Navrhuje sa metóda zvárania s dvoma lúčmi, najmä na riešenie adaptabilitylaserové zváraniena presnosť montáže, zlepšenie stability procesu zvárania a zlepšenie kvality zvaru, najmä pri zváraní tenkých plechov a zváraní hliníkových zliatin. Dvojlúčové laserové zváranie umožňuje použiť optické metódy na rozdelenie toho istého laseru na dva samostatné svetelné lúče pre zváranie. Môže tiež kombinovať dva rôzne typy laserov: CO2 laser, Nd:YAG laser a vysokovýkonný polovodičový laser. Zmenou energie lúča, rozostupu lúčov a dokonca aj vzoru rozloženia energie oboch lúčov je možné pohodlne a flexibilne nastaviť teplotné pole zvárania, čím sa mení vzorec prítomnosti otvorov a vzorec prúdenia tekutého kovu v roztavenom kúpeli, čo poskytuje lepšie riešenie pre proces zvárania. Široký výber možností je neporovnateľný s jednolúčovým laserovým zváraním. Má nielen výhody veľkej penetrácie laserového zvárania, vysokej rýchlosti a vysokej presnosti, ale má aj vynikajúcu prispôsobivosť materiálom a spojom, ktoré sa ťažko zvárajú konvenčným laserovým zváraním.
Princípzváranie dvojitým laserom
Dvojlúčové zváranie znamená súčasné použitie dvoch laserových lúčov počas procesu zvárania. Usporiadanie lúčov, rozostup lúčov, uhol medzi oboma lúčmi, poloha zaostrenia a energetický pomer oboch lúčov sú všetko relevantné parametre pri dvojlúčovom laserovom zváraní. Normálne počas procesu zvárania existujú dva spôsoby usporiadania dvojitých lúčov. Ako je znázornené na obrázku, jeden je usporiadaný sériovo pozdĺž smeru zvárania. Toto usporiadanie môže znížiť rýchlosť chladnutia roztaveného kúpeľa. Znižuje tendenciu zvaru ku kaleniu a tvorbu pórov. Druhým je usporiadanie vedľa seba alebo naprieč na oboch stranách zvaru, aby sa zlepšila prispôsobivosť zvarovej medzere.
Princíp dvojlúčového laserového zvárania
Dvojlúčové zváranie znamená súčasné použitie dvoch laserových lúčov počas procesu zvárania. Usporiadanie lúčov, rozostup lúčov, uhol medzi oboma lúčmi, poloha zaostrenia a energetický pomer oboch lúčov sú všetko relevantné parametre pri dvojlúčovom laserovom zváraní. Normálne počas procesu zvárania existujú dva spôsoby usporiadania dvojitých lúčov. Ako je znázornené na obrázku, jeden je usporiadaný sériovo pozdĺž smeru zvárania. Toto usporiadanie môže znížiť rýchlosť chladnutia roztaveného kúpeľa. Znižuje tendenciu zvaru ku kaleniu a tvorbu pórov. Druhým je usporiadanie vedľa seba alebo naprieč na oboch stranách zvaru, aby sa zlepšila prispôsobivosť zvarovej medzere.
Pre tandemovo usporiadaný systém laserového zvárania s dvoma lúčmi existujú tri rôzne zváracie mechanizmy v závislosti od vzdialenosti medzi predným a zadným lúčom, ako je znázornené na obrázku nižšie.
1. V prvom type zváracieho mechanizmu je vzdialenosť medzi dvoma svetelnými lúčmi relatívne veľká. Jeden svetelný lúč má väčšiu hustotu energie a je zaostrený na povrch obrobku, čím vytvára kľúčové dierky vo zvare; druhý svetelný lúč má menšiu hustotu energie. Používa sa iba ako zdroj tepla na tepelné spracovanie pred zváraním alebo po zváraní. Pomocou tohto zváracieho mechanizmu je možné regulovať rýchlosť chladenia zvarového kúpeľa v určitom rozsahu, čo je výhodné pri zváraní niektorých materiálov s vysokou citlivosťou na trhliny, ako je napríklad vysoko uhlíková oceľ, legovaná oceľ atď., a môže tiež zlepšiť húževnatosť zvaru.
2. Pri druhom type zváracieho mechanizmu je ohnisková vzdialenosť medzi dvoma svetelnými lúčmi relatívne malá. Dva svetelné lúče vytvárajú dva nezávislé kľúčové otvory v zvarovom kúpeli, čo mení vzorec prúdenia tekutého kovu a pomáha predchádzať zadretiu. Môže to eliminovať výskyt defektov, ako sú hrany a vydutiny zvarových húseníc, a zlepšiť tvorbu zvaru.
3. Pri treťom type zváracieho mechanizmu je vzdialenosť medzi dvoma svetelnými lúčmi veľmi malá. V tomto okamihu dva svetelné lúče vytvárajú rovnaký kľúčový otvor v zvarovom kúpeli. V porovnaní s jednolúčovým laserovým zváraním je zvárací proces stabilnejší a plyn sa ľahšie vypúšťa, čo je prospešné pre zníženie pórov a rozstreku a dosiahnutie súvislých, rovnomerných a krásnych zvarov.
Počas procesu zvárania môžu byť dva laserové lúče tiež vytvorené pod určitým uhlom voči sebe. Mechanizmus zvárania je podobný mechanizmu paralelného dvojitého lúčového zvárania. Výsledky testov ukazujú, že použitím dvoch vysokovýkonných OO s uhlom 30° voči sebe a vzdialenosťou 1 ~ 2 mm je možné laserovým lúčom vytvoriť lievikovitý kľúčový otvor. Veľkosť kľúčového otvoru je väčšia a stabilnejšia, čo môže účinne zlepšiť kvalitu zvárania. V praktických aplikáciách je možné vzájomnú kombináciu dvoch svetelných lúčov meniť podľa rôznych podmienok zvárania, aby sa dosiahli rôzne procesy zvárania.
6. Spôsob implementácie dvojlúčového laserového zvárania
Získanie dvojitých lúčov je možné dosiahnuť kombináciou dvoch rôznych laserových lúčov alebo je možné jeden laserový lúč rozdeliť na dva laserové lúče na zváranie pomocou optického spektrometrického systému. Na rozdelenie svetelného lúča na dva paralelné laserové lúče s rôznym výkonom je možné použiť spektroskop alebo nejaký špeciálny optický systém. Obrázok znázorňuje dva schematické diagramy princípov delenia svetla s použitím zaostřovacích zrkadiel ako deličov lúčov.
Okrem toho sa reflektor môže použiť aj ako delič lúča a posledný reflektor v optickej dráhe sa môže použiť ako delič lúča. Tento typ reflektora sa nazýva aj reflektor strešného typu. Jeho odrazová plocha nie je plochá, ale pozostáva z dvoch rovín. Priesečník dvoch odrazových plôch sa nachádza v strede zrkadlovej plochy, podobne ako hrebeň strechy, ako je znázornené na obrázku. Na spektroskop svieti rovnobežný svetelný lúč, ktorý sa odráža od dvoch rovín v rôznych uhloch a vytvára dva svetelné lúče, ktoré svietia na rôzne polohy zaostrovacieho zrkadla. Po zaostrení sa na povrchu obrobku získajú dva svetelné lúče v určitej vzdialenosti. Zmenou uhla medzi dvoma odrazovými plochami a polohy strechy je možné získať rozdelené svetelné lúče s rôznymi zaostrovacími vzdialenosťami a usporiadaním.
Pri použití dvoch rôznych typovlaserové lúče to vytvorenie dvojitého lúča existuje mnoho kombinácií. Na hlavné zváracie práce je možné použiť vysokokvalitný CO2 laser s Gaussovým rozložením energie a na pomoc pri tepelnom spracovaní je možné použiť polovodičový laser s obdĺžnikovým rozložením energie. Na jednej strane je táto kombinácia úspornejšia. Na druhej strane je možné výkon oboch svetelných lúčov nastaviť nezávisle. Pre rôzne tvary spojov je možné dosiahnuť nastaviteľné teplotné pole nastavením prekrývajúcej sa polohy lasera a polovodičového lasera, čo je veľmi vhodné na zváranie. Riadenie procesu. Okrem toho je možné kombinovať YAG laser a CO2 laser do dvojitého lúča na zváranie, kontinuálny laser a pulzný laser na zváranie a zaostrený lúč a rozostrený lúč na zváranie.
7. Princíp dvojlúčového laserového zvárania
3.1 Dvojlúčové laserové zváranie pozinkovaných plechov
Pozinkovaný oceľový plech je najbežnejšie používaným materiálom v automobilovom priemysle. Bod topenia ocele je okolo 1500 °C, zatiaľ čo bod varu zinku je iba 906 °C. Preto sa pri použití metódy tavného zvárania zvyčajne vytvára veľké množstvo zinkových pár, čo spôsobuje nestabilitu procesu zvárania a vytvára póry vo zvare. Pri preplátovaných spojoch dochádza k odparovaniu zinkovej vrstvy nielen na hornom a dolnom povrchu, ale aj na povrchu spoja. Počas procesu zvárania sa zinkové pary v niektorých oblastiach rýchlo vytláčajú z povrchu roztaveného kúpeľa, zatiaľ čo v iných oblastiach je pre zinkové pary ťažké uniknúť z roztaveného kúpeľa. Na povrchu kúpeľa je kvalita zvárania veľmi nestabilná.
Dvojlúčové laserové zváranie môže vyriešiť problémy s kvalitou zvárania spôsobené zinkovými parami. Jednou z metód je regulácia času existencie a rýchlosti chladnutia roztaveného kúpeľa primeraným prispôsobením energie oboch lúčov, aby sa uľahčil únik zinkových pár; druhou metódou je uvoľnenie zinkových pár predbežným dierovaním alebo drážkovaním. Ako je znázornené na obrázku 6-31, na zváranie sa používa CO2 laser. YAG laser je umiestnený pred CO2 laserom a používa sa na vŕtanie otvorov alebo rezanie drážok. Predbežne spracované otvory alebo drážky poskytujú únikovú cestu pre zinkové pary generované počas následného zvárania, čím sa zabraňuje ich zotrvaniu v roztavenom kúpeli a tvorbe defektov.
3.2 Dvojlúčové laserové zváranie hliníkovej zliatiny
Vzhľadom na špeciálne výkonnostné charakteristiky materiálov z hliníkových zliatin existujú pri laserovom zváraní nasledujúce ťažkosti [39]: hliníková zliatina má nízku mieru absorpcie laseru a počiatočná odrazivosť povrchu CO2 laserového lúča presahuje 90 %; zvarové švy z hliníkových zliatin sa ľahko vytvárajú: pórovitosť, praskliny; počas zvárania sa spaľovajú prvky zliatiny atď. Pri použití jednoduchého laserového zvárania je ťažké vytvoriť kľúčovú dierku a udržať stabilitu. Dvojlúčové laserové zváranie môže zväčšiť veľkosť kľúčovej dierky, čo sťažuje jej uzavretie, čo je prospešné pre výboj plynu. Môže tiež znížiť rýchlosť chladenia a znížiť výskyt pórov a trhlín pri zváraní. Keďže proces zvárania je stabilnejší a množstvo rozstreku je znížené, tvar zvarového povrchu získaný dvojitým zváraním hliníkových zliatin je tiež výrazne lepší ako pri jednolúčovom zváraní. Obrázok 6-32 znázorňuje vzhľad zvarového švu tupého zvárania hliníkovej zliatiny s hrúbkou 3 mm pomocou jednolúčového a dvojlúčového laserového zvárania CO2.
Výskum ukazuje, že pri zváraní 2 mm hrubej hliníkovej zliatiny série 5000, keď je vzdialenosť medzi dvoma nosníkmi 0,6 až 1,0 mm, je proces zvárania relatívne stabilný a vytvorený otvor kľúčovej dierky je väčší, čo prispieva k odparovaniu a úniku horčíka počas procesu zvárania. Ak je vzdialenosť medzi dvoma nosníkmi príliš malá, proces zvárania jedného nosníka nebude stabilný. Ak je vzdialenosť príliš veľká, bude ovplyvnená penetrácia zvaru, ako je znázornené na obrázku 6-33. Okrem toho má pomer energie dvoch nosníkov tiež veľký vplyv na kvalitu zvárania. Keď sú dva nosníky s rozostupom 0,9 mm usporiadané do série na zváranie, energia predchádzajúceho nosníka by sa mala primerane zvýšiť tak, aby pomer energie dvoch nosníkov pred a po bol väčší ako 1:1. Je to užitočné na zlepšenie kvality zvarového švu, zväčšenie plochy tavenia a stále dosiahnutie hladkého a krásneho zvarového švu pri vysokej rýchlosti zvárania.
3.3 Zváranie dvojitým lúčom plechov nerovnakej hrúbky
V priemyselnej výrobe je často potrebné zvárať dva alebo viac kovových plechov rôznych hrúbok a tvarov, aby sa vytvoril spájaný plech. Najmä v automobilovej výrobe sa čoraz viac rozširuje používanie na mieru zváraných polotovarov. Zváraním plechov s rôznymi špecifikáciami, povrchovými úpravami alebo vlastnosťami je možné zvýšiť pevnosť, znížiť spotrebný materiál a znížiť kvalitu. Laserové zváranie plechov rôznych hrúbok sa zvyčajne používa pri zváraní panelov. Hlavným problémom je, že zvárané plechy musia byť predtvarované s vysoko presnými hranami a musia zabezpečiť vysoko presnú montáž. Použitie dvojlúčového zvárania plechov s nerovnakou hrúbkou sa môže prispôsobiť rôznym zmenám v medzerách plechov, tupých spojoch, relatívnych hrúbkach a materiáloch plechov. Dokáže zvárať plechy s väčšími toleranciami hrán a medzier a zlepšiť rýchlosť zvárania a kvalitu zvaru.
Hlavné procesné parametre zvárania plechov s nerovnakou hrúbkou v spoločnosti Shuangguangdong možno rozdeliť na parametre zvárania a parametre plechu, ako je znázornené na obrázku. Medzi parametre zvárania patrí výkon dvoch laserových lúčov, rýchlosť zvárania, poloha zaostrenia, uhol zváracej hlavy, uhol natočenia lúča dvojitého tupého spoja a zvárací ofset atď. Medzi parametre dosky patrí veľkosť materiálu, výkon, podmienky orezávania, medzery dosky atď. Výkon dvoch laserových lúčov je možné nastaviť samostatne podľa rôznych účelov zvárania. Poloha zaostrenia sa vo všeobecnosti nachádza na povrchu tenkého plechu, aby sa dosiahol stabilný a efektívny zvárací proces. Uhol zváracej hlavy sa zvyčajne volí okolo 6. Ak je hrúbka dvoch plechov relatívne veľká, je možné použiť kladný uhol zváracej hlavy, to znamená, že laser je naklonený smerom k tenkému plechu, ako je znázornené na obrázku; ak je hrúbka plechu relatívne malá, je možné použiť záporný uhol zváracej hlavy. Zvárací ofset je definovaný ako vzdialenosť medzi ohniskom lasera a okrajom hrubého plechu. Úpravou zváracieho ofsetu je možné znížiť množstvo preliačiny zvaru a dosiahnuť dobrý prierez zvaru.
Pri zváraní plechov s veľkými medzerami môžete zvýšiť efektívny priemer ohrevu lúča otáčaním dvojitého uhla lúča, aby ste dosiahli dobrú schopnosť vyplnenia medzery. Šírka hornej časti zvaru je určená efektívnym priemerom lúča dvoch laserových lúčov, teda uhlom natočenia lúča. Čím väčší je uhol natočenia, tým širší je rozsah ohrevu dvojitého lúča a tým väčšia je šírka hornej časti zvaru. Dva laserové lúče hrajú v procese zvárania rôzne úlohy. Jeden sa používa hlavne na prenikanie do švu, zatiaľ čo druhý sa používa hlavne na tavenie materiálu hrubého plechu na vyplnenie medzery. Ako je znázornené na obrázku 6-35, pod kladným uhlom natočenia lúča (predný lúč pôsobí na hrubý plech, zadný lúč pôsobí na zvar), predný lúč dopadá na hrubý plech, aby ho zahrial a roztavil, a nasledujúci lúč vytvára prenikanie. Prvý laserový lúč vpredu dokáže hrubý plech roztaviť len čiastočne, ale výrazne prispieva k procesu zvárania, pretože nielenže roztaví bočnú stranu hrubého plechu pre lepšie vyplnenie medzery, ale tiež predbežne spája materiál spoja, takže nasledujúce lúče sa ľahšie zvárajú cez spoje, čo umožňuje rýchlejšie zváranie. Pri dvojitom zváraní s negatívnym uhlom natočenia (predný lúč pôsobí na zvar a zadný lúč na hrubý plech) majú oba lúče presne opačný účinok. Prvý lúč roztaví spoj a druhý lúč roztaví hrubý plech, aby ho vyplnil. V tomto prípade musí predný lúč zvárať cez studený plech a rýchlosť zvárania je pomalšia ako pri použití kladného uhla natočenia lúča. A vďaka predhrievaciemu účinku predchádzajúceho lúča druhý lúč roztaví viac materiálu hrubého plechu pri rovnakom výkone. V tomto prípade by sa mal výkon druhého laserového lúča primerane znížiť. Na porovnanie, použitie kladného uhla natočenia lúča môže primerane zvýšiť rýchlosť zvárania a použitie záporného uhla natočenia lúča môže dosiahnuť lepšie vyplnenie medzery. Obrázok 6-36 znázorňuje vplyv rôznych uhlov natočenia lúča na prierez zvaru.
3.4 Dvojlúčové laserové zváranie veľkých hrubých plechov So zlepšením úrovne výkonu lasera a kvality lúča sa laserové zváranie veľkých hrubých plechov stalo realitou. Keďže však vysokovýkonné lasery sú drahé a zváranie veľkých hrubých plechov vo všeobecnosti vyžaduje prídavný materiál, existujú v skutočnej výrobe určité obmedzenia. Použitie technológie dvojlúčového laserového zvárania môže nielen zvýšiť výkon lasera, ale aj zvýšiť efektívny priemer ohrevu lúča, zvýšiť schopnosť tavenia prídavného drôtu, stabilizovať laserový otvor, zlepšiť stabilitu zvárania a zlepšiť kvalitu zvárania.
Čas uverejnenia: 29. apríla 2024
