Sammenlignet med tradisjonell sveiseteknologi,lasersveisinghar uovertruffen fordeler når det gjelder nøyaktighet, effektivitet, pålitelighet, automatisering og andre aspekter. De siste årene har den utviklet seg raskt innen biler, energi, elektronikk og andre felt, og regnes for å være en av de mest lovende produksjonsteknologiene i det 21. århundre.
1. Oversikt over dobbeltbjelkelasersveising
Dobbeltstrålelasersveisinger å bruke optiske metoder for å skille den samme laseren i to separate lysstråler for sveising, eller å bruke to forskjellige typer lasere for å kombinere, for eksempel CO2-laser, Nd: YAG-laser og høyeffekts halvlederlaser. Alle kan kombineres. Det ble hovedsakelig foreslått å løse tilpasningsevnen til lasersveising til monteringsnøyaktighet, forbedre stabiliteten til sveiseprosessen og forbedre kvaliteten på sveisen. Dobbeltstrålelasersveisingkan enkelt og fleksibelt justere sveisetemperaturfeltet ved å endre stråleenergiforholdet, stråleavstanden og til og med energifordelingsmønsteret til de to laserstrålene, endre eksistensmønsteret til nøkkelhullet og strømningsmønsteret til flytende metall i det smeltede bassenget. Gir et bredere utvalg av sveiseprosesser. Det har ikke bare fordelene med storelasersveisingpenetrering, høy hastighet og høy presisjon, men egner seg også for materialer og skjøter som er vanskelige å sveise med konvensjonellelasersveising.
For dobbeltstrålelasersveising, diskuterer vi først implementeringsmetodene for dobbeltstrålelaser. Omfattende litteratur viser at det er to hovedmåter å oppnå dobbeltstrålesveising: transmisjonsfokusering og refleksjonsfokusering. Spesifikt oppnås en ved å justere vinkelen og avstanden mellom to lasere gjennom fokusspeil og kollimerende speil. Den andre oppnås ved å bruke en laserkilde og deretter fokusere gjennom reflekterende speil, transmissive speil og kileformede speil for å oppnå doble stråler. For den første metoden er det hovedsakelig tre former. Den første formen er å koble to lasere gjennom optiske fibre og dele dem i to forskjellige stråler under samme kollimerende speil og fokusspeil. Den andre er at to lasere sender ut laserstråler gjennom sine respektive sveisehoder, og en dobbel stråle dannes ved å justere den romlige posisjonen til sveisehodene. Den tredje metoden er at laserstrålen først deles gjennom to speil 1 og 2, og deretter fokuseres av henholdsvis to fokusspeil 3 og 4. Posisjonen og avstanden mellom de to brennpunktene kan justeres ved å justere vinklene til de to fokusspeilene 3 og 4. Den andre metoden er å bruke en solid-state laser for å dele lyset for å oppnå doble stråler, og justere vinkelen og avstand gjennom et perspektivspeil og et fokusspeil. De to siste bildene i første rad nedenfor viser det spektroskopiske systemet til en CO2-laser. Det flate speilet erstattes med et kileformet speil og plasseres foran fokusspeilet for å dele lyset for å oppnå dobbeltstråle parallelt lys.
Etter å ha forstått implementeringen av doble bjelker, la oss kort introdusere sveiseprinsippene og -metodene. I dobbeltstrålenlasersveisingprosess, er det tre vanlige strålearrangementer, nemlig seriearrangement, parallellarrangement og hybridarrangement. duk, det vil si at det er en avstand både i sveiseretningen og sveise vertikal retning. Som vist i den siste raden av figuren, i henhold til de forskjellige formene til små hull og smeltede bassenger som vises under forskjellige punktavstander under den serielle sveiseprosessen, kan de deles videre i enkeltsmelter. Det er tre stater: basseng, felles smeltet basseng og separert smeltet basseng. Egenskapene til enkelt smeltet basseng og separert smeltet basseng er lik de til enkeltlasersveising, som vist i det numeriske simuleringsdiagrammet. Det er forskjellige prosesseffekter for forskjellige typer.
Type 1: Under en viss punktavstand danner to bjelkenøkkelhull et felles stort nøkkelhull i samme smeltede basseng; for type 1 er det rapportert at en lysstråle brukes til å lage et lite hull, og den andre lysstrålen brukes til sveising av varmebehandling, som effektivt kan forbedre de strukturelle egenskapene til høykarbonstål og legert stål.
Type 2: Øk punktavstanden i det samme smeltede bassenget, separer de to bjelkene i to uavhengige nøkkelhull, og endre strømningsmønsteret til smeltebassenget; for type 2 tilsvarer funksjonen to-elektronstrålesveising. Reduserer sveisesprut og uregelmessige sveiser ved passende brennvidde.
Type 3: Øk punktavstanden ytterligere og endre energiforholdet til de to bjelkene, slik at en av de to bjelkene brukes som varmekilde for å utføre for- eller ettersveisebehandling under sveiseprosessen, og den andre bjelken brukes til å generere små hull. For type 3 fant studien at de to bjelkene danner et nøkkelhull, det lille hullet er ikke lett å kollapse, og sveisen er ikke lett å produsere porer.
2. Påvirkningen av sveiseprosessen på sveisekvaliteten
Effekt av serielt stråle-energiforhold på sveisesømdannelse
Når lasereffekten er 2kW, sveisehastigheten er 45 mm/s, ufokuseringsmengden er 0 mm, og stråleavstanden er 3 mm, er sveiseoverflateformen ved endring av RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) som vist i figuren. Når RS=0,50 og 2,00 bulker sveisen i større grad, og det blir mer sprut på kanten av sveisen, uten at det dannes vanlige fiskeskjellmønster. Dette er fordi når stråleenergiforholdet er for lite eller for stort, er laserenergien for konsentrert, noe som får laserhullet til å oscillere mer alvorlig under sveiseprosessen, og rekyltrykket til dampen forårsaker utstøting og sprut av smeltet basseng metall i smeltet basseng; Overdreven varmetilførsel fører til at inntrengningsdybden til det smeltede bassenget på aluminiumslegeringssiden blir for stor, noe som forårsaker en forsenkning under påvirkning av tyngdekraften. Når RS=0,67 og 1,50 er fiskeskalamønsteret på sveiseoverflaten ensartet, sveiseformen er vakrere, og det er ingen synlige varme sveisesprekker, porer og andre sveisefeil på sveiseoverflaten. Tverrsnittsformene til sveisene med forskjellige stråleenergiforhold RS er som vist på figuren. Tverrsnittet av sveisene er i en typisk "vinglassform", noe som indikerer at sveiseprosessen utføres i lasersveisemodus med dyp penetrering. RS har en viktig innflytelse på inntrengningsdybden P2 til sveisen på aluminiumslegeringssiden. Når stråleenergiforholdet RS=0,5, er P2 1203,2 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS=0,67 og 1,5, reduseres P2 betydelig, som er henholdsvis 403,3 mikron og 93,6 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS=2, er sveiseinntrengningsdybden til skjøtetverrsnittet 1151,6 mikron.
Effekt av parallell stråle-energi-forhold på sveisesømdannelse
Når lasereffekten er 2,8 kW, sveisehastigheten er 33 mm/s, defokuseringsmengden er 0 mm og stråleavstanden er 1 mm, oppnås sveiseoverflaten ved å endre stråleenergiforholdet (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Utseendet er vist på figuren. Når RS=2 er fiskeskjellmønsteret på overflaten av sveisen relativt uregelmessig. Overflaten til sveisen oppnådd ved de andre fem forskjellige stråleenergiforholdene er godt utformet, og det er ingen synlige defekter som porer og sprut. Derfor sammenlignet med seriell dual-beamlasersveising, sveiseoverflaten ved hjelp av parallelle doble bjelker er mer jevn og vakker. Når RS=0,25 er det en liten fordypning i sveisen; etter hvert som stråleenergiforholdet øker gradvis (RS=0,5, 0,67 og 1,5), er overflaten av sveisen jevn og ingen fordypning dannes; imidlertid når stråleenergiforholdet øker ytterligere ( RS=1,50, 2,00), men det er fordypninger på overflaten av sveisen. Når stråleenergiforholdet RS=0,25, 1,5 og 2, er tverrsnittsformen til sveisen "vinglassformet"; når RS=0,50, 0,67 og 1, er tverrsnittsformen til sveisen "traktformet". Når RS=4 genereres det ikke bare sprekker i bunnen av sveisen, men også noen porer i den midtre og nedre delen av sveisen. Når RS=2 oppstår store prosessporer inne i sveisen, men det oppstår ingen sprekker. Når RS=0,5, 0,67 og 1,5, er inntrengningsdybden P2 til sveisen på aluminiumslegeringssiden mindre, og tverrsnittet av sveisen er godt utformet og ingen åpenbare sveisefeil dannes. Disse viser at stråleenergiforholdet ved parallell dobbelstrålelasersveising også har en viktig innvirkning på sveiseinntrengning og sveisefeil.
Parallell bjelke – effekten av bjelkeavstand på dannelsen av sveisesøm
Når lasereffekten er 2,8 kW, sveisehastigheten er 33 mm/s, defokuseringsmengden er 0 mm og stråleenergiforholdet RS=0,67, endre stråleavstanden (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) for å oppnå sveiseoverflatens morfologi som bildet viser. Når d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, er overflaten av sveisen jevn og flat, og formen er vakker; fiskeskalamønsteret i sveisen er regelmessig og vakkert, og det er ingen synlige porer, sprekker og andre defekter. Derfor, under de fire bjelkeavstandsforholdene, er sveiseoverflaten godt utformet. I tillegg, når d=2 mm, dannes to forskjellige sveiser, som viser at de to parallelle laserstrålene ikke lenger virker på et smeltet basseng, og ikke kan danne en effektiv dobbeltstråle laserhybridsveising. Når bjelkeavstanden er 0,5 mm, er sveisen "traktformet", inntrengningsdybden P2 til sveisen på aluminiumslegeringssiden er 712,9 mikron, og det er ingen sprekker, porer og andre defekter inne i sveisen. Ettersom bjelkeavstanden fortsetter å øke, reduseres inntrengningsdybden P2 av sveisen på aluminiumslegeringssiden betydelig. Når bjelkeavstanden er 1 mm, er inntrengningsdybden til sveisen på aluminiumslegeringssiden kun 94,2 mikron. Ettersom bjelkeavstanden øker ytterligere, danner ikke sveisen effektiv penetrasjon på aluminiumslegeringssiden. Derfor, når stråleavstanden er 0,5 mm, er dobbeltstrålerekombinasjonseffekten best. Etter hvert som stråleavstanden øker, avtar sveisevarmetilførselen kraftig, og to-stråle laserrekombinasjonseffekten blir gradvis verre.
Forskjellen i sveisemorfologi er forårsaket av ulik strømning og kjøling av størkningen av det smeltede bassenget under sveiseprosessen. Den numeriske simuleringsmetoden kan ikke bare gjøre spenningsanalysen av smeltebassenget mer intuitiv, men også redusere de eksperimentelle kostnadene. Bildet under viser endringene i sidesmeltebassenget med en enkelt bjelke, ulike arrangementer og punktavstand. Hovedkonklusjonene inkluderer: (1) Under enkeltstrålenlasersveisingprosess, dybden av det smeltede bassenghullet er den dypeste, det er et fenomen med hullkollaps, hullveggen er uregelmessig, og strømningsfeltfordelingen nær hullveggen er ujevn; nær den bakre overflaten av smeltebassenget. Reflowen er sterk, og det er oppadgående reflow i bunnen av smeltebassenget; strømningsfeltfordelingen til overflatesmeltebassenget er relativt jevn og langsom, og bredden av smeltebassenget er ujevn langs dybderetningen. Det er forstyrrelse forårsaket av veggrekyltrykk i smeltebassenget mellom de små hullene i dobbeltstrålelasersveising, og den eksisterer alltid langs dybderetningen til de små hullene. Ettersom avstanden mellom de to strålene fortsetter å øke, går energitettheten til strålen gradvis over fra en enkelt topp til en dobbel topptilstand. Det er en minimumsverdi mellom de to toppene, og energitettheten avtar gradvis. (2) For dobbeltstrålelasersveising, når punktavstanden er 0-0,5 mm, reduseres dybden av små hull i det smeltede bassenget litt, og den totale strømningsatferden til smeltet basseng er lik den for enkeltstrålende bassenglasersveising; når punktavstanden er over 1mm er de små hullene helt adskilt, og under sveiseprosessen er det nesten ingen interaksjon mellom de to laserne, noe som tilsvarer to påfølgende/to parallelle enkeltstrålelasersveisinger med en effekt på 1750W. Det er nesten ingen forvarmingseffekt, og strømningsoppførselen til smeltet basseng ligner på enkeltstrålelasersveising. (3) Når punktavstanden er 0,5-1 mm, er veggoverflaten til de små hullene flatere i de to arrangementene, dybden på de små hullene avtar gradvis, og bunnen skiller seg gradvis. Forstyrrelsen mellom de små hullene og strømmen av overflatesmeltebassenget er på 0,8 mm. Den sterkeste. For seriesveising øker lengden på det smeltede bassenget gradvis, bredden er størst når punktavstanden er 0,8 mm, og forvarmingseffekten er mest åpenbar når punktavstanden er 0,8 mm. Effekten av Marangoni-kraften svekkes gradvis, og mer metallvæske strømmer til begge sider av det smeltede bassenget. Gjør smeltebreddefordelingen mer jevn. For parallell sveising øker bredden på smeltebassenget gradvis, og lengden er maksimal på 0,8 mm, men det er ingen forvarmingseffekt; reflowen nær overflaten forårsaket av Marangoni-kraften eksisterer alltid, og den nedadgående reflowen i bunnen av det lille hullet forsvinner gradvis; tverrsnittsstrømningsfeltet er ikke så godt som Det er sterkt i serie, forstyrrelsen påvirker nesten ikke strømmen på begge sider av smeltebassenget, og smeltebredden er ujevnt fordelt.
Innleggstid: 12. oktober 2023
