Ve srovnání s tradiční technologií svařování,laserové svařovánímá jedinečné výhody v přesnosti svařování, účinnosti, spolehlivosti, automatizaci a dalších aspektech. V posledních letech se rychle rozvíjí v oblasti automobilů, energetiky, elektroniky a dalších oborů a je považována za jednu z nejperspektivnějších výrobních technologií 21. století.
1. Přehled dvoupaprskůlaserové svařování
Dvoupaprskovýlaserové svařováníje použití optických metod k oddělení stejného laseru do dvou samostatných paprsků světla pro svařování, nebo ke spojení dvou různých typů laserů, jako je CO2 laser, Nd: YAG laser a vysoce výkonný polovodičový laser. Vše lze kombinovat. Bylo navrženo především řešení adaptability laserového svařování na přesnost montáže, zlepšení stability svařovacího procesu a zlepšení kvality svaru. Dvoupaprskovýlaserové svařovánímůže pohodlně a flexibilně upravit teplotní pole svařování změnou poměru energie paprsku, vzdálenosti paprsku a dokonce i rozložení energie dvou laserových paprsků, změnou vzoru existence klíčové dírky a vzoru proudění tekutého kovu v roztavené lázni. Poskytuje širší výběr svařovacích procesů. Má nejen výhody velkéholaserové svařovánípenetrací, vysokou rychlostí a vysokou přesností, ale je také vhodný pro materiály a spoje, které se obtížně svařují konvenčnímlaserové svařování.
Pro dvoupaprskovýlaserové svařováníNejprve probereme způsoby implementace dvoupaprskového laseru. Obsáhlá literatura ukazuje, že existují dva hlavní způsoby, jak dosáhnout dvoupaprskového svařování: transmisní zaostřování a reflexní zaostřování. Konkrétně je dosaženo nastavením úhlu a vzdálenosti dvou laserů pomocí zaostřovacích zrcadel a kolimačních zrcadel. Druhé je dosaženo použitím laserového zdroje a následným zaostřením prostřednictvím odrazných zrcadel, transmisivních zrcadel a klínovitých zrcadel pro dosažení duálních paprsků. Pro první způsob existují především tři formy. První formou je propojit dva lasery přes optická vlákna a rozdělit je do dvou různých paprsků pod stejným kolimačním zrcadlem a zaostřovacím zrcadlem. Druhým je to, že dva lasery vydávají laserové paprsky přes jejich příslušné svařovací hlavy a dvojitý paprsek je tvořen úpravou prostorové polohy svařovacích hlav. Třetí způsob spočívá v tom, že laserový paprsek je nejprve rozdělen přes dvě zrcadla 1 a 2 a poté zaostřen dvěma zaostřovacími zrcadly 3 a 4 v tomto pořadí. Polohu a vzdálenost mezi dvěma ohniskovými body lze upravit nastavením úhlů dvou zaostřovacích zrcadel 3 a 4. Druhou metodou je použití pevnolátkového laseru k rozdělení světla pro dosažení duálních paprsků a nastavení úhlu a rozestupy přes perspektivní zrcadlo a zaostřovací zrcadlo. Poslední dva obrázky v první řadě níže ukazují spektroskopický systém CO2 laseru. Ploché zrcadlo je nahrazeno klínovým zrcadlem a umístěno před zaostřovacím zrcadlem, aby se světlo rozdělilo a dosáhlo se dvoupaprskového paralelního světla.
Po pochopení realizace dvojpaprsků si stručně představíme principy a metody svařování. Ve dvoupaprskulaserové svařováníprocesu, existují tři společná uspořádání paprsků, jmenovitě sériové uspořádání, paralelní uspořádání a hybridní uspořádání. tkanina, to znamená, že existuje vzdálenost jak ve směru svařování, tak ve vertikálním směru svařování. Jak je znázorněno na posledním řádku obrázku, podle různých tvarů malých otvorů a tavných lázní, které se objevují pod různými rozestupy bodů během procesu sériového svařování, je lze dále rozdělit na jednotlivé taveniny. Existují tři stavy: bazén, společná roztavená lázeň a oddělená roztavená lázeň. Charakteristiky jedné tavné lázně a oddělené tavné lázně jsou podobné charakteristikám jedinélaserové svařování, jak je znázorněno na diagramu numerické simulace. Pro různé typy existují různé procesní efekty.
Typ 1: Pod určitým rozestupem bodů tvoří dvě klíčové dírky paprsku společnou velkou klíčovou dírku ve stejné roztavené lázni; pro typ 1 se uvádí, že jeden paprsek světla se používá k vytvoření malého otvoru a druhý paprsek světla se používá pro tepelné zpracování svařování, které může účinně zlepšit strukturální vlastnosti oceli s vysokým obsahem uhlíku a legované oceli.
Typ 2: Zvětšete rozestup bodů ve stejné lázni tavení, oddělte dva paprsky do dvou nezávislých klíčových otvorů a změňte vzor proudění v lázni tavby; u typu 2 je jeho funkce ekvivalentní svařování dvěma elektronovými paprsky, Snižuje rozstřik a nepravidelné svary při vhodné ohniskové vzdálenosti.
Typ 3: Dále zvětšete rozestup bodů a změňte poměr energie dvou paprsků tak, aby jeden ze dvou paprsků byl použit jako zdroj tepla k provádění předsvařovacího nebo posvařovacího zpracování během procesu svařování, a druhý paprsek se používá k vytváření malých otvorů. U typu 3 studie zjistila, že dva paprsky tvoří klíčovou dírku, malý otvor není snadné zhroutit a svar není snadné vytvořit póry.
2. Vliv procesu svařování na kvalitu svařování
Vliv poměru energie sériového paprsku na tvorbu svaru
Při výkonu laseru 2 kW, rychlosti svařování 45 mm/s, míře rozostření 0 mm a rozteči paprsku 3 mm je tvar svarového povrchu při změně RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) jako znázorněno na obrázku. Když RS=0,50 a 2,00, svar je promáčknutý ve větší míře a na okraji svaru je větší rozstřik, aniž by se tvořily pravidelné vzory rybích šupin. Je to proto, že když je poměr energie paprsku příliš malý nebo příliš velký, je energie laseru příliš koncentrovaná, což způsobuje, že dírka laseru během procesu svařování vážněji osciluje a tlak zpětného rázu páry způsobuje vymrštění a rozstřikování taveniny. bazénový kov v roztaveném bazénu; Nadměrný přívod tepla způsobuje, že hloubka průniku roztavené lázně na straně hliníkové slitiny je příliš velká, což způsobuje prohlubeň působením gravitace. Když RS=0,67 a 1,50, vzor rybích šupin na povrchu svaru je stejnoměrný, tvar svaru je krásnější a na povrchu svaru nejsou žádné viditelné praskliny, póry a jiné vady svařování. Tvary průřezu svarů s různými poměry energie paprsku RS jsou znázorněny na obrázku. Průřez svarů je v typickém „tvaru sklenice na víno“, což naznačuje, že svařovací proces je prováděn v režimu laserového svařování hlubokou penetrací. RS má důležitý vliv na hloubku průvaru P2 svaru na straně hliníkové slitiny. Když je poměr energie paprsku RS=0,5, P2 je 1203,2 mikronů. Když je poměr energie paprsku RS=0,67 a 1,5, P2 je významně snížen, což je 403,3 mikronů a 93,6 mikronů, v tomto pořadí. Když je poměr energie paprsku RS=2, hloubka průniku svaru průřezu spoje je 1151,6 mikronů.
Vliv poměru rovnoběžný paprsek-energie na tvorbu svaru
Když je výkon laseru 2,8 kW, rychlost svařování je 33 mm/s, míra rozostření je 0 mm a vzdálenost paprsku je 1 mm, povrch svaru se získá změnou poměru energie paprsku (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Vzhled je znázorněn na obrázku. Když RS=2, vzor rybích šupin na povrchu svaru je relativně nepravidelný. Povrch svaru získaný dalšími pěti různými energetickými poměry paprsku je dobře tvarovaný a nejsou zde žádné viditelné vady, jako jsou póry a rozstřik. Proto ve srovnání se sériovým dvoupaprskovýmlaserové svařování, svarový povrch pomocí paralelních dvoupaprsků je jednotnější a krásnější. Když RS=0,25, je ve svaru mírná prohlubeň; jak se poměr energie paprsku postupně zvyšuje (RS=0,5, 0,67 a 1,5), povrch svaru je rovnoměrný a nevytváří se žádná prohlubeň; když se však poměr energie paprsku dále zvyšuje ( RS=1,50, 2,00), ale na povrchu svaru jsou prohlubně. Když je poměr energie paprsku RS=0,25, 1,5 a 2, tvar příčného řezu svaru je „ve tvaru sklenice na víno“; když RS=0,50, 0,67 a 1, tvar příčného řezu svaru je „nálevkovitý“. Když RS=4, nejen že se ve spodní části svaru vytvoří trhliny, ale také se vytvoří nějaké póry ve střední a spodní části svaru. Když RS=2, objeví se uvnitř svaru velké procesní póry, ale neobjeví se žádné trhliny. Když RS=0,5, 0,67 a 1,5, hloubka průvaru P2 svaru na straně hliníkové slitiny je menší a průřez svaru je dobře tvarovaný a nevznikají žádné zjevné vady svařování. Ty ukazují, že poměr energie paprsku během paralelního dvoupaprskového laserového svařování má také důležitý vliv na pronikání svaru a vady svařování.
Paralelní paprsek – vliv rozteče paprsků na tvorbu svaru
Když je výkon laseru 2,8 kW, rychlost svařování je 33 mm/s, míra rozostření je 0 mm a poměr energie paprsku RS=0,67, změňte vzdálenost paprsku (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), abyste získali morfologie svarového povrchu, jak ukazuje obrázek. Když d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, povrch svaru je hladký a plochý a tvar je krásný; vzor rybích šupin svaru je pravidelný a krásný a nejsou zde žádné viditelné póry, praskliny a jiné vady. Proto za podmínek čtyř rozteče paprsků je povrch svaru dobře vytvořen. Navíc, když d=2 mm, jsou vytvořeny dva různé svary, což ukazuje, že dva paralelní laserové paprsky již nepůsobí na roztavenou lázeň a nemohou vytvořit efektivní dvoupaprskové laserové hybridní svařování. Když je rozteč paprsků 0,5 mm, svar má „nálevkovitý tvar“, hloubka průvaru P2 svaru na straně hliníkové slitiny je 712,9 mikronů a uvnitř svaru nejsou žádné praskliny, póry a jiné vady. Jak se rozteč paprsků dále zvětšuje, hloubka průvaru P2 svaru na straně hliníkové slitiny výrazně klesá. Při rozteči paprsků 1 mm je hloubka průvaru svaru na straně hliníkové slitiny pouze 94,2 mikronů. Jak se vzdálenost paprsků dále zvětšuje, svar nevytváří účinný průvar na straně hliníkové slitiny. Proto, když je rozteč paprsků 0,5 mm, efekt rekombinace dvou paprsků je nejlepší. S rostoucím rozestupem paprsků se prudce snižuje příkon svařovacího tepla a postupně se zhoršuje efekt dvoupaprskové laserové rekombinace.
Rozdíl v morfologii svaru je způsoben rozdílným prouděním a chladícím tuhnutím tavné lázně během procesu svařování. Metoda numerické simulace může nejen učinit analýzu napětí v roztavené lázni intuitivnější, ale také snížit náklady na experiment. Obrázek níže ukazuje změny v boční lázni taveniny s jedním paprskem, různými uspořádáními a rozestupy bodů. Mezi hlavní závěry patří: (1) Během jednopaprskového paprskulaserové svařováníproces, hloubka otvoru roztaveného bazénu je nejhlubší, dochází k jevu kolapsu otvoru, stěna otvoru je nepravidelná a rozložení proudového pole v blízkosti stěny otvoru je nerovnoměrné; blízko zadního povrchu tavené lázně Přetavení je silné a na dně tavné lázně dochází k přetékání směrem nahoru; rozložení proudového pole povrchové roztavené lázně je relativně rovnoměrné a pomalé a šířka roztavené lázně je nerovnoměrná ve směru hloubky. Dochází k rušení způsobenému zpětným rázem stěny v roztavené lázni mezi malými otvory v dvojitém nosníkulaserové svařovánía vždy existuje podél směru hloubky malých otvorů. Jak se vzdálenost mezi dvěma paprsky stále zvětšuje, hustota energie paprsku postupně přechází z jednoho vrcholu do stavu dvojitého vrcholu. Mezi dvěma vrcholy je minimální hodnota a hustota energie se postupně snižuje. (2) Pro dvojitý nosníklaserové svařování, když je rozestup bodů 0-0,5 mm, hloubka malých otvorů v roztavené lázni se mírně sníží a celkové chování proudění v roztavené lázni je podobné jako u jednopaprskovýchlaserové svařování; když je rozteč bodů větší než 1 mm, malé otvory jsou zcela odděleny a během procesu svařování Mezi dvěma lasery nedochází téměř k žádné interakci, což je ekvivalentní dvěma po sobě jdoucím/dvou paralelním jednopaprskovým laserovým svařováním s výkonem 1750W. Neexistuje téměř žádný předehřívací efekt a chování proudění roztavené lázně je podobné jako u jednopaprskového laserového svařování. (3) Když je rozteč bodů 0,5-1 mm, povrch stěny malých otvorů je v obou uspořádáních plošší, hloubka malých otvorů se postupně snižuje a dno se postupně odděluje. Porucha mezi malými otvory a prouděním povrchové roztavené lázně je 0,8 mm. Nejsilnější. U sériového svařování se délka tavné lázně postupně zvětšuje, šířka je největší, když je rozteč bodů 0,8 mm, a účinek předehřívání je nejzřetelnější, když je rozteč bodů 0,8 mm. Účinek Marangoniho síly postupně slábne a na obě strany roztavené lázně proudí více kovové kapaliny. Udělejte rovnoměrnější rozložení šířky taveniny. Při paralelním svařování se šířka tavné lázně postupně zvětšuje a délka je maximálně 0,8 mm, ale nedochází k předehřívání; přetékání blízko povrchu způsobené silou Marangoni vždy existuje a přetékání směrem dolů na dně malého otvoru postupně mizí; průřezové proudové pole není tak dobré jako Je silné v sérii, porucha téměř neovlivňuje proudění na obou stranách roztavené lázně a šířka roztavené hmoty je nerovnoměrně rozložena.
Čas odeslání: 12. října 2023
