Kaksipalkkihitsausmenetelmää ehdotetaan pääasiassa sopeutumiskyvyn ratkaisemiseksilaserhitsauskokoonpanotarkkuuteen, hitsausprosessin vakauden parantamiseen ja hitsin laadun parantamiseen, erityisesti ohutlevyhitsauksessa ja alumiiniseoshitsauksessa.Kaksisädelaserhitsauksessa voidaan käyttää optisia menetelmiä saman laserin erottamiseksi kahdeksi erilliseksi valonsäteeksi hitsausta varten.Se voi myös yhdistää kahden erityyppisen laserin, CO2-laserin, Nd:YAG-laserin ja suuritehoisen puolijohdelaserin.voidaan yhdistää.Muuttamalla säteen energiaa, säteen etäisyyttä ja jopa kahden säteen energian jakautumiskuviota, hitsauslämpötilakenttää voidaan säätää kätevästi ja joustavasti muuttaen reikien olemassaoloa ja nestemäisen metallin virtauskuviota sulassa altaassa. , joka tarjoaa paremman ratkaisun hitsausprosessiin.Laaja valikoima on vertaansa vailla yksisäteisessä laserhitsauksessa.Sillä ei ole ainoastaan suuren laserhitsauksen tunkeutumisen, nopean nopeuden ja suuren tarkkuuden etuja, vaan se soveltuu erinomaisesti materiaaleihin ja liitoksiin, joita on vaikea hitsata tavanomaisella laserhitsauksella.
Periaatekaksisäteinen laserhitsaus
Kaksisädehitsaus tarkoittaa kahden lasersäteen käyttämistä samanaikaisesti hitsausprosessin aikana.Säteen järjestely, säteen etäisyys, kahden säteen välinen kulma, tarkennusasento ja kahden säteen energiasuhde ovat kaikki olennaisia asetuksia kaksoissädelaserhitsauksessa.parametri.Normaalisti hitsausprosessin aikana kaksoispalkkien järjestämiseen on yleensä kaksi tapaa.Kuten kuvasta näkyy, yksi on järjestetty sarjaan hitsaussuuntaa pitkin.Tämä järjestely voi vähentää sulan altaan jäähdytysnopeutta.Vähentää hitsin kovettuvuutta ja huokosten muodostumista.Toinen on sijoittaa ne vierekkäin tai ristikkäin hitsin molemmille puolille, mikä parantaa sopeutumista hitsausrakoon.
Kaksisäteisen laserhitsauksen periaate
Kaksisädehitsaus tarkoittaa kahden lasersäteen käyttämistä samanaikaisesti hitsausprosessin aikana.Säteen järjestely, säteen etäisyys, kahden säteen välinen kulma, tarkennusasento ja kahden säteen energiasuhde ovat kaikki olennaisia asetuksia kaksoissädelaserhitsauksessa.parametri.Normaalisti hitsausprosessin aikana kaksoispalkkien järjestämiseen on yleensä kaksi tapaa.Kuten kuvasta näkyy, yksi on järjestetty sarjaan hitsaussuuntaa pitkin.Tämä järjestely voi vähentää sulan altaan jäähdytysnopeutta.Vähentää hitsin kovettuvuutta ja huokosten muodostumista.Toinen on sijoittaa ne vierekkäin tai ristikkäin hitsin molemmille puolille, mikä parantaa sopeutumista hitsausrakoon.
Tandem-järjestetyssä kaksisäteisessä laserhitsausjärjestelmässä on kolme erilaista hitsausmekanismia etu- ja takapalkin välisestä etäisyydestä riippuen, kuten alla olevasta kuvasta näkyy.
1. Ensimmäisen tyyppisessä hitsausmekanismissa kahden valonsäteen välinen etäisyys on suhteellisen suuri.Yhdellä valonsäteellä on suurempi energiatiheys ja se keskittyy työkappaleen pintaan avaimenreikien muodostamiseksi hitsauksessa;toisen valonsäteen energiatiheys on pienempi.Käytetään vain lämmönlähteenä esi- tai jälkihitsauksen lämpökäsittelyyn.Tämän hitsausmekanismin avulla hitsausaltaan jäähdytysnopeutta voidaan säätää tietyllä alueella, mikä on hyödyllistä hitsattaessa joitain materiaaleja, joilla on korkea halkeamisherkkyys, kuten korkeahiilinen teräs, seosteräs jne., ja voi myös parantaa sitkeyttä. hitsauksesta.
2. Toisen tyyppisessä hitsausmekanismissa kahden valonsäteen välinen tarkennusetäisyys on suhteellisen pieni.Kaksi valonsädettä muodostavat kaksi erillistä avaimenreikää hitsausaltaaseen, mikä muuttaa nestemäisen metallin virtauskuviota ja auttaa estämään kiinnipuristumista.Se voi poistaa vikojen, kuten reunojen ja hitsauspalojen pullistumia, esiintymisen ja parantaa hitsin muodostumista.
3. Kolmannen tyyppisessä hitsausmekanismissa kahden valonsäteen välinen etäisyys on hyvin pieni.Tällä hetkellä kaksi valonsädettä tuottavat saman avaimenreiän hitsausaltaaseen.Verrattuna yksisäteiseen laserhitsaukseen, koska avaimenreiän koko kasvaa eikä sitä ole helppo sulkea, hitsausprosessi on vakaampi ja kaasu on helpompi purkaa, mikä on hyödyllistä vähentää huokoset ja roiskeet sekä saada jatkuvaa, tasaista ja kauniit hitsit.
Hitsausprosessin aikana kaksi lasersädettä voidaan tehdä myös tietyssä kulmassa toisiinsa nähden.Hitsausmekanismi on samanlainen kuin rinnakkainen kaksoispalkkihitsausmekanismi.Testitulokset osoittavat, että käyttämällä kahta suuritehoista OO:ta, joiden kulma on 30° toisiinsa nähden ja joiden etäisyys on 1–2 mm, lasersäde voi saada suppilon muotoisen avaimenreiän.Avaimenreiän koko on suurempi ja vakaampi, mikä voi parantaa tehokkaasti hitsauksen laatua.Käytännön sovelluksissa kahden valonsäteen keskinäistä yhdistelmää voidaan muuttaa erilaisten hitsausolosuhteiden mukaan erilaisten hitsausprosessien saavuttamiseksi.
6. Kaksisädelaserhitsauksen toteutusmenetelmä
Kaksoissäde voidaan saada yhdistämällä kaksi erilaista lasersädettä tai yksi lasersäde voidaan jakaa kahdeksi lasersäteeksi optisen spektrometrian avulla.Valosäteen jakamiseksi kahdeksi rinnakkaiseksi eritehoiseksi lasersäteeksi voidaan käyttää spektroskooppia tai jotain erityistä optista järjestelmää.Kuvassa on kaksi kaaviota valonjaon periaatteista käyttämällä tarkennuspeilejä säteen jakajina.
Lisäksi heijastinta voidaan käyttää myös säteenjakajana ja optisen polun viimeistä heijastinta voidaan käyttää säteenjakajana.Tämän tyyppistä heijastinta kutsutaan myös kattotyyppiseksi heijastimeksi.Sen heijastava pinta ei ole tasainen pinta, vaan koostuu kahdesta tasosta.Kahden heijastavan pinnan leikkauslinja sijaitsee peilipinnan keskellä, katon harjan tapaan, kuten kuvassa näkyy.Rinnakkaisvalonsäde paistaa spektroskoopissa, heijastuu kahdesta tasosta eri kulmissa muodostaen kaksi valonsädettä ja loistaa tarkennuspeilin eri asentoihin.Tarkennuksen jälkeen työkappaleen pinnalle saadaan kaksi valonsädettä tietyllä etäisyydellä.Muuttamalla kahden heijastavan pinnan välistä kulmaa ja katon asentoa voidaan saada jaettuja valonsäteitä erilaisilla tarkennusetäisyyksillä ja järjestelyillä.
Kun käytetään kahta eri tyyppiälasersäteet to muodostaa kaksoispalkki, on monia yhdistelmiä.Päähitsaustyössä voidaan käyttää laadukasta, Gaussin energian jakautumista omaavaa CO2-laseria ja lämpökäsittelytyössä apuna suorakaiteen muotoista energiajakaumaa puolijohdelaseria.Toisaalta tämä yhdistelmä on taloudellisempi.Toisaalta kahden valonsäteen tehoa voidaan säätää itsenäisesti.Eri liitosmuodoille voidaan saada säädettävä lämpötilakenttä säätämällä laserin ja puolijohdelaserin limityskohtaa, mikä sopii hyvin hitsaukseen.Prosessinhallinta.Lisäksi YAG-laser ja CO2-laser voidaan yhdistää myös kaksoissäteeksi hitsausta varten, jatkuva laser- ja pulssilaser voidaan yhdistää hitsaukseen sekä fokusoitu säde ja defokusoitu säde voidaan yhdistää myös hitsaukseen.
7. Kaksisädelaserhitsauksen periaate
3.1 Galvanoitujen levyjen kaksoissäde laserhitsaus
Galvanoitu teräslevy on yleisimmin käytetty materiaali autoteollisuudessa.Teräksen sulamispiste on noin 1500°C, kun taas sinkin kiehumispiste on vain 906°C.Siksi sulahitsausmenetelmää käytettäessä syntyy yleensä suuri määrä sinkkihöyryä, mikä saa hitsausprosessin olemaan epävakaa., muodostaen huokosia hitsaukseen.Limiliitoksissa galvanoidun kerroksen haihtuminen ei tapahdu vain ylä- ja alapinnalla, vaan myös liitospinnalla.Hitsausprosessin aikana sinkkihöyryä tulee nopeasti ulos sulan altaan pinnasta paikoin, kun taas toisilla alueilla sinkkihöyryä on vaikea päästä ulos sulasta altaasta.Altaan pinnalla hitsauslaatu on erittäin epävakaa.
Kaksoissädelaserhitsaus voi ratkaista sinkkihöyryn aiheuttamat hitsauksen laatuongelmat.Yksi menetelmä on hallita sulan altaan olemassaoloaikaa ja jäähtymisnopeutta sovittamalla kahden säteen energia kohtuullisesti yhteen sinkkihöyryn poistumisen helpottamiseksi;toinen tapa on vapauttaa sinkkihöyry esirei'ittämällä tai urittamalla.Kuten kuvasta 6-31 näkyy, hitsaukseen käytetään CO2-laseria.YAG-laser on CO2-laserin edessä ja sitä käytetään reikien poraamiseen tai urien leikkaamiseen.Esikäsitellyt reiät tai urat tarjoavat pakotien myöhemmän hitsauksen aikana syntyvälle sinkkihöyrylle, mikä estää sitä jäämästä sulaan altaaseen ja muodostamasta vikoja.
3.2 Alumiiniseoksen kaksoissäde laserhitsaus
Alumiiniseosmateriaalien erityisistä suorituskykyominaisuuksista johtuen laserhitsauksen käytössä on seuraavia vaikeuksia [39]: alumiiniseoksella on alhainen laserin absorptionopeus ja CO2-lasersäteen pinnan alkuheijastuskyky ylittää 90 %;alumiiniseoksesta laserhitsaus saumat on helppo valmistaa Huokoisuus, halkeamia;metalliseoselementtien palaminen hitsauksen aikana jne. Yksittäislaserhitsausta käytettäessä avaimenreiän muodostaminen ja vakauden ylläpitäminen on vaikeaa.Kaksoissädelaserhitsaus voi suurentaa avaimenreiän kokoa, mikä vaikeuttaa avaimenreiän sulkeutumista, mikä on hyödyllistä kaasupurkauksen kannalta.Se voi myös vähentää jäähdytysnopeutta ja vähentää huokosten ja hitsaushalkeamien esiintymistä.Koska hitsausprosessi on vakaampi ja roiskeiden määrä vähenee, on myös alumiiniseosten kaksoispalkkihitsauksella saatu hitsin pintamuoto merkittävästi parempi kuin yksipalkkihitsauksessa.Kuva 6-32 esittää 3 mm:n paksuisen alumiiniseoksen päittäishitsauksen hitsaussauman ulkonäön CO2-yksisädelaserilla ja kaksoissädelaserhitsauksella.
Tutkimukset osoittavat, että kun hitsataan 2 mm paksua 5000-sarjan alumiiniseosta, kun kahden palkin välinen etäisyys on 0,6–1,0 mm, hitsausprosessi on suhteellisen vakaa ja muodostuva avaimenreiän aukko on suurempi, mikä edistää magnesiumin haihtumista ja karkaamista aikana. hitsausprosessia.Jos kahden palkin välinen etäisyys on liian pieni, yksittäisen palkin hitsausprosessi ei ole vakaa.Jos etäisyys on liian suuri, se vaikuttaa hitsauksen tunkeutumiseen, kuten kuvassa 6-33.Lisäksi kahden palkin energiasuhteella on suuri vaikutus hitsauksen laatuun.Kun kaksi palkkia, joiden väli on 0,9 mm, asetetaan sarjaan hitsausta varten, edellisen palkin energiaa on lisättävä sopivasti niin, että kahden säteen energiasuhde ennen ja jälkeen on suurempi kuin 1:1.On hyödyllistä parantaa hitsaussauman laatua, suurentaa sulamisaluetta ja silti saada tasainen ja kaunis hitsaussauma, kun hitsausnopeus on suuri.
3.3 Eripaksuisten levyjen kaksoispalkkihitsaus
Teollisessa tuotannossa on usein tarpeen hitsata kahta tai useampaa eripaksuista ja -muotoista metallilevyä jalostetun levyn muodostamiseksi.Erityisesti autotuotannossa räätälöityjen aihioiden käyttö on yleistymässä.Hitsaamalla eri spesifikaatioita, pintapinnoitteita tai ominaisuuksia omaavia levyjä voidaan lisätä lujuutta, vähentää kulutusosia ja alentaa laatua.Levihitsauksessa käytetään yleensä eripaksuisten levyjen laserhitsausta.Suurin ongelma on se, että hitsattavat levyt on esimuodostettava erittäin tarkoilla reunoilla ja varmistettava erittäin tarkka kokoonpano.Eripaksuisten levyjen kaksoispalkkihitsauksen käyttö voi mukautua erilaisiin muutoksiin levyvälissä, päittäisliitoksissa, suhteellisissa paksuuksissa ja levymateriaaleissa.Se voi hitsata levyjä suuremmilla reuna- ja rakotoleransseilla ja parantaa hitsausnopeutta ja hitsin laatua.
Shuangguangdongin eripaksuisten levyjen hitsauksen pääprosessiparametrit voidaan jakaa hitsausparametreihin ja levyparametreihin kuvan osoittamalla tavalla.Hitsausparametreja ovat kahden lasersäteen teho, hitsausnopeus, tarkennusasento, hitsauspään kulma, kaksoissäteen päittäisliitoksen säteen kiertokulma ja hitsauspoikkeama jne. Levyparametreja ovat materiaalin koko, suorituskyky, trimmausolosuhteet, levyvälit. jne. Kahden lasersäteen tehoa voidaan säätää erikseen eri hitsaustarkoituksiin.Tarkennuspiste sijaitsee yleensä ohuen levyn pinnalla vakaan ja tehokkaan hitsausprosessin saavuttamiseksi.Hitsauspään kulmaksi valitaan yleensä noin 6. Jos kahden levyn paksuus on suhteellisen suuri, voidaan käyttää positiivista hitsauspään kulmaa, toisin sanoen laser on kallistettu ohutta levyä kohti, kuten kuvassa näkyy;kun levyn paksuus on suhteellisen pieni, voidaan käyttää negatiivista hitsauspään kulmaa.Hitsauspoikkeama määritellään laserfokusoinnin ja paksun levyn reunan väliseksi etäisyydeksi.Säätämällä hitsauspoikkeamaa voidaan vähentää hitsauslommoa ja saada hyvä hitsin poikkileikkaus.
Hitsattaessa levyjä, joissa on suuria rakoja, voit suurentaa tehollista säteen lämmityshalkaisijaa kiertämällä kaksoispalkkikulmaa hyvän rakon täyttökyvyn saavuttamiseksi.Hitsin yläosan leveys määräytyy kahden lasersäteen tehollisen säteen halkaisijan eli säteen kiertokulman mukaan.Mitä suurempi kiertokulma on, sitä laajempi on kaksoispalkin lämmitysalue ja sitä suurempi on hitsin yläosan leveys.Kahdella lasersäteellä on eri rooli hitsausprosessissa.Toista käytetään pääasiassa tunkeutumaan saumaan, kun taas toista käytetään pääasiassa paksun levymateriaalin sulattamiseen raon täyttämiseksi.Kuten kuvasta 6-35 näkyy, säteen positiivisessa kiertokulmassa (etupalkki vaikuttaa paksuun levyyn, takapalkki hitsiin) etupalkki osuu paksuun levyyn lämmittääkseen ja sulattaakseen materiaalia, ja seuraava Lasersäde luo tunkeutumisen.Ensimmäinen lasersäde edessä voi vain osittain sulattaa paksun levyn, mutta se edistää suuresti hitsausprosessia, koska se ei ainoastaan sulata paksun levyn sivua rakojen täyttöön paremmin, vaan myös esiliittää liitosmateriaalin niin, että seuraavat palkit On helpompi hitsata liitosten läpi, mikä mahdollistaa nopeamman hitsauksen.Kaksoispalkkihitsauksessa negatiivisella kiertokulmalla (etupalkki vaikuttaa hitsiin ja takapalkki paksuun levyyn) molemmilla palkkeilla on täsmälleen päinvastainen vaikutus.Edellinen palkki sulattaa liitoksen ja jälkimmäinen palkki sulattaa paksun levyn täyttääkseen sen.aukko.Tässä tapauksessa etupalkki on hitsattava kylmälevyn läpi, ja hitsausnopeus on hitaampi kuin käytettäessä positiivista säteen kiertokulmaa.Ja edellisen palkin esilämmitysvaikutuksesta johtuen jälkimmäinen palkki sulattaa paksumpaa levymateriaalia samalla teholla.Tässä tapauksessa jälkimmäisen lasersäteen tehoa tulee vähentää asianmukaisesti.Vertailun vuoksi positiivisella säteen kiertokulmalla voidaan nostaa sopivasti hitsausnopeutta ja negatiivisella säteen kiertokulmalla voidaan saavuttaa parempi aukkojen täyttö.Kuva 6-36 esittää eri palkin kiertokulmien vaikutusta hitsin poikkileikkaukseen.
3.4 Suurten paksujen levyjen kaksoissäde laserhitsaus Lasertehotason ja säteen laadun paranemisen myötä suurten paksujen levyjen laserhitsaus on tullut todeksi.Koska suuritehoiset laserit ovat kuitenkin kalliita ja suurten paksujen levyjen hitsaus vaatii yleensä täytemetallia, varsinaisessa tuotannossa on tiettyjä rajoituksia.Kaksisäteisen laserhitsaustekniikan käyttö ei voi vain lisätä lasertehoa, vaan myös lisätä tehollista säteen lämmityshalkaisijaa, lisätä kykyä sulattaa täytelankaa, stabiloida laser-avaimenreikää, parantaa hitsauksen vakautta ja parantaa hitsauksen laatua.
Postitusaika: 29.4.2024
