Dvoupaprsková metoda svařování je navržena především pro řešení adaptabilitylaserové svařovánína přesnost montáže, zlepšení stability procesu svařování a zlepšení kvality svaru, zejména pro svařování tenkých plechů a svařování hliníkových slitin. Dvoupaprskové laserové svařování může používat optické metody k oddělení stejného laseru do dvou samostatných paprsků světla pro svařování. Může také používat ke kombinaci dva různé typy laserů, CO2 laser, Nd:YAG laser a vysoce výkonný polovodičový laser. lze kombinovat. Změnou energie paprsku, rozteče paprsku a dokonce i rozložení energie obou paprsků lze pole svařovací teploty pohodlně a flexibilně upravit, změnit vzor existence otvorů a vzor proudění tekutého kovu v roztavené lázni. , poskytující lepší řešení pro proces svařování. Velkému prostoru výběru se jednopaprskové laserové svařování nevyrovná. Má nejen výhody velkého průniku laserového svařování, vysoké rychlosti a vysoké přesnosti, ale má také velkou přizpůsobivost materiálům a spojům, které se konvenčním laserovým svařováním obtížně svařují.
Principdvoupaprskové laserové svařování
Dvoupaprskové svařování znamená použití dvou laserových paprsků současně během procesu svařování. Uspořádání paprsku, rozteč paprsků, úhel mezi dvěma paprsky, poloha zaostření a poměr energie obou paprsků jsou všechna důležitá nastavení při svařování dvoupaprskovým laserem. parametr. Normálně existují během procesu svařování obecně dva způsoby, jak uspořádat dvojité paprsky. Jak je znázorněno na obrázku, jeden je uspořádán v sérii podél směru svařování. Toto uspořádání může snížit rychlost chlazení roztavené lázně. Snižuje sklon ke kalitelnosti svaru a vytváření pórů. Druhým je uspořádat je vedle sebe nebo křížem na obou stranách svaru, aby se zlepšila přizpůsobivost svarové mezeře.
Princip dvoupaprskového laserového svařování
Dvoupaprskové svařování znamená použití dvou laserových paprsků současně během procesu svařování. Uspořádání paprsku, rozteč paprsků, úhel mezi dvěma paprsky, poloha zaostření a poměr energie obou paprsků jsou všechna důležitá nastavení při svařování dvoupaprskovým laserem. parametr. Normálně existují během procesu svařování obecně dva způsoby, jak uspořádat dvojité paprsky. Jak je znázorněno na obrázku, jeden je uspořádán v sérii podél směru svařování. Toto uspořádání může snížit rychlost chlazení roztavené lázně. Snižuje sklon ke kalitelnosti svaru a vytváření pórů. Druhým je uspořádat je vedle sebe nebo křížem na obou stranách svaru, aby se zlepšila přizpůsobivost svarové mezeře.
U tandemově uspořádaného dvoupaprskového laserového svařovacího systému existují tři různé svařovací mechanismy v závislosti na vzdálenosti mezi předním a zadním paprskem, jak je znázorněno na obrázku níže.
1. U prvního typu svařovacího mechanismu je vzdálenost mezi dvěma paprsky světla poměrně velká. Jeden paprsek světla má větší hustotu energie a je zaměřen na povrch obrobku, aby se při svařování vytvořily klíčové dírky; druhý paprsek světla má menší hustotu energie. Používá se pouze jako zdroj tepla pro tepelné zpracování před svařováním nebo po svařování. Pomocí tohoto svařovacího mechanismu lze řídit rychlost chlazení svařovací lázně v určitém rozsahu, což je výhodné pro svařování některých materiálů s vysokou citlivostí na trhliny, jako je ocel s vysokým obsahem uhlíku, legovaná ocel atd., a může také zlepšit houževnatost. svaru.
2. U druhého typu svařovacího mechanismu je ohnisková vzdálenost mezi dvěma světelnými paprsky relativně malá. Dva paprsky světla vytvářejí ve svařovací lázni dvě nezávislé klíčové dírky, které mění proudění tekutého kovu a pomáhají předcházet zadření. Dokáže eliminovat výskyt defektů, jako jsou hrany a vyboulení svarové housenky, a zlepšit tvorbu svaru.
3. U třetího typu svařovacího mechanismu je vzdálenost mezi dvěma paprsky světla velmi malá. V tomto okamžiku dva paprsky světla vytvářejí stejnou klíčovou dírku ve svařovací lázni. Ve srovnání s laserovým svařováním s jedním paprskem, protože velikost klíčové dírky se zvětšuje a není snadné ji zavřít, je proces svařování stabilnější a plyn se snadněji vypouští, což je výhodné pro snížení pórů a rozstřiku a pro dosažení kontinuálního, rovnoměrného a krásné svary.
Během svařovacího procesu mohou být oba laserové paprsky také svírány pod určitým úhlem vůči sobě. Svařovací mechanismus je podobný paralelnímu dvoupaprskovému svařovacímu mechanismu. Výsledky testů ukazují, že použitím dvou vysoce výkonných OO s úhlem 30° vůči sobě a se vzdáleností 1~2 mm může laserový paprsek získat klíčovou dírku ve tvaru trychtýře. Velikost klíčové dírky je větší a stabilnější, což může účinně zlepšit kvalitu svařování. V praktických aplikacích lze vzájemnou kombinaci dvou paprsků světla měnit podle různých svařovacích podmínek pro dosažení různých svařovacích procesů.
6. Způsob realizace dvoupaprskového laserového svařování
Pořízení dvojitých paprsků lze dosáhnout kombinací dvou různých laserových paprsků, nebo lze jeden laserový paprsek rozdělit na dva laserové paprsky pro svařování pomocí systému optické spektrometrie. K rozdělení paprsku světla na dva paralelní laserové paprsky různých výkonů lze použít spektroskop nebo nějaký speciální optický systém. Obrázek ukazuje dvě schematická schémata principů dělení světla pomocí zaostřovacích zrcadel jako děličů paprsků.
Kromě toho lze reflektor použít také jako rozdělovač paprsku a poslední reflektor v optické dráze lze použít jako rozdělovač paprsku. Tento typ reflektoru se také nazývá reflektor střešního typu. Jeho odrazná plocha není rovná plocha, ale skládá se ze dvou rovin. Průsečík dvou reflexních ploch je umístěn uprostřed zrcadlové plochy, podobně jako hřeben střechy, jak je znázorněno na obrázku. Paprsek paralelního světla svítí na spektroskop, odráží se dvěma rovinami pod různými úhly a vytváří dva paprsky světla a svítí na různé polohy zaostřovacího zrcadla. Po zaostření se na povrchu obrobku získají dva paprsky světla v určité vzdálenosti. Změnou úhlu mezi dvěma odraznými plochami a polohou střechy lze získat dělené světelné paprsky s různou ohniskovou vzdáleností a uspořádáním.
Při použití dvou různých typůlaserové paprsky to tvoří dvojitý paprsek, existuje mnoho kombinací. Pro hlavní svářečské práce lze použít kvalitní CO2 laser s Gaussovým rozložením energie a při tepelném zpracování lze použít polovodičový laser s pravoúhlým rozložením energie. Na jednu stranu je tato kombinace ekonomičtější. Na druhou stranu lze výkon dvou světelných paprsků nastavit nezávisle. Pro různé tvary spojů lze získat nastavitelné teplotní pole úpravou polohy překrytí laseru a polovodičového laseru, což je velmi vhodné pro svařování. Řízení procesu. Kromě toho lze YAG laser a CO2 laser také kombinovat do dvojitého paprsku pro svařování, spojitý laser a pulzní laser lze kombinovat pro svařování a fokusovaný paprsek a rozostřený paprsek lze také kombinovat pro svařování.
7. Princip svařování dvoupaprskovým laserem
3.1 Dvoupaprskové laserové svařování pozinkovaných plechů
Pozinkovaný ocelový plech je nejběžněji používaným materiálem v automobilovém průmyslu. Teplota tavení oceli se pohybuje kolem 1500 °C, zatímco bod varu zinku je pouze 906 °C. Při použití metody tavného svařování proto obvykle vzniká velké množství zinkových par, které způsobují nestabilitu svařovacího procesu. , tvořící póry ve svaru. U přeplátovaných spojů nedochází k těkání pozinkované vrstvy pouze na horní a spodní ploše, ale také na povrchu spoje. Během procesu svařování se zinkové páry v některých oblastech rychle vylučují z povrchu roztavené lázně, zatímco v jiných oblastech je pro zinkové páry obtížné uniknout z roztavené lázně. Na povrchu bazénu je kvalita svařování velmi nestabilní.
Dvoupaprskové laserové svařování může vyřešit problémy s kvalitou svařování způsobené parami zinku. Jedním způsobem je řídit dobu existence a rychlost ochlazování roztavené lázně přiměřeným přizpůsobením energie dvou paprsků pro usnadnění úniku zinkových par; druhá metoda je uvolňovat páry zinku předděrováním nebo drážkováním. Jak je znázorněno na obrázku 6-31, pro svařování se používá CO2 laser. YAG laser je před CO2 laserem a používá se k vrtání otvorů nebo řezání drážek. Předem zpracované otvory nebo drážky poskytují únikovou cestu pro zinkové páry generované během následného svařování, čímž zabraňují tomu, aby zinkové páry zůstaly v roztavené lázni a tvořily defekty.
3.2 Dvoupaprskové laserové svařování hliníkové slitiny
Vzhledem ke speciálním výkonnostním charakteristikám materiálů z hliníkové slitiny existují při použití laserového svařování následující potíže [39]: hliníková slitina má nízkou míru absorpce laseru a počáteční odrazivost povrchu laserového paprsku CO2 přesahuje 90 %; laserové svařovací švy z hliníkové slitiny se snadno vyrábějí Pórovitost, praskliny; hoření slitinových prvků při svařování atd. Při použití jednoduchého laserového svařování je obtížné vytvořit klíčovou dírku a udržet stabilitu. Dvoupaprskové laserové svařování může zvětšit velikost klíčové dírky, což ztěžuje uzavření klíčové dírky, což je výhodné pro výboj plynu. Může také snížit rychlost ochlazování a snížit výskyt pórů a trhlin při svařování. Protože je svařovací proces stabilnější a množství rozstřiku je sníženo, tvar svarového povrchu získaný dvoupaprskovým svařováním hliníkových slitin je také výrazně lepší než u jednopaprskového svařování. Obrázek 6-32 ukazuje vzhled svaru 3 mm silného svařování hliníkové slitiny natupo pomocí CO2 jednopaprskového laseru a dvoupaprskového laserového svařování.
Výzkum ukazuje, že při svařování hliníkové slitiny řady 5000 o tloušťce 2 mm, kdy je vzdálenost mezi dvěma paprsky 0,6 ~ 1,0 mm, je proces svařování relativně stabilní a vytvořený otvor klíčové dírky je větší, což přispívá k odpařování a úniku hořčíku během proces svařování. Pokud je vzdálenost mezi dvěma paprsky příliš malá, svařovací proces jednoho paprsku nebude stabilní. Pokud je vzdálenost příliš velká, bude ovlivněna penetrace svařování, jak je znázorněno na obrázku 6-33. Poměr energie obou paprsků má navíc velký vliv na kvalitu svařování. Když jsou dva paprsky s roztečí 0,9 mm uspořádány do série pro svařování, měla by se energie předchozího paprsku vhodně zvýšit tak, aby poměr energie dvou paprsků před a za byl větší než 1:1. Je užitečné zlepšit kvalitu svarového švu, zvětšit oblast tavení a stále získat hladký a krásný svar, když je rychlost svařování vysoká.
3.3 Dvoupaprskové svařování plechů o nestejné tloušťce
V průmyslové výrobě je často nutné svařit dvě nebo více kovových desek různých tlouštěk a tvarů, aby se vytvořila spojovaná deska. Zejména v automobilové výrobě se stále více rozšiřuje aplikace na míru svařovaných přířezů. Svařováním desek s různými specifikacemi, povrchovými povlaky nebo vlastnostmi lze zvýšit pevnost, snížit spotřební materiál a snížit kvalitu. Při svařování panelů se obvykle používá laserové svařování plechů různých tlouštěk. Hlavním problémem je, že plechy, které mají být svařeny, musí být předem tvarovány s vysoce přesnými hranami a zajistit vysoce přesnou montáž. Použití dvoupaprskového svařování plechů o nestejné tloušťce se může přizpůsobit různým změnám mezer plechů, tupých spojů, relativních tloušťek a materiálů plechů. Dokáže svařovat plechy s většími tolerancemi hran a mezer a zlepšit rychlost svařování a kvalitu svaru.
Hlavní parametry procesu svařování plechů o nestejné tloušťce Shuangguangdongu lze rozdělit na parametry svařování a parametry plechu, jak je znázorněno na obrázku. Parametry svařování zahrnují výkon dvou laserových paprsků, rychlost svařování, polohu zaostření, úhel svařovací hlavy, úhel natočení paprsku dvojitého tupého spoje a ofset svařování atd. Parametry desky zahrnují velikost materiálu, výkon, podmínky ořezu, mezery mezi deskami , atd. Výkon dvou laserových paprsků lze nastavit samostatně podle různých účelů svařování. Poloha ohniska je obecně umístěna na povrchu tenké desky, aby se dosáhlo stabilního a účinného procesu svařování. Úhel svařovací hlavy se obvykle volí kolem 6. Pokud je tloušťka dvou desek relativně velká, lze použít kladný úhel svařovací hlavy, to znamená, že laser je nakloněn směrem k tenké desce, jak je znázorněno na obrázku; když je tloušťka desky relativně malá, lze použít záporný úhel svařovací hlavy. Svařovací offset je definován jako vzdálenost mezi laserovým ohniskem a okrajem tlusté desky. Úpravou ofsetu svařování lze snížit množství promáčknutí svaru a získat dobrý průřez svaru.
Při svařování desek s velkými mezerami můžete zvýšit efektivní průměr ohřevu paprsku otočením úhlu dvojitého paprsku, abyste získali dobré možnosti vyplňování mezer. Šířka vrcholu svaru je určena efektivním průměrem paprsku dvou laserových paprsků, to znamená úhlem natočení paprsku. Čím větší je úhel natočení, tím širší je rozsah ohřevu dvojitého paprsku a tím větší je šířka horní části svaru. Dva laserové paprsky hrají v procesu svařování různé role. Jeden se používá hlavně k pronikání švu, zatímco druhý se používá hlavně k roztavení tlustého deskového materiálu k vyplnění mezery. Jak je znázorněno na obrázku 6-35, pod kladným úhlem natočení paprsku (přední paprsek působí na tlustou desku, zadní paprsek působí na svar), přední paprsek dopadá na tlustou desku, aby ohříval a tavil materiál a následující Laserový paprsek vytváří průnik. První laserový paprsek v přední části dokáže roztavit tlustý plech pouze částečně, ale velmi přispívá k procesu svařování, protože nejen nataví stranu tlustého plechu pro lepší vyplnění mezery, ale také předem spojí materiál spoje, takže následující nosníky Je snadnější svařovat spoje, což umožňuje rychlejší svařování. Při dvoupaprskovém svařování s negativním úhlem natočení (přední paprsek působí na svar a zadní paprsek působí na tlustou desku) mají oba paprsky přesně opačný účinek. První paprsek roztaví spoj a druhý paprsek roztaví tlustou desku, aby ji vyplnil. mezera. V tomto případě je nutné, aby přední paprsek provařil skrz studenou desku a rychlost svařování je nižší než při použití kladného úhlu natočení paprsku. A díky předehřívacímu účinku předchozího paprsku roztaví druhý paprsek více tlustého deskového materiálu při stejném výkonu. V tomto případě by měl být výkon druhého laserového paprsku vhodně snížen. Pro srovnání, použití kladného úhlu natočení paprsku může vhodně zvýšit rychlost svařování a použití záporného úhlu natočení paprsku může dosáhnout lepšího vyplnění mezery. Obrázek 6-36 ukazuje vliv různých úhlů natočení paprsku na průřez svaru.
3.4 Dvoupaprskové laserové svařování velkých tlustých plechů Se zlepšením úrovně výkonu laseru a kvality paprsku se laserové svařování velkých tlustých plechů stalo skutečností. Protože však vysoce výkonné lasery jsou drahé a svařování velkých tlustých plechů obecně vyžaduje přídavný kov, existují určitá omezení ve skutečné výrobě. Použití technologie dvoupaprskového laserového svařování může nejen zvýšit výkon laseru, ale také zvýšit efektivní průměr ohřevu paprsku, zvýšit schopnost tavit přídavný drát, stabilizovat klíčovou dírku laseru, zlepšit stabilitu svařování a zlepšit kvalitu svařování.
Čas odeslání: 29. dubna 2024
