Sammenlignet med traditionel svejseteknologi,lasersvejsninghar uovertrufne fordele inden for svejsenøjagtighed, effektivitet, pålidelighed, automatisering og andre aspekter. I de senere år har det udviklet sig hurtigt inden for biler, energi, elektronik og andre områder, og det anses for at være en af de mest lovende fremstillingsteknologier i det 21. århundrede.
1. Oversigt over dobbeltstrålelasersvejsning
Dobbeltstrålendelasersvejsninger at bruge optiske metoder til at adskille den samme laser i to separate lysstråler til svejsning, eller at bruge to forskellige typer lasere til at kombinere, såsom CO2-laser, Nd: YAG-laser og højeffekt-halvlederlaser. Alle kan kombineres. Det blev primært foreslået for at løse tilpasningsevnen af lasersvejsning til monteringsnøjagtighed, forbedre stabiliteten af svejseprocessen og forbedre kvaliteten af svejsningen. Dobbeltstrålendelasersvejsningkan bekvemt og fleksibelt justere svejsetemperaturfeltet ved at ændre stråleenergiforholdet, stråleafstanden og endda energifordelingsmønsteret for de to laserstråler, ændre eksistensmønsteret af nøglehullet og strømningsmønsteret af flydende metal i den smeltede pool. Giver et bredere udvalg af svejseprocesser. Det har ikke kun fordelene ved storelasersvejsningpenetration, hurtig hastighed og høj præcision, men er også velegnet til materialer og samlinger, der er svære at svejse med konventionellelasersvejsning.
Til dobbeltstrålendelasersvejsning, diskuterer vi først implementeringsmetoderne for dobbeltstrålelaser. Omfattende litteratur viser, at der er to hovedmåder til at opnå dobbeltstrålesvejsning: transmissionsfokusering og refleksionsfokusering. Specifikt opnås man ved at justere vinklen og afstanden mellem to lasere gennem fokuseringsspejle og kollimerende spejle. Den anden opnås ved at bruge en laserkilde og derefter fokusere gennem reflekterende spejle, transmissive spejle og kileformede spejle for at opnå dobbelte stråler. For den første metode er der hovedsageligt tre former. Den første form er at koble to lasere gennem optiske fibre og opdele dem i to forskellige stråler under det samme kollimerende spejl og fokusspejl. Den anden er, at to lasere udsender laserstråler gennem deres respektive svejsehoveder, og en dobbeltstråle dannes ved at justere den rumlige position af svejsehovederne. Den tredje metode er, at laserstrålen først splittes gennem to spejle 1 og 2, og derefter fokuseres af to fokuseringsspejle 3 og 4 henholdsvis. Positionen og afstanden mellem de to brændpunkter kan justeres ved at justere vinklerne på de to fokuseringsspejle 3 og 4. Den anden metode er at bruge en solid-state laser til at opdele lyset for at opnå dobbelte stråler, og justere vinklen og afstand gennem et perspektivspejl og et fokusspejl. De sidste to billeder i første række nedenfor viser det spektroskopiske system af en CO2-laser. Det flade spejl erstattes med et kileformet spejl og placeres foran fokusspejlet for at opdele lyset for at opnå dobbeltstråle parallelt lys.
Efter at have forstået implementeringen af dobbeltbjælker, lad os kort introducere svejseprincipperne og metoderne. I dobbeltstrålenlasersvejsningproces, er der tre almindelige strålearrangementer, nemlig serielt arrangement, parallelt arrangement og hybridarrangement. stof, det vil sige, at der er en afstand i både svejseretningen og den lodrette svejseretning. Som vist i den sidste række af figuren, kan de i henhold til de forskellige former for små huller og smeltede pools, der vises under forskellige punktafstande under den serielle svejseproces, opdeles yderligere i enkelte smeltninger. Der er tre stater: pool, fælles smeltet pool og adskilt smeltet pool. Egenskaberne for enkelt smeltet pool og adskilt smeltet pool ligner dem for enkeltlasersvejsning, som vist i det numeriske simuleringsdiagram. Der er forskellige proceseffekter for forskellige typer.
Type 1: Under en bestemt punktafstand danner to bjælkenøglehuller et fælles stort nøglehul i den samme smeltede pool; for type 1 er det rapporteret, at den ene lysstråle bruges til at skabe et lille hul, og den anden lysstråle bruges til svejsevarmebehandling, som effektivt kan forbedre de strukturelle egenskaber af stål med højt kulstofindhold og legeret stål.
Type 2: Forøg punktafstanden i det samme smeltede bassin, adskil de to bjælker i to uafhængige nøglehuller, og skift strømningsmønsteret for den smeltede pool; for type 2 svarer dens funktion til to-elektronstrålesvejsning, Reducerer svejsesprøjt og uregelmæssige svejsninger ved den passende brændvidde.
Type 3: Forøg punktafstanden yderligere og ændr energiforholdet mellem de to bjælker, så den ene af de to bjælker bruges som varmekilde til at udføre for- eller eftersvejsebehandling under svejseprocessen, og den anden bjælke bruges til at generere små huller. For type 3 viste undersøgelsen, at de to bjælker danner et nøglehul, det lille hul er ikke let at kollapse, og svejsningen er ikke let at producere porer.
2. Svejseprocessens indflydelse på svejsekvaliteten
Effekt af serielt stråle-energiforhold på svejsesømdannelse
Når lasereffekten er 2kW, svejsehastigheden er 45 mm/s, defokusmængden er 0 mm, og stråleafstanden er 3 mm, er svejseoverfladeformen ved ændring af RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) som vist på figuren. Når RS=0,50 og 2,00 er svejsningen bulet i større grad, og der kommer mere sprøjt på kanten af svejsningen, uden at der dannes regulære fiskeskælmønstre. Dette skyldes, at når stråleenergiforholdet er for lille eller for stort, er laserenergien for koncentreret, hvilket får lasernålhullet til at oscillere mere alvorligt under svejseprocessen, og dampens rekyltryk forårsager udstødning og sprøjtning af det smeltede pool metal i den smeltede pool; Overdreven varmetilførsel bevirker, at indtrængningsdybden af den smeltede pool på aluminiumslegeringssiden bliver for stor, hvilket forårsager en fordybning under påvirkning af tyngdekraften. Når RS=0,67 og 1,50 er fiskeskælmønsteret på svejseoverfladen ensartet, svejseformen er smukkere, og der er ingen synlige varme svejserevner, porer og andre svejsefejl på svejseoverfladen. Tværsnitsformerne af svejsningerne med forskellige stråleenergiforhold RS er som vist på figuren. Tværsnittet af svejsningerne er i en typisk "vinglasform", hvilket indikerer, at svejseprocessen udføres i laser-dyb penetrationssvejsning. RS har en vigtig indflydelse på indtrængningsdybden P2 af svejsningen på aluminiumslegeringssiden. Når stråleenergiforholdet RS=0,5, er P2 1203,2 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS=0,67 og 1,5, reduceres P2 betydeligt, som er henholdsvis 403,3 mikron og 93,6 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS=2, er svejsetværsnittets indtrængningsdybde 1151,6 mikron.
Effekt af parallelt stråle-energiforhold på svejsesømdannelse
Når lasereffekten er 2,8 kW, svejsehastigheden er 33 mm/s, defokusmængden er 0 mm, og stråleafstanden er 1 mm, opnås svejseoverfladen ved at ændre stråleenergiforholdet (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Udseendet er vist på figuren. Når RS=2, er fiskeskælmønsteret på overfladen af svejsningen relativt uregelmæssigt. Overfladen af svejsningen opnået ved de andre fem forskellige stråleenergiforhold er velformet, og der er ingen synlige defekter såsom porer og sprøjt. Derfor sammenlignet med seriel dual-beamlasersvejsning, svejseoverfladen ved hjælp af parallelle dobbeltbjælker er mere ensartet og smuk. Når RS=0,25 er der en lille fordybning i svejsningen; når stråleenergiforholdet gradvist øges (RS=0,5, 0,67 og 1,5), er svejsningens overflade ensartet, og der dannes ingen fordybning; dog når stråleenergiforholdet øges yderligere ( RS=1,50, 2,00), men der er fordybninger på svejsningens overflade. Når stråleenergiforholdet RS=0,25, 1,5 og 2, er svejsningens tværsnitsform "vinglasformet"; når RS=0,50, 0,67 og 1, er svejsningens tværsnitsform "tragtformet". Når RS=4 opstår der ikke kun revner i bunden af svejsningen, men også nogle porer i den midterste og nederste del af svejsningen. Når RS=2 opstår der store procesporer inde i svejsningen, men der opstår ingen revner. Når RS=0,5, 0,67 og 1,5, er indtrængningsdybden P2 af svejsningen på aluminiumslegeringssiden mindre, og tværsnittet af svejsningen er velformet, og der dannes ingen åbenlyse svejsefejl. Disse viser, at stråleenergiforholdet under parallel dobbeltstrålelasersvejsning også har en vigtig indflydelse på svejsegennemtrængning og svejsefejl.
Parallel stråle – effekten af stråleafstand på svejsesømdannelse
Når lasereffekten er 2,8 kW, svejsehastigheden er 33 mm/s, defokuseringsmængden er 0 mm, og stråleenergiforholdet RS=0,67, skal du ændre stråleafstanden (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) for at opnå svejseoverflademorfologien som billedet viser. Når d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, er svejsningens overflade glat og flad, og formen er smuk; svejsningens fiskeskælmønster er regelmæssigt og smukt, og der er ingen synlige porer, revner og andre defekter. Derfor er svejseoverfladen godt udformet under de fire stråleafstandsbetingelser. Når d=2 mm derudover dannes to forskellige svejsninger, hvilket viser, at de to parallelle laserstråler ikke længere virker på et smeltebad, og ikke kan danne en effektiv dobbeltstråle laserhybridsvejsning. Når stråleafstanden er 0,5 mm, er svejsningen "tragtformet", indtrængningsdybden P2 af svejsningen på aluminiumslegeringssiden er 712,9 mikron, og der er ingen revner, porer og andre defekter inde i svejsningen. Efterhånden som stråleafstanden fortsætter med at stige, falder indtrængningsdybden P2 af svejsningen på aluminiumslegeringssiden betydeligt. Når stråleafstanden er 1 mm, er indtrængningsdybden af svejsningen på aluminiumslegeringssiden kun 94,2 mikron. Efterhånden som stråleafstanden øges yderligere, danner svejsningen ikke effektiv gennemtrængning på aluminiumslegeringssiden. Derfor, når stråleafstanden er 0,5 mm, er dobbeltstrålerekombinationseffekten den bedste. Efterhånden som stråleafstanden øges, falder svejsevarmetilførslen kraftigt, og to-stråle laserrekombinationseffekten bliver gradvist værre.
Forskellen i svejsemorfologi er forårsaget af forskelligt flow og kølende størkning af den smeltede pool under svejseprocessen. Den numeriske simuleringsmetode kan ikke kun gøre stressanalysen af den smeltede pool mere intuitiv, men også reducere de eksperimentelle omkostninger. Billedet nedenfor viser ændringerne i sidesmeltebassinet med en enkelt stråle, forskellige arrangementer og punktafstand. Hovedkonklusionerne omfatter: (1) Under enkeltstrålenlasersvejsningproces, dybden af det smeltede bassinhul er den dybeste, der er et fænomen med hulkollaps, hulvæggen er uregelmæssig, og strømningsfeltfordelingen nær hulvæggen er ujævn; nær den bagerste overflade af den smeltede pool. Tilbagestrømningen er stærk, og der er opadgående tilbagestrømning i bunden af den smeltede pool; strømningsfeltfordelingen af det overfladesmeltede bassin er relativt ensartet og langsom, og bredden af det smeltede bassin er ujævn langs dybderetningen. Der er forstyrrelse forårsaget af vægrekyltryk i den smeltede pool mellem de små huller i dobbeltstrålelasersvejsning, og den eksisterer altid langs dybderetningen af de små huller. Efterhånden som afstanden mellem de to stråler fortsætter med at stige, går strålens energitæthed gradvist over fra en enkelt spids til en dobbelt spidstilstand. Der er en minimumsværdi mellem de to toppe, og energitætheden falder gradvist. (2) Til dobbeltstrålelasersvejsning, når punktafstanden er 0-0,5 mm, falder dybden af de små huller i det smeltede bassin en smule, og den overordnede strømningsadfærd for smeltet bassin ligner den for enkeltstrålende bassinlasersvejsning; når punktafstanden er over 1mm, er de små huller helt adskilte, og under svejseprocessen er der næsten ingen interaktion mellem de to lasere, hvilket svarer til to på hinanden følgende/to parallelle enkeltstråle lasersvejsninger med en effekt på 1750W. Der er næsten ingen forvarmningseffekt, og den smeltede pools strømningsadfærd ligner den ved enkeltstrålelasersvejsning. (3) Når spotafstanden er 0,5-1 mm, er vægoverfladen af de små huller fladere i de to arrangementer, dybden af de små huller falder gradvist, og bunden adskilles gradvist. Forstyrrelsen mellem de små huller og strømmen af overfladesmeltet pool er på 0,8 mm. Den stærkeste. Til seriel svejsning øges længden af den smeltede pool gradvist, bredden er størst, når punktafstanden er 0,8 mm, og forvarmningseffekten er mest tydelig, når punktafstanden er 0,8 mm. Effekten af Marangoni-kraften svækkes gradvist, og mere metalvæske strømmer til begge sider af den smeltede pool. Gør smeltebreddefordelingen mere ensartet. Ved parallel svejsning øges bredden af den smeltede pool gradvist, og længden er maksimal ved 0,8 mm, men der er ingen forvarmningseffekt; tilbagestrømningen nær overfladen forårsaget af Marangoni-kraften eksisterer altid, og den nedadgående tilbagestrømning i bunden af det lille hul forsvinder gradvist; tværsnitsstrømningsfeltet er ikke så godt som Det er stærkt i serie, forstyrrelsen påvirker næsten ikke flowet på begge sider af smeltebassinet, og smeltebredden er ujævnt fordelt.
Indlægstid: 12-okt-2023
