Sammenlignet med tradisjonell sveiseteknologi,lasersveisinghar uovertrufne fordeler innen sveisnøyaktighet, effektivitet, pålitelighet, automatisering og andre aspekter. I de senere årene har den utviklet seg raskt innen biler, energi, elektronikk og andre felt, og regnes som en av de mest lovende produksjonsteknologiene i det 21. århundre.
1. Oversikt over dobbeltbjelkelasersveising
Dobbelstrålelasersveisinger å bruke optiske metoder for å separere 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 for å løse tilpasningsevnen til lasersveising til monteringsnøyaktighet, forbedre stabiliteten i sveiseprosessen og forbedre kvaliteten på sveisen. Dobbelstrålelasersveisingkan enkelt og fleksibelt justere sveisetemperaturfeltet ved å endre strålens energiforhold, stråleavstand og til og med energifordelingsmønsteret til de to laserstrålene, og dermed endre nøkkelhullets eksistensmønster og strømningsmønsteret til flytende metall i smeltebadet. Gir et bredere utvalg av sveiseprosesser. Det har ikke bare fordelene med storelasersveisingpenetrasjon, høy hastighet og høy presisjon, men er også egnet for materialer og skjøter som er vanskelige å sveise med konvensjonellelasersveising.
For dobbeltstrålelasersveising, diskuterer vi først implementeringsmetodene for dobbeltstrålelaser. Omfattende litteratur viser at det finnes to hovedmåter å oppnå dobbeltstrålesveising på: transmisjonsfokusering og refleksjonsfokusering. Mer spesifikt oppnås den ene ved å justere vinkelen og avstanden mellom to lasere gjennom fokuseringsspeil og kollimeringsspeil. 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 finnes det hovedsakelig tre former. Den første formen er å koble to lasere gjennom optiske fibre og dele dem i to forskjellige stråler under samme kollimeringsspeil og fokuseringsspeil. Den andre er at to lasere sender ut laserstråler gjennom sine respektive sveisehoder, og en dobbelstråle 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 to fokuseringsspeil 3 og 4 henholdsvis. Posisjonen og avstanden mellom de to fokuspunktene kan justeres ved å justere vinklene til de to fokuseringsspeilene 3 og 4. Den andre metoden er å bruke en faststofflaser for å dele lyset for å oppnå doble stråler, og justere vinkelen og avstanden gjennom et perspektivspeil og et fokuseringsspeil. De to siste bildene i første rad nedenfor viser det spektroskopiske systemet til en CO2-laser. Det flate speilet er erstattet med et kileformet speil og plassert foran fokuseringsspeilet for å dele lyset for å oppnå dobbelt parallelt lysstråle.
Etter å ha forstått implementeringen av dobbeltbjelker, la oss kort introdusere sveiseprinsippene og -metodene. I dobbeltbjelkelasersveisingI denne prosessen finnes det tre vanlige bjelkearrangementer, nemlig seriearrangement, parallellarrangement og hybridarrangement. Stoff, det vil si at det er en avstand i både sveiseretningen og den vertikale sveiseretningen. Som vist i den siste raden i figuren, kan små hull og smeltede dammer som oppstår under ulik punktavstand under seriesveiseprosessen, videre deles inn i enkeltsmelter. Det er tre tilstander: damm, felles smeltedamm og separert smeltedamm. Egenskapene til enkeltsmeltedamm og separert smeltedamm ligner på egenskapene til enkeltsmeltedamm.lasersveising, som vist i det numeriske simuleringsdiagrammet. Det finnes forskjellige prosesseffekter for forskjellige typer.
Type 1: Under en viss punktavstand danner to strålenøkkelhull et felles stort nøkkelhull i samme smeltebad; for type 1 rapporteres det at én lysstråle brukes til å lage et lite hull, og den andre lysstrålen brukes til sveisevarmebehandling, noe som effektivt kan forbedre de strukturelle egenskapene til høykarbonstål og legert stål.
Type 2: Øk punktavstanden i samme smeltebad, separer de to strålene i to uavhengige nøkkelhull og endre strømningsmønsteret til smeltebadet. For type 2 tilsvarer funksjonen to-elektronstrålesveising. Reduserer sveisesprut og uregelmessige sveiser ved passende brennvidde.
Type 3: Øk punktavstanden ytterligere og endre energiforholdet mellom de to bjelkene, slik at den ene bjelkene brukes som varmekilde for å utføre for- eller ettersveising under sveiseprosessen, og den andre bjelkene 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 det er ikke lett å produsere porer i sveisen.
2. Sveiseprosessens innflytelse på sveisekvaliteten
Effekt av serielt stråle-energiforhold på dannelse av sveisesømmer
Når lasereffekten er 2 kW, sveisehastigheten er 45 mm/s, defokuseringsmengden er 0 mm og stråleavstanden er 3 mm. Sveiseflateformen når RS endres (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) er som vist på figuren. Når RS = 0,50 og 2,00, er sveisen mer bulkete, og det er mer sprut på kanten av sveisen, uten at det dannes regelmessige fiskeskjellmønstre. Dette skyldes at når stråleenergiforholdet er for lite eller for stort, er laserenergien for konsentrert, noe som fører til at laserhullet oscillerer mer under sveiseprosessen, og rekyltrykket fra dampen forårsaker utstøting og sprut av smeltet metall i smeltet. For mye varmetilførsel fører til at penetrasjonsdybden til smeltet på aluminiumslegeringssiden blir for stor, noe som forårsaker en forsenkning under tyngdekraftens påvirkning. Når RS = 0,67 og 1,50, er fiskeskjellmønsteret på sveiseoverflaten ensartet, sveiseformen er vakrere, og det er ingen synlige sveisesprekker, porer eller andre sveisedefekter på sveiseoverflaten. Tverrsnittsformene til sveisene med forskjellige stråleenergiforhold RS er som vist på figuren. Tverrsnittet av sveisene har en typisk "vinglassform", noe som indikerer at sveiseprosessen utføres i laserdyppenetrasjonssveisemodus. RS har en viktig innflytelse på penetrasjonsdybden 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 sveisepenetrasjonsdybden til skjøttverrsnittet 1151,6 mikron.
Effekt av parallell stråle-energiforhold på dannelse av sveisesømmer
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 i figuren. Når RS = 2, er fiskeskjellmønsteret på sveiseoverflaten relativt uregelmessig. Sveiseoverflaten oppnådd med de andre fem forskjellige stråleenergiforholdene er velformet, og det er ingen synlige defekter som porer og sprut. Sammenlignet med seriell dobbeltstrålesveisinglasersveising, sveiseoverflaten ved bruk av parallelle dobbeltbjelker er mer ensartet og vakker. Når RS = 0,25, er det en liten fordypning i sveisen; etter hvert som strålens energiforhold gradvis øker (RS = 0,5, 0,67 og 1,5), er sveiseoverflaten ensartet og det dannes ingen fordypning; når strålens energiforhold øker ytterligere (RS = 1,50, 2,00), er det imidlertid fordypninger på sveiseoverflaten. Når strålens energiforhold 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 det genereres også noen porer i midten og nedre del av sveisen. Når RS = 2, oppstår store prosessporer inne i sveisen, men ingen sprekker oppstår. Når RS = 0,5, 0,67 og 1,5, er sveisens inntrengningsdybde P2 på aluminiumslegeringssiden mindre, og tverrsnittet av sveisen er godt formet og det dannes ingen åpenbare sveisefeil. Dette viser at stråleenergiforholdet under parallell dobbeltstrålelasersveising også har en viktig innvirkning på sveiseinntrengning og sveisefeil.
Parallellstråle – effekten av bjelkeavstand på dannelsen av sveisesømmen
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 sveiseoverflatemorfologien som bildet viser. Når d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, er sveiseoverflaten glatt og flat, og formen er vakker; fiskeskjellmønsteret på sveisen er regelmessig og vakkert, og det er ingen synlige porer, sprekker eller andre defekter. Derfor, under de fire stråleavstandsforholdene, er sveiseoverflaten godt formet. I tillegg, når d = 2 mm, dannes to forskjellige sveiser, noe som viser at de to parallelle laserstrålene ikke lenger virker på et smeltebad, og ikke kan danne en effektiv dobbeltstrålelaserhybridsveising. Når stråleavstanden er 0,5 mm, er sveisen "traktformet", inntrengningsdybden P2 for sveisen på aluminiumslegeringssiden er 712,9 mikron, og det er ingen sprekker, porer eller andre defekter inne i sveisen. Etter hvert som stråleavstanden fortsetter å øke, reduseres inntrengningsdybden P2 for sveisen på aluminiumslegeringssiden betydelig. Når stråleavstanden er 1 mm, er inntrengningsdybden for sveisen på aluminiumslegeringssiden bare 94,2 mikron. Etter hvert som stråleavstanden øker ytterligere, danner ikke sveisen effektiv inntrengning på aluminiumslegeringssiden. Derfor, når stråleavstanden er 0,5 mm, er dobbeltstrålerekombinasjonseffekten best. Etter hvert som stråleavstanden øker, reduseres sveisevarmetilførselen kraftig, og dobbeltstrålelaserrekombinasjonseffekten blir gradvis dårligere.
Forskjellen i sveisemorfologi skyldes den ulik strømningen og kjøledannelsen av smeltebadet under sveiseprosessen. Den numeriske simuleringsmetoden kan ikke bare gjøre spenningsanalysen av smeltebadet mer intuitiv, men også redusere de eksperimentelle kostnadene. Bildet nedenfor viser endringene i sidesmeltebadet med en enkeltstråle, forskjellige arrangementer og punktavstand. Hovedkonklusjonene inkluderer: (1) Under enkeltstrålesveisinglasersveisingprosessen, dybden på hullet i smeltedammen er den dypeste, det er et fenomen med hullkollaps, hullveggen er uregelmessig, og strømningsfeltfordelingen nær hullveggen er ujevn; nær baksiden av smeltedammen er tilbakestrømningen sterk, og det er oppoverstrømning på bunnen av smeltedammen; strømningsfeltfordelingen i overflatesmeltedammen er relativt jevn og langsom, og bredden på smeltedammen er ujevn langs dybderetningen. Det er forstyrrelse forårsaket av veggens rekyltrykk i smeltedammen mellom de små hullene i dobbeltstrålen.lasersveising, og den eksisterer alltid langs dybderetningen til de små hullene. Etter hvert som avstanden mellom de to strålene fortsetter å øke, går strålens energitetthet gradvis over fra en enkelt topp til en dobbel topptilstand. Det er en minimumsverdi mellom de to toppene, og energitettheten avtar gradvis. (2) For dobbelstrålelasersveising, når punktavstanden er 0-0,5 mm, reduseres dybden på de små hullene i smeltebadet litt, og den generelle strømningsatferden i smeltebadet er lik den for enkeltstråle-lasersveising; når punktavstanden er over 1 mm, er de små hullene fullstendig 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 1750 W. Det er nesten ingen forvarmingseffekt, og smeltebadets strømningsatferd 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 separeres gradvis. Forstyrrelsen mellom de små hullene og strømningen av overflatesmeltebadet er på 0,8 mm. Den sterkeste. Ved seriesveising øker lengden på smeltebadet gradvis, bredden er størst når punktavstanden er 0,8 mm, og forvarmingseffekten er mest tydelig når punktavstanden er 0,8 mm. Effekten av Marangoni-kraften svekkes gradvis, og mer metallvæske strømmer til begge sider av smeltebadet. Gjør smeltebreddefordelingen mer jevn. Ved parallellsveising øker bredden på smeltebadet gradvis, og lengden er maksimal på 0,8 mm, men det er ingen forvarmingseffekt; tilbakestrømningen nær overflaten forårsaket av Marangoni-kraften eksisterer alltid, og den nedadgående tilbakestrømningen i bunnen av det lille hullet forsvinner gradvis; tverrsnittsstrømningsfeltet er ikke like godt som det er sterkt i serie, forstyrrelsen påvirker knapt strømningen på begge sider av smeltebadet, og smeltebredden er ujevnt fordelt.
Publisert: 12. oktober 2023
