog lasera, što je vrlo pogodno za zavarivanje. Kontrola procesa. Uz to, YAG laser i CO2 laser također se mogu kombinirati u dvostruku zraku za zavarivanje, kontinuirani laser i pulsni laser mogu se kombinirati za zavarivanje, a fokusirana zraka i defokusirana zraka također se mogu kombinirati za zavarivanje.
7. Princip dvosnopnog laserskog zavarivanja
3.1 Dvosmjerno lasersko zavarivanje pocinčanog lima
Pocinčani čelični lim je najčešće korišteni materijal u automobilskoj industriji. Talište čelika je oko 1500°C, dok je vrelište cinka samo 906°C. Stoga se pri korištenju metode zavarivanja taljenjem obično stvara velika količina cinkove pare, zbog čega je proces zavarivanja nestabilan. , stvarajući pore u zavaru. Za preklopne spojeve, isparavanje pocinčanog sloja ne događa se samo na gornjoj i donjoj površini, već se događa i na površini spoja. Tijekom procesa zavarivanja, pare cinka brzo izlaze iz bazena rastaljene mase u nekim područjima, dok je u drugim područjima teško da pare cinka izlaze iz bazena rastaljene tvari. Na površini bazena, kvaliteta zavarivanja je vrlo nestabilna.
Lasersko zavarivanje s dvostrukom zrakom može riješiti probleme kvalitete zavarivanja uzrokovane parama cinka. Jedna metoda je kontrolirati vrijeme postojanja i brzinu hlađenja bazena rastaljevine razumnim usklađivanjem energije dviju zraka kako bi se olakšalo izlazak cinkove pare; druga metoda je otpuštanje cinkovih para prethodnim bušenjem ili utorom. Kao što je prikazano na slici 6-31, za zavarivanje se koristi CO2 laser. YAG laser je ispred CO2 lasera i koristi se za bušenje rupa ili rezanje utora. Prethodno obrađene rupe ili žljebovi osiguravaju izlaz za pare cinka nastale tijekom naknadnog zavarivanja, sprječavajući da ostanu u bazenu rastaljevine i formiraju defekte.
3.2 Dvosmjerno lasersko zavarivanje aluminijske legure
Zbog posebnih karakteristika materijala od aluminijskih legura, postoje sljedeće poteškoće u korištenju laserskog zavarivanja [39]: aluminijska legura ima nisku stopu apsorpcije lasera, a početna refleksija površine CO2 laserske zrake prelazi 90%; šavovi za lasersko zavarivanje od aluminijske legure lako se proizvode Poroznost, pukotine; izgaranje legiranih elemenata tijekom zavarivanja, itd. Kod korištenja jednog laserskog zavarivanja, teško je uspostaviti ključanicu i održati stabilnost. Lasersko zavarivanje s dvostrukom zrakom može povećati veličinu ključanice, što otežava zatvaranje ključanice, što je korisno za ispuštanje plina. Također može smanjiti brzinu hlađenja i smanjiti pojavu pora i pukotina pri zavarivanju. Budući da je postupak zavarivanja stabilniji i količina prskanja je smanjena, oblik površine zavara dobiven dvosnopom zavarivanja aluminijskih legura također je značajno bolji od onog kod jednosnopa zavarivanja. Slika 6-32 prikazuje izgled zavara kod sučeonog zavarivanja aluminijske legure debljine 3 mm korištenjem CO2 laserskog zavarivanja s jednom zrakom i laserskog zavarivanja s dvostrukom zrakom.
Istraživanja pokazuju da je kod zavarivanja aluminijske legure serije 5000 debljine 2 mm, kada je udaljenost između dviju greda 0,6~1,0 mm, postupak zavarivanja relativno stabilan, a formirani otvor ključanice je veći, što pogoduje isparavanju i izlasku magnezija tijekom postupak zavarivanja. Ako je razmak između dviju greda premalen, postupak zavarivanja jedne grede neće biti stabilan. Ako je udaljenost prevelika, to će utjecati na proboj zavarivanja, kao što je prikazano na slici 6-33. Osim toga, omjer energije dviju zraka također ima veliki utjecaj na kvalitetu zavarivanja. Kada su dvije grede s razmakom od 0,9 mm raspoređene u seriju za zavarivanje, energija prethodne zrake treba biti odgovarajuće povećana tako da omjer energije dviju greda prije i iza bude veći od 1:1. Korisno je poboljšati kvalitetu zavarenog šava, povećati područje taljenja i još uvijek dobiti gladak i lijep zavareni šav kada je brzina zavarivanja velika.
3.3 Dvosmjerno zavarivanje ploča nejednake debljine
U industrijskoj proizvodnji često je potrebno zavariti dvije ili više metalnih ploča različitih debljina i oblika kako bi se formirala spojena ploča. Osobito u proizvodnji automobila sve je raširenija primjena zavarenih proizvoda po mjeri. Zavarivanjem ploča s različitim specifikacijama, površinskim premazima ili svojstvima može se povećati čvrstoća, smanjiti potrošni materijal i smanjiti kvaliteta. Lasersko zavarivanje ploča različitih debljina obično se koristi kod zavarivanja ploča. Veliki problem je to što ploče koje se zavaruju moraju imati prethodno oblikovane rubove visoke preciznosti i osigurati visokoprecizno sklapanje. Korištenje dvosmjernog zavarivanja ploča nejednake debljine može se prilagoditi različitim promjenama u razmacima ploča, sučeonim spojevima, relativnim debljinama i materijalima ploča. Može zavariti ploče s većim tolerancijama rubova i razmaka i poboljšati brzinu zavarivanja i kvalitetu zavarivanja.
Glavni procesni parametri Shuangguangdongovog zavarivanja ploča nejednake debljine mogu se podijeliti na parametre zavarivanja i parametre ploča, kao što je prikazano na slici. Parametri zavarivanja uključuju snagu dviju laserskih zraka, brzinu zavarivanja, položaj fokusa, kut glave za zavarivanje, kut rotacije snopa sučeonog spoja s dvostrukom gredom i pomak zavarivanja, itd. Parametri ploče uključuju veličinu materijala, izvedbu, uvjete rezanja, razmake između ploča , itd. Snaga dviju laserskih zraka može se zasebno podešavati prema različitim svrhama zavarivanja. Položaj fokusa općenito se nalazi na površini tanke ploče kako bi se postigao stabilan i učinkovit proces zavarivanja. Kut glave za zavarivanje obično se odabire na oko 6. Ako je debljina dviju ploča relativno velika, može se koristiti pozitivni kut glave za zavarivanje, to jest, laser je nagnut prema tankoj ploči, kao što je prikazano na slici; kada je debljina ploče relativno mala, može se koristiti negativni kut glave za zavarivanje. Pomak zavarivanja definiran je kao udaljenost između fokusa lasera i ruba debele ploče. Podešavanjem pomaka zavarivanja, količina udubljenja zavara može se smanjiti i može se dobiti dobar poprečni presjek zavara.
Kada zavarivate ploče s velikim razmacima, možete povećati efektivni promjer zagrijavanja snopa zakretanjem dvostrukog kuta snopa kako biste dobili dobre mogućnosti popunjavanja razmaka. Širina vrha zavara određena je efektivnim promjerom dviju laserskih zraka, odnosno kutom rotacije zrake. Što je veći kut rotacije, to je širi raspon zagrijavanja dvostruke grede, a veća je i širina gornjeg dijela zavara. Dvije laserske zrake imaju različite uloge u procesu zavarivanja. Jedan se uglavnom koristi za probijanje šava, dok se drugi uglavnom koristi za topljenje debelog pločastog materijala za popunjavanje praznine. Kao što je prikazano na slici 6-35, pod pozitivnim kutom rotacije snopa (prednji snop djeluje na debelu ploču, stražnji snop djeluje na zavar), prednji snop pada na debelu ploču kako bi zagrijao i rastalio materijal, a sljedeći Laserska zraka stvara prodor. Prva laserska zraka na prednjoj strani može samo djelomično rastopiti debelu ploču, ali uvelike pridonosi procesu zavarivanja, jer ne samo da topi bočnu stranu debele ploče radi boljeg popunjavanja razmaka, već i prethodno spaja spojni materijal tako da sljedeće grede Lakše je zavarivati kroz spojeve, što omogućuje brže zavarivanje. Kod dvosmjernog zavarivanja s negativnim kutom rotacije (prednji snop djeluje na zavar, a stražnji snop djeluje na deblju ploču), dva snopa imaju upravo suprotan učinak. Prva greda topi spoj, a druga greda topi debelu ploču da je ispuni. praznina. U ovom slučaju, prednja greda je potrebna za zavarivanje kroz hladnu ploču, a brzina zavarivanja je sporija od korištenja pozitivnog kuta rotacije grede. A zbog učinka predgrijavanja prethodnog snopa, potonji snop će rastopiti više debljih pločastih materijala pod istom snagom. U tom slučaju, snagu potonje laserske zrake treba odgovarajuće smanjiti. Za usporedbu, uporaba pozitivnog kuta rotacije snopa može na odgovarajući način povećati brzinu zavarivanja, a uporaba negativnog kuta rotacije snopa može postići bolje popunjavanje praznina. Na slici 6-36 prikazan je utjecaj različitih kutova rotacije grede na presjek zavara.
3.4 Dvosmjerno lasersko zavarivanje velikih debelih ploča S poboljšanjem razine snage lasera i kvalitete zrake, lasersko zavarivanje velikih debelih ploča postalo je stvarnost. Međutim, budući da su laseri velike snage skupi i zavarivanje velikih debelih ploča općenito zahtijeva dodatni metal, postoje određena ograničenja u stvarnoj proizvodnji. Korištenje tehnologije laserskog zavarivanja s dvostrukom zrakom može ne samo povećati snagu lasera, već i povećati efektivni promjer grijanja zrake, povećati sposobnost taljenja žice za punjenje, stabilizirati lasersku ključanicu, poboljšati stabilnost zavarivanja i poboljšati kvalitetu zavarivanja.
Vrijeme objave: 29. travnja 2024
