Dobbeltstrålesveisemetoden foreslås hovedsakelig for å løse tilpasningsevnen tillasersveisingfor å forbedre monteringsnøyaktigheten, forbedre stabiliteten i sveiseprosessen og forbedre sveisekvaliteten, spesielt for tynnplatesveising og sveising av aluminiumslegeringer. Dobbeltstrålelasersveising kan bruke optiske metoder for å separere den samme laseren i to separate lysstråler for sveising. Den kan også bruke to forskjellige typer lasere for å kombinere, CO2-laser, Nd:YAG-laser og høyeffekts halvlederlaser. Ved å endre stråleenergien, stråleavstanden og til og med energifordelingsmønsteret til de to strålene, kan sveisetemperaturfeltet justeres enkelt og fleksibelt, noe som endrer hullenes eksistensmønster og strømningsmønsteret til det flytende metallet i smeltebadet, noe som gir en bedre løsning for sveiseprosessen. Det store valget av plass er uovertruffent av enkeltstrålelasersveising. Den har ikke bare fordelene med stor lasersveisepenetrasjon, høy hastighet og høy presisjon, men har også god tilpasningsevne til materialer og skjøter som er vanskelige å sveise med konvensjonell lasersveising.
Prinsippet omdobbeltstrålelasersveising
Dobbeltstrålesveising betyr å bruke to laserstråler samtidig under sveiseprosessen. Strålearrangementet, stråleavstanden, vinkelen mellom de to strålene, fokuseringsposisjonen og energiforholdet mellom de to strålene er alle relevante innstillinger i dobbeltstrålelasersveising. Parameter. Normalt er det generelt to måter å arrangere dobbeltstrålene på under sveiseprosessen. Som vist på figuren er den ene arrangert i serie langs sveiseretningen. Denne arrangementet kan redusere avkjølingshastigheten til smeltebadet. Reduserer herdingstendensen til sveisen og poredannelsen. Den andre er å arrangere dem side om side eller på tvers på begge sider av sveisen for å forbedre tilpasningsevnen til sveisegapet.
Prinsipp for dobbeltstrålelasersveising
Dobbeltstrålesveising betyr å bruke to laserstråler samtidig under sveiseprosessen. Strålearrangementet, stråleavstanden, vinkelen mellom de to strålene, fokuseringsposisjonen og energiforholdet mellom de to strålene er alle relevante innstillinger i dobbeltstrålelasersveising. Parameter. Normalt er det generelt to måter å arrangere dobbeltstrålene på under sveiseprosessen. Som vist på figuren er den ene arrangert i serie langs sveiseretningen. Denne arrangementet kan redusere avkjølingshastigheten til smeltebadet. Reduserer herdingstendensen til sveisen og poredannelsen. Den andre er å arrangere dem side om side eller på tvers på begge sider av sveisen for å forbedre tilpasningsevnen til sveisegapet.
For et tandemarrangert dobbeltstrålelasersveisesystem finnes det tre forskjellige sveisemekanismer avhengig av avstanden mellom den fremre og bakre strålen, som vist i figuren nedenfor.
1. I den første typen sveisemekanisme er avstanden mellom de to lysstrålene relativt stor. Den ene lysstrålen har en større energitetthet og fokuserer på overflaten av arbeidsstykket for å lage nøkkelhull i sveisestykket; den andre lysstrålen har en mindre energitetthet. Brukes kun som varmekilde for varmebehandling før eller etter sveising. Ved hjelp av denne sveisemekanismen kan kjølehastigheten til sveisebadet kontrolleres innenfor et visst område, noe som er gunstig for sveising av noen materialer med høy sprekkfølsomhet, for eksempel høykarbonstål, legert stål, etc., og kan også forbedre sveisens seighet.
2. I den andre typen sveisemekanisme er fokusavstanden mellom de to lysstrålene relativt liten. De to lysstrålene produserer to uavhengige nøkkelhull i et sveisebad, noe som endrer strømningsmønsteret til det flytende metallet og bidrar til å forhindre fastsetting. Det kan eliminere forekomsten av defekter som kanter og sveisevulster og forbedre sveiseformasjonen.
3. I den tredje typen sveisemekanisme er avstanden mellom de to lysstrålene svært liten. På dette tidspunktet produserer de to lysstrålene det samme nøkkelhullet i sveisebadet. Sammenlignet med enkeltstrålelasersveising, fordi nøkkelhullet blir større og ikke er lett å lukke, er sveiseprosessen mer stabil og gassen lettere å slippe ut, noe som er gunstig for å redusere porer og sprut, og oppnå kontinuerlige, ensartede og vakre sveiser.
Under sveiseprosessen kan de to laserstrålene også plasseres i en viss vinkel i forhold til hverandre. Sveisemekanismen ligner på parallell dobbeltstrålesveisemekanisme. Testresultater viser at ved å bruke to høyeffekts-OO-er med en vinkel på 30° i forhold til hverandre og en avstand på 1~2 mm, kan laserstrålen oppnå et traktformet nøkkelhull. Nøkkelhullstørrelsen er større og mer stabil, noe som effektivt kan forbedre sveisekvaliteten. I praktiske anvendelser kan den gjensidige kombinasjonen av de to lysstrålene endres i henhold til forskjellige sveiseforhold for å oppnå forskjellige sveiseprosesser.
6. Implementeringsmetode for dobbeltstrålelasersveising
Doble stråler kan oppnås ved å kombinere to forskjellige laserstråler, eller én laserstråle kan deles inn i to laserstråler for sveising ved hjelp av et optisk spektrometrisystem. For å dele en lysstråle i to parallelle laserstråler med ulik effekt, kan et spektroskop eller et spesielt optisk system brukes. Bildet viser to skjematiske diagrammer av lysdelingsprinsipper ved bruk av fokuseringsspeil som stråledelere.
I tillegg kan en reflektor også brukes som en stråledeler, og den siste reflektoren i den optiske banen kan brukes som en stråledeler. Denne typen reflektor kalles også en takreflektor. Den reflekterende overflaten er ikke en flat overflate, men består av to plan. Skjæringslinjen mellom de to reflekterende overflatene er plassert midt på speiloverflaten, lik en takrygg, som vist på figuren. En parallell lysstråle skinner på spektroskopet, reflekteres av to plan i forskjellige vinkler for å danne to lysstråler, og skinner på forskjellige posisjoner av fokuseringsspeilet. Etter fokusering oppnås to lysstråler i en viss avstand på overflaten av arbeidsstykket. Ved å endre vinkelen mellom de to reflekterende overflatene og takets posisjon, kan man oppnå delte lysstråler med forskjellige fokusavstander og arrangementer.
Når man bruker to forskjellige typerlaserstråler tFor å danne en dobbel stråle finnes det mange kombinasjoner. En høykvalitets CO2-laser med gaussisk energifordeling kan brukes til hovedsveisearbeidet, og en halvlederlaser med rektangulær energifordeling kan brukes til å hjelpe til med varmebehandlingsarbeidet. På den ene siden er denne kombinasjonen mer økonomisk. På den annen side kan effekten til de to lysstrålene justeres uavhengig. For forskjellige skjøtformer kan et justerbart temperaturfelt oppnås ved å justere overlappingsposisjonen til laseren og halvlederlaseren, noe som er veldig egnet for sveising. Prosesskontroll. I tillegg kan YAG-laser og CO2-laser også kombineres til en dobbel stråle for sveising, kontinuerlig laser og pulslaser kan kombineres for sveising, og fokusert stråle og defokusert stråle kan også kombineres for sveising.
7. Prinsipp for dobbeltstrålelasersveising
3.1 Dobbeltstrålelasersveising av galvaniserte plater
Galvanisert stålplate er det mest brukte materialet i bilindustrien. Smeltepunktet for stål er rundt 1500 °C, mens kokepunktet for sink bare er 906 °C. Derfor genereres det vanligvis en stor mengde sinkdamp når man bruker smeltesveisemetoden, noe som gjør at sveiseprosessen blir ustabil, og det dannes porer i sveisen. For overlappende skjøter skjer fordampningen av det galvaniserte laget ikke bare på de øvre og nedre overflatene, men også på skjøteoverflaten. Under sveiseprosessen spruter sinkdamp raskt ut av smeltebadoverflaten i noen områder, mens det i andre områder er vanskelig for sinkdamp å unnslippe fra smeltebadet. På overflaten av badet er sveisekvaliteten svært ustabil.
Dobbeltstrålelasersveising kan løse sveisekvalitetsproblemer forårsaket av sinkdamp. Én metode er å kontrollere eksistenstiden og avkjølingshastigheten til smeltebadet ved å tilpasse energien til de to strålene på en rimelig måte for å lette sinkdampens utslipp; den andre metoden er å frigjøre sinkdamp ved forhåndsstansing eller rilling. Som vist i figur 6-31 brukes CO2-laser til sveising. YAG-laseren er plassert foran CO2-laseren og brukes til å bore hull eller skjære spor. De forhåndsbehandlede hullene eller sporene gir en rømningsvei for sinkdamp som genereres under påfølgende sveising, og forhindrer at den forblir i smeltebadet og danner defekter.
3.2 Dobbeltstrålelasersveising av aluminiumslegering
På grunn av de spesielle ytelsesegenskapene til aluminiumslegeringsmaterialer, er det følgende vanskeligheter ved bruk av lasersveising [39]: aluminiumslegering har en lav absorpsjonshastighet for laser, og den initiale reflektiviteten til CO2-laserstråleoverflaten overstiger 90 %; lasersveisesømmer i aluminiumslegering er enkle å produsere. Porøsitet, sprekker; brenning av legeringselementer under sveising, osv. Ved bruk av enkeltlasersveising er det vanskelig å etablere nøkkelhullet og opprettholde stabilitet. Dobbeltstrålelasersveising kan øke størrelsen på nøkkelhullet, noe som gjør det vanskelig for nøkkelhullet å lukke seg, noe som er gunstig for gassutslipp. Det kan også redusere kjølehastigheten og redusere forekomsten av porer og sveisesprekker. Siden sveiseprosessen er mer stabil og mengden sprut er redusert, er sveiseoverflateformen som oppnås ved dobbeltstrålesveising av aluminiumslegeringer også betydelig bedre enn ved enkeltstrålesveising. Figur 6-32 viser utseendet til sveisesømmen ved 3 mm tykk aluminiumslegering-stumpsveising ved bruk av CO2-enkeltstrålelaser og dobbeltstrålelasersveising.
Forskning viser at når man sveiser 2 mm tykk aluminiumslegering i 5000-serien, og avstanden mellom de to bjelkene er 0,6–1,0 mm, er sveiseprosessen relativt stabil, og nøkkelhullåpningen som dannes er større, noe som bidrar til fordampning og utslipp av magnesium under sveiseprosessen. Hvis avstanden mellom de to bjelkene er for liten, vil ikke sveiseprosessen for én bjelke være stabil. Hvis avstanden er for stor, vil sveiseinntrengningen bli påvirket, som vist i figur 6-33. I tillegg har energiforholdet mellom de to bjelkene også stor innvirkning på sveisekvaliteten. Når to bjelker med en avstand på 0,9 mm er anordnet i serie for sveising, bør energien til den foregående bjelken økes tilsvarende, slik at energiforholdet mellom de to bjelkene før og etter er større enn 1:1. Det er nyttig for å forbedre kvaliteten på sveisesømmen, øke smelteområdet og fortsatt oppnå en jevn og vakker sveisesøm når sveisehastigheten er høy.
3.3 Dobbelstrålesveising av plater med ulik tykkelse
I industriell produksjon er det ofte nødvendig å sveise to eller flere metallplater med ulik tykkelse og form for å danne en skjøtet plate. Spesielt i bilproduksjon blir bruken av skreddersydde emner mer og mer utbredt. Ved å sveise plater med forskjellige spesifikasjoner, overflatebelegg eller egenskaper kan styrken økes, forbruksvarer reduseres og kvaliteten reduseres. Lasersveising av plater med ulik tykkelse brukes vanligvis i panelsveising. Et stort problem er at platene som skal sveises må være forhåndsformet med høypresisjonskanter og sikre høypresisjonsmontering. Bruk av dobbeltstrålesveising av plater med ulik tykkelse kan tilpasses forskjellige endringer i plategap, støtfuger, relative tykkelser og platematerialer. Det kan sveise plater med større kant- og gapstoleranser og forbedre sveisehastighet og sveisekvalitet.
Hovedprosessparametrene for Shuangguangdongs sveising av plater med ulik tykkelse kan deles inn i sveiseparametere og plateparametere, som vist på figuren. Sveiseparametere inkluderer effekten til de to laserstrålene, sveisehastighet, fokusposisjon, sveisehodevinkel, strålerotasjonsvinkel for dobbeltstråle-støtfugen og sveiseforskyvning, etc. Plateparametere inkluderer materialstørrelse, ytelse, trimmeforhold, plategap, etc. Effekten til de to laserstrålene kan justeres separat i henhold til forskjellige sveiseformål. Fokusposisjonen er vanligvis plassert på overflaten av den tynne platen for å oppnå en stabil og effektiv sveiseprosess. Sveisehodevinkelen velges vanligvis til å være rundt 6. Hvis tykkelsen på de to platene er relativt stor, kan en positiv sveisehodevinkel brukes, det vil si at laseren vippes mot den tynne platen, som vist på bildet; når platetykkelsen er relativt liten, kan en negativ sveisehodevinkel brukes. Sveiseforskyvningen er definert som avstanden mellom laserfokuset og kanten av den tykke platen. Ved å justere sveiseforskyvningen kan mengden sveisebulk reduseres og et godt sveisetverrsnitt kan oppnås.
Når du sveiser plater med store mellomrom, kan du øke den effektive stråleoppvarmingsdiameteren ved å rotere den doble strålevinkelen for å oppnå god fylling av mellomrom. Bredden på toppen av sveisen bestemmes av den effektive strålediameteren til de to laserstrålene, det vil si strålens rotasjonsvinkel. Jo større rotasjonsvinkel, desto bredere er oppvarmingsområdet til den doble strålen, og desto større er bredden på den øvre delen av sveisen. De to laserstrålene spiller forskjellige roller i sveiseprosessen. Den ene brukes hovedsakelig til å penetrere sømmen, mens den andre hovedsakelig brukes til å smelte det tykke platematerialet for å fylle mellomrommet. Som vist i figur 6-35, under en positiv strålerotasjonsvinkel (den fremre strålen virker på den tykke platen, den bakre strålen virker på sveisen), faller den fremre strålen inn på den tykke platen for å varme opp og smelte materialet, og den påfølgende laserstrålen skaper penetrasjon. Den første laserstrålen foran kan bare delvis smelte den tykke platen, men den bidrar sterkt til sveiseprosessen, fordi den ikke bare smelter siden av den tykke platen for bedre fylling av gap, men også forhåndssammenføyer skjøtematerialet slik at de påfølgende strålene lettere kan sveises gjennom skjøtene, noe som gir raskere sveising. Ved dobbeltstrålesveising med negativ rotasjonsvinkel (den fremre strålen virker på sveisen, og den bakre strålen virker på den tykke platen), har de to strålene nøyaktig motsatt effekt. Den førstnevnte strålen smelter skjøten, og den sistnevnte strålen smelter den tykke platen for å fylle gapet. I dette tilfellet må den fremre strålen sveises gjennom den kalde platen, og sveisehastigheten er lavere enn ved bruk av en positiv strålerotasjonsvinkel. Og på grunn av forvarmingseffekten til den forrige strålen, vil den sistnevnte strålen smelte mer tykt platemateriale med samme effekt. I dette tilfellet bør effekten til den sistnevnte laserstrålen reduseres tilsvarende. Til sammenligning kan bruk av en positiv strålerotasjonsvinkel øke sveisehastigheten tilsvarende, og bruk av en negativ strålerotasjonsvinkel kan oppnå bedre fylling av gap. Figur 6-36 viser påvirkningen av forskjellige bjelkerotasjonsvinkler på tverrsnittet av sveisen.
3.4 Dobbelstrålelasersveising av store, tykke plater Med forbedringen av lasereffektnivået og strålekvaliteten har lasersveising av store, tykke plater blitt en realitet. Men fordi høyeffektslasere er dyre og sveising av store, tykke plater generelt krever fyllmateriale, er det visse begrensninger i den faktiske produksjonen. Bruk av dobbelstrålelasersveiseteknologi kan ikke bare øke lasereffekten, men også øke den effektive strålens oppvarmingsdiameter, øke evnen til å smelte fyllmateriale, stabilisere laserens nøkkelhull, forbedre sveisestabiliteten og forbedre sveisekvaliteten.
Publisert: 29. april 2024
