Perinteiseen hitsaustekniikkaan verrattunalaserhitsauson vertaansa vailla olevia etuja hitsauksen tarkkuudessa, tehokkuudessa, luotettavuudessa, automaatiossa ja muissa näkökohdissa. Viime vuosina se on kehittynyt nopeasti auto-, energia-, elektroniikka- ja muilla aloilla, ja sitä pidetään yhtenä 2000-luvun lupaavimmista valmistustekniikoista.
1. Yleiskatsaus kaksoispalkkiinlaserhitsaus
Kaksoispalkkilaserhitsauson käyttää optisia menetelmiä saman laserin erottamiseksi kahdeksi erilliseksi valonsäteeksi hitsausta varten tai yhdistää kahta erityyppistä laseria, kuten CO2-laseria, Nd:YAG-laseria ja suuritehoista puolijohdelaseria. Kaikki voidaan yhdistää. Sitä ehdotettiin pääasiassa ratkaisemaan laserhitsauksen mukautuvuus kokoonpanotarkkuuteen, parantamaan hitsausprosessin vakautta ja parantamaan hitsin laatua. Kaksoispalkkilaserhitsausvoi kätevästi ja joustavasti säätää hitsauslämpötilakenttää muuttamalla säteen energiasuhdetta, säteen etäisyyttä ja jopa kahden lasersäteen energian jakautumiskuviota, muuttamalla avaimenreiän olemassaoloa ja nestemäisen metallin virtauskuviota sulassa altaassa. Tarjoaa laajemman valikoiman hitsausprosesseja. Sillä ei ole vain suuria etujalaserhitsausläpäisy, nopea nopeus ja suuri tarkkuus, mutta sopii myös materiaaleille ja liitoksille, joita on vaikea hitsata tavanomaisellalaserhitsaus.
Kaksoispalkkiinlaserhitsaus, keskustelemme ensin kaksoissädelaserin toteutusmenetelmistä. Kattava kirjallisuus osoittaa, että on kaksi päätapaa saavuttaa kaksoissädehitsaus: lähetystarkennus ja heijastustarkennus. Erityisesti yksi saavutetaan säätämällä kahden laserin kulmaa ja etäisyyttä tarkennuspeilien ja kollimointipeilien avulla. Toinen saavutetaan käyttämällä laserlähdettä ja tarkentamalla sitten heijastavien peilien, läpäisevien peilien ja kiilanmuotoisten peilien kautta kaksoissäteen saavuttamiseksi. Ensimmäisessä menetelmässä on pääasiassa kolme muotoa. Ensimmäinen muoto on kytkeä kaksi laseria optisten kuitujen läpi ja jakaa ne kahdeksi eri säteeksi saman kollimoivan peilin ja tarkennuspeilin alla. Toinen on se, että kaksi laseria tuottavat lasersäteitä vastaavien hitsauspäiden kautta, ja kaksoissäde muodostetaan säätämällä hitsauspäiden tila-asentoa. Kolmas menetelmä on, että lasersäde jaetaan ensin kahden peilin 1 ja 2 läpi ja sitten tarkennetaan kahdella tarkennuspeilillä 3 ja 4. Kahden polttopisteen välistä sijaintia ja etäisyyttä voidaan säätää säätämällä kahden tarkennuspeilin 3 ja 4 kulmia. Toinen tapa on käyttää puolijohdelaseria valon jakamiseen kaksoissäteen saavuttamiseksi sekä kulman ja etäisyys perspektiivipeilin ja tarkennuspeilin kautta. Alla olevan ensimmäisen rivin kaksi viimeistä kuvaa esittävät CO2-laserin spektroskooppisen järjestelmän. Tasainen peili korvataan kiilan muotoisella peilillä ja asetetaan tarkennuspeilin eteen valon jakamiseksi, jolloin saadaan kaksisäteinen yhdensuuntainen valo.
Kun olet ymmärtänyt kaksoispalkkien toteutuksen, esitellään lyhyesti hitsausperiaatteet ja -menetelmät. Kaksoispalkissalaserhitsausprosessissa on kolme yleistä sädejärjestelyä, nimittäin sarjajärjestely, rinnakkaisjärjestely ja hybridijärjestely. kangas, eli siinä on etäisyys sekä hitsaussuunnassa että hitsauksen pystysuunnassa. Kuten kuvan viimeisellä rivillä näkyy, sarjahitsauksen aikana eri pistevälin alla ilmaantuvien pienten reikien ja sulavien altaiden eri muotojen mukaan ne voidaan jakaa edelleen yksittäisiin sulatteisiin. Tilaa on kolme: allas, yhteinen sulaallas ja erotettu sulaallas. Yksittäisen sulan altaan ja erotetun sulan altaan ominaisuudet ovat samanlaiset kuin yksittäisenlaserhitsaus, kuten numeerisessa simulaatiokaaviossa näkyy. Eri tyypeille on olemassa erilaisia prosessitehosteita.
Tyyppi 1: Tietyn pistevälin alla kaksi säteen avaimenreikää muodostavat yhteisen suuren avaimenreiän samassa sulassa altaassa; tyypin 1 osalta on raportoitu, että yhtä valonsädettä käytetään pienen reiän luomiseen ja toista valonsädettä käytetään hitsauksen lämpökäsittelyyn, mikä voi parantaa tehokkaasti korkeahiilisen teräksen ja seosteräksen rakenteellisia ominaisuuksia.
Tyyppi 2: Lisää pisteväliä samassa sulassa altaan, erota kaksi sädettä kahdeksi erilliseksi avaimenreikään ja muuta sulan altaan virtauskuviota; tyypille 2 sen toiminta vastaa kaksi elektronisuihkuhitsausta. Vähentää hitsausroiskeita ja epäsäännöllisiä hitsejä sopivalla polttovälillä.
Tyyppi 3: Suurenna edelleen pisteetäisyyttä ja muuta kahden palkin energiasuhdetta siten, että toista sädettä käytetään lämmönlähteenä esihitsauksen tai jälkihitsauksen suorittamiseen hitsausprosessin aikana ja toista palkkia käytetään pienten reikien luomiseen. Tyypin 3 osalta tutkimuksessa todettiin, että kaksi palkkia muodostavat avaimenreiän, pientä reikää ei ole helppo tiivistää eikä hitsauksesta ole helppo muodostaa huokosia.
2. Hitsausprosessin vaikutus hitsauksen laatuun
Sarjamuotoisen säteen ja energiasuhteen vaikutus hitsaussauman muodostumiseen
Kun laserin teho on 2 kW, hitsausnopeus on 45 mm/s, defocus määrä on 0 mm ja säteen etäisyys 3 mm, hitsin pinnan muoto RS:tä vaihdettaessa (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) näkyy kuvassa. Kun RS = 0,50 ja 2,00, hitsi on painunut suuremmassa määrin ja hitsin reunassa on enemmän roiskeita muodostamatta säännöllisiä kalan suomukuvioita. Tämä johtuu siitä, että kun säteen energiasuhde on liian pieni tai liian suuri, laserenergia on liian keskittynyttä, mikä saa laserin reiän värähtelemään vakavammin hitsausprosessin aikana ja höyryn rekyylipaine aiheuttaa sulan irtoamisen ja roiskumisen. altaan metalli sulassa altaassa; Liiallinen lämmöntuonti aiheuttaa sulan altaan tunkeutumissyvyyden alumiiniseoksen puolella liian suureksi, mikä aiheuttaa painovoiman vaikutuksesta painauman. Kun RS = 0,67 ja 1,50, kalasommakuvio hitsauspinnalla on tasainen, hitsin muoto on kauniimpi, eikä hitsauspinnassa ole näkyviä hitsaushalkeamia, huokosia ja muita hitsausvirheitä. Eri sädeenergiasuhteilla RS olevien hitsien poikkileikkausmuodot ovat kuvan mukaiset. Hitsausten poikkileikkaus on tyypillinen "viinilasin muotoinen", mikä osoittaa, että hitsausprosessi suoritetaan lasersyväläpihitsaustilassa. RS:llä on tärkeä vaikutus alumiiniseospuolen hitsin tunkeutumissyvyyteen P2. Kun säteen energiasuhde RS = 0,5, P2 on 1203,2 mikronia. Kun säteen energiasuhde on RS=0,67 ja 1,5, P2 pienenee merkittävästi, mikä on 403,3 mikronia ja 93,6 mikronia vastaavasti. Kun palkin energiasuhde on RS=2, on liitoksen poikkileikkauksen hitsin tunkeutumissyvyys 1151,6 mikronia.
Yhdensuuntaisen säteen ja energiasuhteen vaikutus hitsaussauman muodostumiseen
Kun laserin teho on 2,8 kW, hitsausnopeus 33 mm/s, defocus määrä on 0 mm ja säteen etäisyys 1 mm, hitsauspinta saadaan muuttamalla säteen energiasuhdetta (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) Ulkonäkö näkyy kuvassa. Kun RS=2, kalan suomukuvio hitsin pinnalla on suhteellisen epäsäännöllinen. Muilla viidellä eri säteen energiasuhteella saadun hitsin pinta on hyvin muotoiltu, eikä siinä ole näkyviä vikoja, kuten huokosia ja roiskeita. Siksi verrattuna sarjaan kaksoispalkkiinlaserhitsaus, hitsauspinta rinnakkaisilla kaksoispalkilla on tasaisempi ja kauniimpi. Kun RS = 0,25, hitsauksessa on pieni painuma; kun säteen energiasuhde kasvaa asteittain (RS=0,5, 0,67 ja 1,5), hitsin pinta on tasainen eikä painaumaa muodostu; kuitenkin, kun säteen energiasuhde kasvaa edelleen (RS=1,50, 2,00), mutta hitsin pinnassa on painaumia. Kun säteen energiasuhde RS=0,25, 1,5 ja 2, on hitsin poikkileikkausmuoto "viinilasin muotoinen"; kun RS = 0,50, 0,67 ja 1, hitsin poikkileikkausmuoto on "suppilomainen". Kun RS=4, hitsin pohjaan ei synny vain halkeamia, vaan myös joitain huokosia syntyy hitsin keski- ja alaosaan. Kun RS=2, hitsin sisälle ilmestyy suuria prosessihuokosia, mutta halkeamia ei esiinny. Kun RS=0,5, 0,67 ja 1,5, on hitsin tunkeutumissyvyys P2 alumiiniseoksen puolella pienempi ja hitsin poikkileikkaus on hyvin muotoiltu eikä ilmeisiä hitsausvirheitä muodostu. Nämä osoittavat, että säteen energiasuhteella rinnakkaisen kaksoissädelaserhitsauksen aikana on myös tärkeä vaikutus hitsin tunkeutumiseen ja hitsausvirheisiin.
Rinnakkaispalkki – palkin etäisyyden vaikutus hitsaussauman muodostumiseen
Kun laserin teho on 2,8 kW, hitsausnopeus on 33 mm/s, defocus määrä on 0 mm ja säteen energiasuhde RS=0,67, muuta säteen etäisyyttä (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) saadaksesi hitsin pinnan morfologia kuvan osoittamalla tavalla. Kun d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, hitsin pinta on sileä ja tasainen ja muoto on kaunis; hitsin kalasuomukuvio on säännöllinen ja kaunis, eikä siinä ole näkyviä huokosia, halkeamia tai muita vikoja. Siksi neljän säteen etäisyyden olosuhteissa hitsin pinta on hyvin muotoiltu. Lisäksi, kun d = 2 mm, muodostuu kaksi erilaista hitsausta, mikä osoittaa, että kaksi rinnakkaista lasersädettä eivät enää vaikuta sulaan altaan, eivätkä voi muodostaa tehokasta kaksoissädelaserhybridihitsausta. Kun palkin etäisyys on 0,5 mm, hitsi on "suppilomainen", hitsin tunkeutumissyvyys P2 alumiiniseoksen puolella on 712,9 mikronia, eikä hitsin sisällä ole halkeamia, huokosia tai muita vikoja. Palkin etäisyyden kasvaessa alumiiniseoksen puolella hitsin tunkeutumissyvyys P2 pienenee merkittävästi. Kun palkin etäisyys on 1 mm, hitsin tunkeutumissyvyys alumiiniseoksen puolella on vain 94,2 mikronia. Kun palkin etäisyys kasvaa edelleen, hitsi ei muodosta tehokasta tunkeutumista alumiiniseoksen puolelle. Siksi, kun säteen etäisyys on 0,5 mm, kaksoissäteen rekombinaatiovaikutus on paras. Kun säteen etäisyys kasvaa, hitsauslämmön syöttö pienenee jyrkästi ja kahden säteen laserrekombinaatiovaikutus pahenee vähitellen.
Ero hitsin morfologiassa johtuu sulan altaan erilaisesta virtauksesta ja jäähdytyskiinteytymisestä hitsausprosessin aikana. Numeerinen simulointimenetelmä ei voi vain tehdä sulan altaan jännitysanalyysistä intuitiivisempaa, vaan myös vähentää kokeellisia kustannuksia. Alla olevassa kuvassa näkyy sivusulatusaltaan muutokset yhdellä palkilla, erilaisilla järjestelyillä ja pistevälillä. Tärkeimmät johtopäätökset ovat: (1) Yksisäteen aikanalaserhitsausprosessi, sulan altaan reiän syvyys on syvin, on olemassa reiän romahtamisen ilmiö, reiän seinämä on epäsäännöllinen ja virtauskentän jakautuminen reiän seinämän lähellä on epätasainen; lähellä sulan altaan takapintaa Takaisinvirtaus on voimakasta, ja sulan altaan pohjalla on ylöspäin virtaus; pintasulan virtauskenttäjakauma on suhteellisen tasainen ja hidas, ja sulan altaan leveys on epätasainen syvyyssuunnassa. Kaksoispalkin pienten reikien välissä on sulassa altaassa seinämän rekyylipaineen aiheuttama häiriölaserhitsaus, ja se on aina olemassa pienten reikien syvyyssuunnassa. Kun kahden säteen välinen etäisyys kasvaa edelleen, säteen energiatiheys siirtyy vähitellen yhdestä huipusta kaksoishuipun tilaan. Kahden huipun välillä on minimiarvo, ja energiatiheys pienenee vähitellen. (2) Kaksoispalkkiinlaserhitsaus, kun pisteen etäisyys on 0-0,5 mm, sulan altaan pienten reikien syvyys pienenee hieman ja sulan altaan yleinen virtauskäyttäytyminen on samanlainen kuin yksipalkin.laserhitsaus; kun pisteetäisyys on yli 1 mm, pienet reiät erottuvat täysin toisistaan ja hitsausprosessin aikana näiden kahden laserin välillä ei ole juuri mitään vuorovaikutusta, mikä vastaa kahta peräkkäistä/kahta rinnakkaista yksisäde laserhitsausta teholla 1750 W. Esilämmitysvaikutusta ei juuri ole, ja sulan altaan virtauskäyttäytyminen on samanlainen kuin yksisäteisessä laserhitsauksessa. (3) Kun pisteväli on 0,5-1 mm, pienten reikien seinäpinta on tasaisempi kahdessa järjestelyssä, pienten reikien syvyys pienenee vähitellen ja pohja vähitellen erottuu. Pienten reikien ja pintasulan virtauksen välinen häiriö on 0,8 mm. Vahvin. Sarjahitsauksessa sulan altaan pituus kasvaa vähitellen, leveys on suurin, kun pisteväli on 0,8 mm, ja esilämmitysvaikutus on ilmeisin, kun pisteetäisyys on 0,8 mm. Marangoni-voiman vaikutus heikkenee vähitellen ja enemmän metallinestettä virtaa sulan altaan molemmille puolille. Tee sulatteen leveyden jakautumisesta tasaisemmaksi. Rinnakkaishitsauksessa sulan altaan leveys kasvaa vähitellen ja pituus on enintään 0,8 mm, mutta esilämmitysvaikutusta ei ole; Marangoni-voiman aiheuttama takaisinvirtaus lähellä pintaa on aina olemassa, ja pienen reiän pohjassa oleva takaisinvirtaus alaspäin katoaa vähitellen; poikkileikkausvirtauskenttä ei ole yhtä hyvä kuin Se on vahva sarjassa, häiriö ei juurikaan vaikuta virtaukseen sulan molemmilla puolilla ja sulan leveys jakautuu epätasaisesti.
Postitusaika: 12.10.2023
