V porovnaní s tradičnou technológiou zvárania,laserové zváraniemá jedinečné výhody v presnosti zvárania, účinnosti, spoľahlivosti, automatizácii a ďalších aspektoch. V posledných rokoch sa rýchlo rozvíja v oblasti automobilov, energetiky, elektroniky a ďalších oblastí a je považovaná za jednu z najperspektívnejších výrobných technológií 21. storočia.
1. Prehľad dvojnosníkalaserové zváranie
Dvojlúčovýlaserové zváranieje použitie optických metód na oddelenie toho istého lasera do dvoch samostatných lúčov svetla na zváranie alebo použitie dvoch rôznych typov laserov na spojenie, ako je CO2 laser, Nd: YAG laser a vysokovýkonný polovodičový laser. Všetky sa dajú kombinovať. Bolo navrhnuté hlavne vyriešiť prispôsobivosť laserového zvárania na presnosť montáže, zlepšiť stabilitu zváracieho procesu a zlepšiť kvalitu zvaru. Dvojlúčovýlaserové zváraniemôže pohodlne a flexibilne upraviť teplotné pole zvárania zmenou pomeru energie lúča, vzdialenosti lúča a dokonca aj vzoru distribúcie energie dvoch laserových lúčov, čím sa zmení vzor existencie kľúčovej dierky a vzor prúdenia tekutého kovu v roztavenom kúpeli. Poskytuje širší výber zváracích procesov. Má nielen výhody veľkéholaserové zváraniepenetrácia, vysoká rýchlosť a vysoká presnosť, ale je vhodná aj pre materiály a spoje, ktoré sa ťažko zvárajú konvenčnýmilaserové zváranie.
Pre dvojitý nosníklaserové zváranie, najprv diskutujeme o metódach implementácie dvojlúčového lasera. Komplexná literatúra ukazuje, že existujú dva hlavné spôsoby, ako dosiahnuť zváranie dvojitým lúčom: transmisné zaostrovanie a reflexné zaostrovanie. Konkrétne sa jeden dosiahne nastavením uhla a vzdialenosti dvoch laserov pomocou zaostrovacích zrkadiel a kolimačných zrkadiel. Druhý sa dosiahne použitím laserového zdroja a následným zaostrením cez odrazové zrkadlá, priepustné zrkadlá a klinovité zrkadlá na dosiahnutie duálnych lúčov. Pre prvý spôsob existujú hlavne tri formy. Prvou formou je spojenie dvoch laserov cez optické vlákna a ich rozdelenie do dvoch rôznych lúčov pod rovnakým kolimačným zrkadlom a zaostrovacím zrkadlom. Druhým je, že dva lasery vyžarujú laserové lúče cez ich príslušné zváracie hlavy a dvojitý lúč sa vytvorí nastavením priestorovej polohy zváracích hláv. Tretí spôsob spočíva v tom, že laserový lúč sa najprv rozdelí cez dve zrkadlá 1 a 2 a potom sa zaostrí dvoma zaostrovacími zrkadlami 3 a 4. Polohu a vzdialenosť medzi dvoma ohniskami je možné upraviť nastavením uhlov dvoch zaostrovacích zrkadiel 3 a 4. Druhou metódou je použitie polovodičového lasera na rozdelenie svetla, aby sa dosiahli dvojité lúče, a nastavenie uhla a rozostup cez perspektívne zrkadlo a zaostrovacie zrkadlo. Posledné dva obrázky v prvom rade nižšie zobrazujú spektroskopický systém CO2 lasera. Ploché zrkadlo je nahradené zrkadlom v tvare klinu a umiestnené pred zaostrovacím zrkadlom, aby sa svetlo rozdelilo, aby sa dosiahlo dvojlúčové paralelné svetlo.
Po pochopení realizácie dvojitých nosníkov si v krátkosti predstavme princípy a metódy zvárania. V dvojlúčelaserové zváranieprocesu, existujú tri spoločné usporiadania lúčov, a to sériové usporiadanie, paralelné usporiadanie a hybridné usporiadanie. tkanina, to znamená, že existuje určitá vzdialenosť v smere zvárania aj vo vertikálnom smere zvárania. Ako je znázornené v poslednom riadku obrázku, podľa rôznych tvarov malých otvorov a roztavených bazénov, ktoré sa objavujú pri rôznych rozstupoch bodov počas procesu sériového zvárania, môžu byť ďalej rozdelené na jednotlivé taveniny. Existujú tri stavy: bazén, spoločný roztavený bazén a oddelený roztavený bazén. Charakteristiky jedného roztaveného kúpeľa a oddeleného roztaveného kúpeľa sú podobné charakteristikám jedného roztaveného kúpeľalaserové zváranie, ako je znázornené na diagrame numerickej simulácie. Existujú rôzne efekty procesu pre rôzne typy.
Typ 1: Pri určitom rozostupe bodov tvoria dve kľúčové dierky lúča spoločnú veľkú kľúčovú dierku v rovnakom roztavenom bazéne; pre typ 1 sa uvádza, že jeden lúč svetla sa používa na vytvorenie malého otvoru a druhý lúč svetla sa používa na tepelné spracovanie zváraním, čo môže účinne zlepšiť štrukturálne vlastnosti ocele s vysokým obsahom uhlíka a legovanej ocele.
Typ 2: Zväčšite rozostup bodov v rovnakom roztavenom kúpeli, oddeľte dva lúče do dvoch nezávislých kľúčových otvorov a zmeňte vzor prúdenia roztaveného bazéna; pre typ 2 je jeho funkcia ekvivalentná zváraniu dvoma elektrónovými lúčmi, Redukuje rozstrekovanie zvarov a nepravidelné zvary pri vhodnej ohniskovej vzdialenosti.
Typ 3: Ďalej zväčšiť rozostup medzi bodmi a zmeniť pomer energie dvoch lúčov tak, aby sa jeden z dvoch lúčov použil ako zdroj tepla na vykonanie predzváracieho alebo post-zváracieho spracovania počas procesu zvárania, a druhý lúč sa používa na vytváranie malých otvorov. Pre typ 3 štúdia zistila, že dva trámy tvoria kľúčovú dierku, malý otvor sa nedá ľahko zrútiť a zvar nie je ľahké vytvoriť póry.
2. Vplyv procesu zvárania na kvalitu zvárania
Vplyv pomeru sériového lúča a energie na tvorbu zvarového švu
Pri výkone lasera 2 kW, rýchlosti zvárania 45 mm/s, rozsahu rozostrenia 0 mm a vzdialenosti lúčov 3 mm je tvar zvarového povrchu pri zmene RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) ako znázornené na obrázku. Keď RS=0,50 a 2,00, zvar je preliačený vo väčšej miere a na okraji zvaru je viac rozstrekov bez vytvárania pravidelných vzorov rybích šupín. Je to preto, že keď je pomer energie lúča príliš malý alebo príliš veľký, energia lasera je príliš koncentrovaná, čo spôsobuje, že laserová dierka počas procesu zvárania vážnejšie osciluje a tlak spätného rázu pary spôsobuje vyvrhovanie a striekanie roztaveného materiálu. bazénový kov v roztavenom bazéne; Nadmerný prívod tepla spôsobuje, že hĺbka prieniku roztaveného kúpeľa na strane hliníkovej zliatiny je príliš veľká, čo spôsobuje prehĺbenie pôsobením gravitácie. Keď RS = 0,67 a 1,50, vzor rybích šupín na povrchu zvaru je rovnomerný, tvar zvaru je krajší a na povrchu zvaru nie sú viditeľné trhliny, póry a iné zvarové defekty. Tvary prierezu zvarov s rôznymi pomermi energie lúča RS sú také, ako je znázornené na obrázku. Prierez zvarov je v typickom „tvare pohára na víno“, čo naznačuje, že proces zvárania sa vykonáva v režime zvárania hlbokou penetráciou laserom. RS má dôležitý vplyv na hĺbku prieniku P2 zvaru na strane hliníkovej zliatiny. Keď je pomer energie lúča RS = 0,5, P2 je 1203,2 mikrónov. Keď je pomer energie lúča RS = 0,67 a 1,5, P2 sa výrazne zníži, čo je 403,3 mikrónov a 93,6 mikrónov. Keď je pomer energie lúča RS=2, hĺbka prieniku zvaru prierezu spoja je 1151,6 mikrónov.
Vplyv pomeru paralelného lúča a energie na tvorbu zvarového švu
Keď je výkon lasera 2,8 kW, rýchlosť zvárania je 33 mm/s, miera rozostrenia je 0 mm a vzdialenosť lúčov je 1 mm, povrch zvaru sa získa zmenou pomeru energie lúča (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Vzhľad je znázornený na obrázku. Keď RS=2, vzor rybích šupín na povrchu zvaru je relatívne nepravidelný. Povrch zvaru získaný ďalšími piatimi rôznymi pomermi energie lúča je dobre tvarovaný a nie sú na ňom žiadne viditeľné defekty, ako sú póry a rozstrek. Preto v porovnaní so sériovým dvojlúčomlaserové zváranie, zvarový povrch pomocou paralelných dvojitých lúčov je rovnomernejší a krajší. Keď RS=0,25, vo zvare je mierna priehlbina; ako sa pomer energie lúča postupne zvyšuje (RS=0,5, 0,67 a 1,5), povrch zvaru je rovnomerný a nevytvára sa žiadna priehlbina; keď sa však pomer energie lúča ďalej zvyšuje ( RS=1,50, 2,00), ale na povrchu zvaru sú priehlbiny. Keď je pomer energie lúča RS=0,25, 1,5 a 2, tvar prierezu zvaru je „v tvare pohára na víno“; keď RS=0,50, 0,67 a 1, tvar prierezu zvaru je „lievikovitý“. Pri RS=4 sa nevytvoria len trhliny v spodnej časti zvaru, ale aj niektoré póry v strednej a spodnej časti zvaru. Keď RS=2, vo vnútri zvaru sa objavia veľké procesné póry, ale neobjavia sa žiadne trhliny. Keď RS = 0,5, 0,67 a 1,5, hĺbka prieniku P2 zvaru na strane hliníkovej zliatiny je menšia a prierez zvaru je dobre tvarovaný a nevytvárajú sa žiadne zjavné chyby zvárania. Tie ukazujú, že pomer energie lúča počas paralelného dvojlúčového laserového zvárania má tiež dôležitý vplyv na prienik zvaru a chyby zvárania.
Paralelný lúč – vplyv vzdialenosti lúča na tvorbu zvaru
Keď je výkon lasera 2,8 kW, rýchlosť zvárania je 33 mm/s, miera rozostrenia je 0 mm a pomer energie lúča RS=0,67, zmeňte vzdialenosť lúča (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), aby ste dosiahli morfológia zvarového povrchu, ako ukazuje obrázok. Keď d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, povrch zvaru je hladký a plochý a tvar je krásny; vzor rybích šupín zvaru je pravidelný a krásny a nie sú na ňom žiadne viditeľné póry, praskliny a iné chyby. Preto pri štyroch podmienkach rozstupu lúčov je povrch zvaru dobre vytvorený. Okrem toho, keď d = 2 mm, sú vytvorené dva rôzne zvary, čo ukazuje, že dva paralelné laserové lúče už nepôsobia na roztavený kúpeľ a nemôžu vytvoriť efektívne dvojlúčové laserové hybridné zváranie. Keď je rozstup lúčov 0,5 mm, zvar má „lievikovitý tvar“, hĺbka prieniku P2 zvaru na strane hliníkovej zliatiny je 712,9 mikrónov a vo vnútri zvaru nie sú žiadne trhliny, póry a iné chyby. Keď sa rozstup lúčov neustále zväčšuje, hĺbka prieniku P2 zvaru na strane hliníkovej zliatiny výrazne klesá. Keď je rozstup lúčov 1 mm, hĺbka prieniku zvaru na strane hliníkovej zliatiny je len 94,2 mikrónov. Keď sa vzdialenosť lúčov ďalej zväčšuje, zvar nevytvára účinný prienik na strane hliníkovej zliatiny. Preto, keď je rozstup lúčov 0,5 mm, efekt dvojitej rekombinácie lúčov je najlepší. So zväčšujúcim sa rozstupom lúčov prudko klesá príkon zvárania a postupne sa zhoršuje efekt dvojlúčovej laserovej rekombinácie.
Rozdiel v morfológii zvaru je spôsobený rozdielnym prietokom a chladiacim tuhnutím roztaveného kúpeľa počas procesu zvárania. Metóda numerickej simulácie môže nielen urobiť analýzu napätia v roztavenom bazéne intuitívnejšou, ale tiež znížiť náklady na experiment. Obrázok nižšie ukazuje zmeny v bočnom bazéne taveniny s jedným lúčom, rôznymi usporiadaniami a rozostupmi bodov. Medzi hlavné závery patria: (1) Počas jednolúčalaserové zváranieproces, hĺbka otvoru roztaveného bazéna je najhlbšia, dochádza k javu kolapsu otvoru, stena otvoru je nepravidelná a rozloženie prietokového poľa v blízkosti steny otvoru je nerovnomerné; blízko zadného povrchu roztaveného kúpeľa Pretečenie je silné a na dne roztaveného kúpeľa je spätné prúdenie smerom nahor; distribúcia prúdového poľa povrchového roztaveného kúpeľa je relatívne rovnomerná a pomalá a šírka roztaveného kúpeľa je nerovnomerná v smere hĺbky. Medzi malými otvormi v dvojitom nosníku dochádza k poruche spôsobenej tlakom spätného rázu steny v roztavenom bazénelaserové zváraniea vždy existuje pozdĺž smeru hĺbky malých otvorov. Ako sa vzdialenosť medzi dvoma lúčmi neustále zväčšuje, hustota energie lúča postupne prechádza z jedného vrcholu do stavu s dvojitým vrcholom. Medzi týmito dvoma vrcholmi je minimálna hodnota a hustota energie sa postupne znižuje. (2) Pre dvojitý nosníklaserové zváranie, keď je vzdialenosť medzi bodmi 0-0,5 mm, hĺbka malých otvorov v roztavenom bazéne sa mierne zníži a celkové správanie toku roztaveného bazéna je podobné ako v prípade jedného lúčalaserové zváranie; keď je vzdialenosť medzi bodmi väčšia ako 1 mm, malé otvory sú úplne oddelené a počas procesu zvárania Medzi dvoma lasermi nedochádza takmer k žiadnej interakcii, čo je ekvivalentné dvom po sebe nasledujúcim/dvom paralelným zváraním jednolúčovým laserom s výkonom 1750 W. Neexistuje takmer žiadny predhrievací účinok a správanie sa prúdenia roztaveného bazéna je podobné ako pri jednolúčovom laserovom zváraní. (3) Keď je rozstup bodov 0,5-1 mm, povrch steny malých otvorov je v dvoch usporiadaniach plochejší, hĺbka malých otvorov sa postupne znižuje a dno sa postupne oddeľuje. Porucha medzi malými otvormi a prietokom povrchovej roztavenej nádrže je 0,8 mm. Najsilnejší. Pri sériovom zváraní sa dĺžka roztaveného kúpeľa postupne zväčšuje, šírka je najväčšia, keď je vzdialenosť medzi bodmi 0,8 mm, a efekt predhrievania je najzreteľnejší, keď je vzdialenosť medzi bodmi 0,8 mm. Účinok sily Marangoni postupne slabne a na obe strany roztaveného bazéna prúdi viac kovovej kvapaliny. Urobte rovnomernejšie rozdelenie šírky taveniny. Pri paralelnom zváraní sa šírka roztaveného kúpeľa postupne zvyšuje a dĺžka je maximálne 0,8 mm, ale nedochádza k predhrievaniu; spätné prúdenie v blízkosti povrchu spôsobené silou Marangoni vždy existuje a spätné prúdenie smerom nadol na dne malého otvoru postupne mizne; prierezové prúdové pole nie je také dobré, ako je silné v sérii, porucha takmer neovplyvňuje prúdenie na oboch stranách roztaveného kúpeľa a šírka roztavenej hmoty je nerovnomerne rozložená.
Čas odoslania: 12. októbra 2023
