Predlaže se metoda zavarivanja s dvostrukom zrakom, uglavnom za rješavanje prilagodljivostilasersko zavarivanjeza točnost montaže, poboljšanje stabilnosti procesa zavarivanja i poboljšanje kvalitete zavara, posebno kod zavarivanja tankih ploča i aluminijskih legura. Dvostruko lasersko zavarivanje može koristiti optičke metode za odvajanje istog lasera u dva odvojena snopa svjetlosti za zavarivanje. Također se mogu kombinirati dvije različite vrste lasera: CO2 laser, Nd:YAG laser i visokosnažni poluvodički laser. Promjenom energije snopa, razmaka snopa, pa čak i uzorka raspodjele energije dvaju snopa, temperaturno polje zavarivanja može se praktično i fleksibilno podesiti, mijenjajući uzorak postojanja rupa i uzorak toka tekućeg metala u rastaljenoj kupki, pružajući bolje rješenje za proces zavarivanja. Ogroman raspon izbora neusporediv je s jednostrukim laserskim zavarivanjem. Ne samo da ima prednosti velikog prodiranja laserskog zavarivanja, velike brzine i visoke preciznosti, već ima i veliku prilagodljivost materijalima i spojevima koje je teško zavariti konvencionalnim laserskim zavarivanjem.
Načelodvostruko lasersko zavarivanje
Dvostruko lasersko zavarivanje znači korištenje dvije laserske zrake istovremeno tijekom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, kut između dva snopa, položaj fokusiranja i omjer energije dvaju snopa su sve relevantne postavke u dvostrukom laserskom zavarivanju. Normalno, tijekom procesa zavarivanja, uglavnom postoje dva načina rasporeda dvostrukih snopa. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen serijski duž smjera zavarivanja. Ovaj raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastaljene kupke. Smanjuje tendenciju prokaljivanja zavara i stvaranje pora. Drugi je rasporediti ih jedan pored drugog ili poprečno s obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarnom razmaku.
Princip zavarivanja dvostrukim laserskim snopom
Dvostruko lasersko zavarivanje znači korištenje dvije laserske zrake istovremeno tijekom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, kut između dva snopa, položaj fokusiranja i omjer energije dvaju snopa su sve relevantne postavke u dvostrukom laserskom zavarivanju. Normalno, tijekom procesa zavarivanja, uglavnom postoje dva načina rasporeda dvostrukih snopa. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen serijski duž smjera zavarivanja. Ovaj raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastaljene kupke. Smanjuje tendenciju prokaljivanja zavara i stvaranje pora. Drugi je rasporediti ih jedan pored drugog ili poprečno s obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarnom razmaku.
Za tandemski raspoređeni sustav laserskog zavarivanja s dvostrukom zrakom postoje tri različita mehanizma zavarivanja ovisno o udaljenosti između prednje i stražnje zrake, kao što je prikazano na donjoj slici.
1. Kod prve vrste mehanizma za zavarivanje, udaljenost između dva snopa svjetlosti je relativno velika. Jedan snop svjetlosti ima veću gustoću energije i fokusiran je na površinu obratka kako bi stvorio ključanice u zavaru; drugi snop svjetlosti ima manju gustoću energije. Koristi se samo kao izvor topline za toplinsku obradu prije ili poslije zavarivanja. Korištenjem ovog mehanizma zavarivanja, brzina hlađenja zavarivačke kupke može se kontrolirati unutar određenog raspona, što je korisno za zavarivanje nekih materijala s visokom osjetljivošću na pukotine, poput visokougljičnog čelika, legiranog čelika itd., a također može poboljšati žilavost zavara.
2. Kod druge vrste mehanizma zavarivanja, udaljenost fokusa između dvaju svjetlosnih snopova je relativno mala. Dva svjetlosna snopa stvaraju dva neovisna otvora u zavarivačkoj kupki, što mijenja uzorak toka tekućeg metala i pomaže u sprječavanju zaglavljivanja. Može eliminirati pojavu nedostataka poput rubova i izbočina zavara te poboljšati formiranje zavara.
3. Kod treće vrste mehanizma zavarivanja, udaljenost između dva snopa svjetlosti je vrlo mala. U ovom trenutku, dva snopa svjetlosti stvaraju istu ključanicu u zavarivačkom bazenu. U usporedbi s laserskim zavarivanjem s jednim snopom, budući da veličina ključanice postaje veća i nije je lako zatvoriti, proces zavarivanja je stabilniji, a plin se lakše ispušta, što je korisno za smanjenje pora i prskanja te postizanje kontinuiranih, ujednačenih i lijepih zavara.
Tijekom procesa zavarivanja, dvije laserske zrake mogu se postaviti pod određenim kutom jedna prema drugoj. Mehanizam zavarivanja sličan je paralelnom mehanizmu zavarivanja s dvostrukom zrakom. Rezultati ispitivanja pokazuju da korištenjem dvaju visokosnažnih OO-a s kutom od 30° jedna prema drugoj i razmakom od 1~2 mm, laserska zraka može dobiti lijevkastu ključanicu. Veličina ključanice je veća i stabilnija, što može učinkovito poboljšati kvalitetu zavarivanja. U praktičnim primjenama, međusobna kombinacija dviju svjetlosnih zraka može se mijenjati prema različitim uvjetima zavarivanja kako bi se postigli različiti procesi zavarivanja.
6. Metoda implementacije dvostrukog laserskog zavarivanja
Dvostruke zrake mogu se dobiti kombiniranjem dvije različite laserske zrake ili se jedna laserska zraka može podijeliti na dvije laserske zrake za zavarivanje pomoću optičkog spektrometrijskog sustava. Za dijeljenje svjetlosne zrake na dvije paralelne laserske zrake različitih snaga može se koristiti spektroskop ili neki poseban optički sustav. Slika prikazuje dva shematska dijagrama principa dijeljenja svjetlosti korištenjem fokusirajućih zrcala kao razdjelnika snopa.
Osim toga, reflektor se može koristiti i kao razdjelnik snopa, a posljednji reflektor u optičkom putu može se koristiti kao razdjelnik snopa. Ova vrsta reflektora naziva se i reflektor krovnog tipa. Njegova reflektirajuća površina nije ravna površina, već se sastoji od dvije ravnine. Linija presjeka dviju reflektirajućih površina nalazi se u sredini površine zrcala, slično sljemenu krova, kao što je prikazano na slici. Snop paralelne svjetlosti obasjava spektroskop, reflektira se od dvije ravnine pod različitim kutovima kako bi se formirala dva snopa svjetlosti i obasjava različite položaje fokusirajućeg zrcala. Nakon fokusiranja, dobivaju se dva snopa svjetlosti na određenoj udaljenosti na površini obratka. Promjenom kuta između dviju reflektirajućih površina i položaja krova mogu se dobiti podijeljeni svjetlosni snopovi s različitim udaljenostima fokusa i rasporedima.
Prilikom korištenja dvije različite vrstelaserske zrake to formiranju dvostruke zrake, postoje mnoge kombinacije. Visokokvalitetni CO2 laser s Gaussovom raspodjelom energije može se koristiti za glavni rad zavarivanja, a poluvodički laser s pravokutnom raspodjelom energije može se koristiti kao pomoć u radu toplinske obrade. S jedne strane, ova kombinacija je ekonomičnija. S druge strane, snaga dvije svjetlosne zrake može se neovisno podešavati. Za različite oblike spojeva, podesivo temperaturno polje može se dobiti podešavanjem preklapajućeg položaja lasera i poluvodičkog lasera, što je vrlo pogodno za zavarivanje. Upravljanje procesom. Osim toga, 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 dvostrukog laserskog zavarivanja
3.1 Dvostruko lasersko zavarivanje pocinčanih limova
Pocinčani čelični lim najčešće je korišten 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, što uzrokuje nestabilnost procesa zavarivanja, stvarajući pore u zavaru. Kod preklopljenih spojeva, isparavanje pocinčanog sloja ne događa se samo na gornjoj i donjoj površini, već se događa i na površini spoja. Tijekom procesa zavarivanja, cinkova para brzo izlazi iz rastaljene kupke na nekim područjima, dok je na drugim područjima cinkovoj pari teško izaći iz rastaljene kupke. Na površini kupke, kvaliteta zavarivanja je vrlo nestabilna.
Zavarivanje dvostrukim laserom može riješiti probleme s kvalitetom zavarivanja uzrokovane cinkovim parama. Jedna metoda je kontrola vremena postojanja i brzine hlađenja rastaljenog kupatila razumnim usklađivanjem energije dvaju snopova kako bi se olakšao izlaz cinkovih para; druga metoda je oslobađanje cinkovih para prethodnim probijanjem ili urezivanjem. Kao što je prikazano na slici 6-31, CO2 laser se koristi za zavarivanje. YAG laser se nalazi ispred CO2 lasera i koristi se za bušenje rupa ili rezanje utora. Prethodno obrađene rupe ili utori pružaju put za izlaz cinkovih para nastalih tijekom naknadnog zavarivanja, sprječavajući da ostanu u rastaljenom kupatilu i stvore nedostatke.
3.2 Dvostruko lasersko zavarivanje aluminijske legure
Zbog posebnih karakteristika performansi aluminijskih legura, postoje sljedeće poteškoće pri korištenju laserskog zavarivanja [39]: aluminijska legura ima nisku stopu apsorpcije lasera, a početna reflektivnost površine CO2 laserske zrake prelazi 90%; šavovi laserskog zavarivanja aluminijske legure lako se stvaraju: poroznost, pukotine; izgaranje elemenata legure tijekom zavarivanja itd. Pri korištenju jednostrukog laserskog zavarivanja teško je uspostaviti ključanicu i održati stabilnost. Dvostruko lasersko zavarivanje 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 proces zavarivanja stabilniji, a količina prskanja smanjena, oblik površine zavara dobiven dvostrukim zavarivanjem aluminijskih legura također je znatno bolji od onog kod jednostrukog zavarivanja. Slika 6-32 prikazuje izgled zavara sučeonog zavarivanja aluminijske legure debljine 3 mm korištenjem jednostrukog i dvostrukog laserskog zavarivanja CO2.
Istraživanja pokazuju da je pri zavarivanju aluminijske legure serije 5000 debljine 2 mm, kada je udaljenost između dvije grede 0,6~1,0 mm, proces zavarivanja relativno stabilan, a otvor ključanice veći, što pogoduje isparavanju i izlasku magnezija tijekom procesa zavarivanja. Ako je udaljenost između dvije grede premala, proces zavarivanja jedne grede neće biti stabilan. Ako je udaljenost prevelika, to će utjecati na prodiranje zavara, kao što je prikazano na slici 6-33. Osim toga, omjer energije dvije grede također ima veliki utjecaj na kvalitetu zavarivanja. Kada su dvije grede s razmakom od 0,9 mm raspoređene u seriju za zavarivanje, energiju prethodne grede treba odgovarajuće povećati tako da omjer energije dvije grede prije i poslije bude veći od 1:1. Korisno je poboljšati kvalitetu zavarenog šava, povećati površinu taljenja i dalje dobiti glatki i lijepi zavareni šav kada je brzina zavarivanja velika.
3.3 Zavarivanje ploča nejednake debljine dvostrukom gredom
U industrijskoj proizvodnji često je potrebno zavariti dvije ili više metalnih ploča različitih debljina i oblika kako bi se formirala spojena ploča. Posebno u proizvodnji automobila, primjena zavarenih ploča po mjeri postaje sve raširenija. 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 panela. Glavni problem je što ploče koje se zavaruju moraju biti prethodno oblikovane s visokopreciznim rubovima i osigurati visokopreciznu montažu. Korištenje dvostrukog zavarivanja ploča nejednake debljine može se prilagoditi različitim promjenama u razmacima ploča, sučeonim spojevima, relativnim debljinama i materijalima ploča. Može zavarivati ploče s većim tolerancijama rubova i razmaka te poboljšati brzinu zavarivanja i kvalitetu zavara.
Glavni procesni parametri zavarivanja ploča nejednake debljine u Shuangguangdongu mogu se podijeliti na parametre zavarivanja i parametre ploče, kao što je prikazano na slici. Parametri zavarivanja uključuju snagu dviju laserskih zraka, brzinu zavarivanja, položaj fokusa, kut glave za zavarivanje, kut rotacije snopa dvostrukog čeonog spoja i pomak zavarivanja itd. Parametri ploče uključuju veličinu materijala, performanse, uvjete obrezivanja, razmake ploče itd. Snaga dviju laserskih zraka može se zasebno podesiti 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 pozitivan kut glave za zavarivanje, odnosno 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 laserskog fokusa i ruba debele ploče. Podešavanjem pomaka zavarivanja može se smanjiti količina udubljenja zavara i dobiti dobar presjek zavara.
Prilikom zavarivanja ploča s velikim razmacima, efektivni promjer zagrijavanja snopa možete povećati rotiranjem kuta dvostrukog snopa kako biste postigli dobre mogućnosti popunjavanja razmaka. Širina vrha zavara određena je efektivnim promjerom snopa dviju laserskih zraka, odnosno kutom rotacije snopa. Što je kut rotacije veći, to je širi raspon zagrijavanja dvostrukog snopa i veća je širina gornjeg dijela zavara. Dvije laserske zrake igraju različite uloge u procesu zavarivanja. Jedna se uglavnom koristi za prodiranje u šav, dok se druga uglavnom koristi za taljenje materijala debele ploče kako bi se popunio razmak. 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 rastopio materijal, a sljedeći laserski snop stvara prodiranje. Prva laserska zraka sprijeda može samo djelomično rastopiti debelu ploču, ali uvelike doprinosi procesu zavarivanja, jer ne samo da topi stranu debele ploče radi boljeg popunjavanja praznine, već i prethodno spaja materijal spoja tako da sljedeće zrake lakše zavaruju spojeve, što omogućuje brže zavarivanje. Kod zavarivanja s dvostrukom zrakom s negativnim kutom rotacije (prednja zraka djeluje na zavar, a stražnja zraka na debelu ploču), dvije zrake imaju upravo suprotan učinak. Prva zraka tali spoj, a druga zraka tali debelu ploču kako bi ga ispunila. U ovom slučaju, prednja zraka mora zavariti kroz hladnu ploču, a brzina zavarivanja je sporija nego kod korištenja pozitivnog kuta rotacije snopa. A zbog učinka predgrijavanja prethodne zrake, druga zraka će rastopiti više materijala debele ploče pod istom snagom. U ovom slučaju, snagu druge laserske zrake treba odgovarajuće smanjiti. U usporedbi s tim, korištenje pozitivnog kuta rotacije snopa može odgovarajuće povećati brzinu zavarivanja, a korištenje negativnog kuta rotacije snopa može postići bolje popunjavanje praznine. Slika 6-36 prikazuje utjecaj različitih kutova rotacije snopa na presjek zavara.
3.4 Dvostruko lasersko zavarivanje velikih debelih ploča S poboljšanjem razine snage lasera i kvalitete snopa, lasersko zavarivanje velikih debelih ploča postalo je stvarnost. Međutim, budući da su laseri velike snage skupi, a zavarivanje velikih debelih ploča općenito zahtijeva dodatni metal, postoje određena ograničenja u stvarnoj proizvodnji. Korištenje tehnologije dvostrukog laserskog zavarivanja ne samo da može povećati snagu lasera, već i povećati efektivni promjer zagrijavanja snopa, povećati sposobnost taljenja dodatne žice, stabilizirati laserski otvor, poboljšati stabilnost zavarivanja i poboljšati kvalitetu zavarivanja.
Vrijeme objave: 29. travnja 2024.
