Sammenlignet med traditionel svejseteknologi,lasersvejsninghar uovertrufne fordele inden for svejsningsnøjagtighed, effektivitet, pålidelighed, automatisering og andre aspekter. I de senere år har den udviklet sig hurtigt inden for biler, energi, elektronik og andre områder og betragtes som en af de mest lovende fremstillingsteknologier i det 21. århundrede.
1. Oversigt over dobbeltstråledelasersvejsning
Dobbeltstrålelasersvejsninger 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 højtydende halvlederlaser. Alle kan kombineres. Det blev primært foreslået for at løse problemet med tilpasningsevnen ved lasersvejsning til monteringsnøjagtighed, forbedre svejseprocessens stabilitet og forbedre svejsekvaliteten. Dobbeltstrålelasersvejsningkan nemt og fleksibelt justere svejsetemperaturfeltet ved at ændre strålens energiforhold, stråleafstanden og endda energifordelingsmønsteret for de to laserstråler, hvilket ændrer nøglehullets eksistensmønster og strømningsmønsteret for flydende metal i smeltebadet. Giver et bredere udvalg af svejseprocesser. Det har ikke kun fordelene ved storelasersvejsningpenetration, høj hastighed og høj præcision, men er også velegnet til materialer og samlinger, der er vanskelige at svejse med konventionellelasersvejsning.
Til dobbeltstrålelasersvejsning, diskuterer vi først implementeringsmetoderne for dobbeltstrålelasere. Omfattende litteratur viser, at der er to hovedmåder at opnå dobbeltstrålesvejsning på: transmissionsfokusering og refleksionsfokusering. Specifikt opnås den ene ved at justere vinklen og afstanden mellem to lasere gennem fokusspejle 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 dobbeltstråler. For den første metode er der primært 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 svejsehovedernes rumlige position. Den tredje metode er, at laserstrålen først opdeles gennem to spejle 1 og 2 og derefter fokuseres af to fokusspejle 3 og 4 henholdsvis. Positionen og afstanden mellem de to fokuspunkter kan justeres ved at justere vinklerne på de to fokusspejle 3 og 4. Den anden metode er at bruge en faststoflaser til at opdele lyset for at opnå dobbeltstråler og justere vinklen og afstanden ved hjælp af et perspektivspejl og et fokusspejl. De sidste to billeder i første række nedenfor viser det spektroskopiske system i en CO2-laser. Det flade spejl er erstattet med et kileformet spejl og placeret foran fokusspejlet for at opdele lyset for at opnå dobbeltstrålet parallelt lys.
Efter at have forstået implementeringen af dobbeltstrålesvejsning, lad os kort introducere svejseprincipperne og -metoderne. I dobbeltstrålesvejsninglasersvejsningI processen er der tre almindelige strålearrangementer, nemlig seriel arrangement, parallel arrangement og hybrid arrangement. Stoff, det vil sige, at der er en afstand i både svejseretningen og den vertikale svejseretning. Som vist i den sidste række af figuren, kan de i henhold til de forskellige former af små huller og smeltebade, der opstår under forskellige punktafstande under seriesvejseprocessen, yderligere opdeles i enkeltsmelter. Der er tre tilstande: bad, fælles smeltebad og separeret smeltebad. Karakteristikaene for enkelt smeltebad og separeret smeltebad ligner dem for enkeltsmeltebadlasersvejsning, som vist i det numeriske simuleringsdiagram. Der er forskellige proceseffekter for forskellige typer.
Type 1: Under en bestemt punktafstand danner to strålenøglehuller et fælles stort nøglehul i den samme smeltebassin; for type 1 rapporteres det, at den ene lysstråle bruges til at skabe et lille hul, og den anden lysstråle bruges til svejsning af varmebehandling, hvilket effektivt kan forbedre de strukturelle egenskaber af højkulstofstål og legeret stål.
Type 2: Øg punktafstanden i den samme smeltebassin, adskil de to stråler i to uafhængige nøglehuller, og ændr smeltebassinets strømningsmønster; 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 stråler, så den ene af de to stråler bruges som varmekilde til at udføre for- eller eftersvejsning under svejseprocessen, og den anden stråle bruges til at generere små huller. For type 3 viste undersøgelsen, at de to stråler danner et nøglehul, det lille hul er ikke let at kollapse, og svejsningen er ikke let at danne porer.
2. Svejseprocessens indflydelse på svejsekvaliteten
Effekt af serielt stråle-energiforhold på dannelse af svejsesøm
Når lasereffekten er 2 kW, svejsehastigheden er 45 mm/s, defokuseringsmængden er 0 mm, og stråleafstanden er 3 mm. Svejseoverfladen er formen, når RS ændres (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00), som vist på figuren. Når RS = 0,50 og 2,00, er svejsningen mere bulet, og der er mere sprøjt på kanten af svejsningen, uden at der dannes regelmæssige fiskeskælsmønstre. Dette skyldes, at når stråleenergiforholdet er for lille eller for stort, er laserenergien for koncentreret, hvilket får laserens nålehul til at oscillere mere kraftigt under svejseprocessen, og dampens rekyltryk forårsager udstødning og sprøjt af smeltet metal i smeltet. For stor varmetilførsel forårsager, at indtrængningsdybden af smeltet på aluminiumslegeringssiden er for stor, hvilket forårsager en fordybning under tyngdekraftens påvirkning. Når RS = 0,67 og 1,50, er fiskeskælmønsteret på svejseoverfladen ensartet, svejseformen er smukkere, og der er ingen synlige svejsereaktioner, porer eller andre svejsefejl på svejseoverfladen. Tværsnitsformen af svejsningerne med forskellige stråleenergiforhold RS er som vist på figuren. Tværsnittet af svejsningerne har en typisk "vinglasform", hvilket indikerer, at svejseprocessen udføres i laserdybpenetrationssvejsetilstand. RS har en vigtig indflydelse på svejsningens penetrationsdybde P2 på aluminiumslegeringssiden. Når stråleenergiforholdet RS = 0,5, er P2 1203,2 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS = 0,67 og 1,5, reduceres P2 betydeligt, hvilket er henholdsvis 403,3 mikron og 93,6 mikron. Når stråleenergiforholdet er RS = 2, er svejsepenetrationsdybden for samlingens tværsnit 1151,6 mikron.
Effekt af parallel stråle-energiforhold på dannelsen af svejsesøm
Når lasereffekten er 2,8 kW, svejsehastigheden er 33 mm/s, defokuseringsmængden 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 i figuren. Når RS = 2, er fiskeskælmønsteret på svejseoverfladen relativt uregelmæssigt. Svejseoverfladen, der opnås ved de andre fem forskellige stråleenergiforhold, er velformet, og der er ingen synlige defekter såsom porer og sprøjt. Sammenlignet med seriel dobbeltstrålesvejsninglasersvejsning, svejseoverfladen ved brug af parallelle dobbeltstråler er mere ensartet og smuk. Når RS = 0,25, er der en lille fordybning i svejsningen; efterhånden som strålens energiforhold gradvist stiger (RS = 0,5, 0,67 og 1,5), er svejseoverfladen ensartet, og der dannes ingen fordybning; når strålens energiforhold imidlertid stiger yderligere (RS = 1,50, 2,00), er der fordybninger på svejseoverfladen. Når strålens energiforhold 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, dannes der ikke kun revner i bunden af svejsningen, men der dannes 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 svejsningens tværsnit er velformet, og der dannes ingen tydelige svejsefejl. Disse viser, at stråleenergiforholdet under parallel dobbeltstrålelasersvejsning også har en vigtig indflydelse på svejseindtrængning og svejsefejl.
Parallelstråle – effekten af strålens afstand på svejsesømmens dannelse
Når lasereffekten er 2,8 kW, svejsehastigheden er 33 mm/s, defokuseringsmængden er 0 mm, og stråleenergiforholdet RS = 0,67, skal stråleafstanden (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) ændres for at opnå svejseoverflademorfologien som vist på billedet. Når d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, er svejseoverfladen glat og flad, og formen er smuk; svejsesømsmønsteret med fiskeskæl er regelmæssigt og smukt, og der er ingen synlige porer, revner eller andre defekter. Derfor er svejseoverfladen velformet under de fire stråleafstandsbetingelser. Derudover dannes der to forskellige svejsninger, når d = 2 mm, hvilket viser, at de to parallelle laserstråler ikke længere virker på et smeltebad og ikke kan danne en effektiv dobbeltstrålelaserhybridsvejsning. 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 eller andre defekter inde i svejsningen. Efterhånden som stråleafstanden fortsætter med at øges, 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 yderligere øges, danner svejsningen ikke effektiv indtrængning på aluminiumslegeringssiden. Derfor er dobbeltstrålerekombinationseffekten den bedste, når stråleafstanden er 0,5 mm. Efterhånden som stråleafstanden øges, falder svejsevarmetilførslen kraftigt, og dobbeltstrålelaserrekombinationseffekten forværres gradvist.
Forskellen i svejsemorfologi skyldes den forskellige strømning og kølende størkning af smeltebadet under svejseprocessen. Den numeriske simuleringsmetode kan ikke kun gøre spændingsanalysen af smeltebadet mere intuitiv, men også reducere de eksperimentelle omkostninger. Billedet nedenfor viser ændringerne i sidesmeltebadet med en enkelt stråle, forskellige arrangementer og punktafstand. Hovedkonklusionerne omfatter: (1) Under enkeltstrålesvejsningenlasersvejsningI processen er dybden af smeltebassinets hul den dybeste, der er et fænomen med hulkollaps, hulvæggen er uregelmæssig, og strømningsfeltfordelingen nær hulvæggen er ujævn; nær smeltebassinets bagside er tilbagestrømningen stærk, og der er opadgående tilbagestrømning i bunden af smeltebassinet; strømningsfeltfordelingen af overfladesmeltebassinet er relativt ensartet og langsom, og bredden af smeltebassinet er ujævn langs dybderetningen. Der er forstyrrelse forårsaget af væggens rekyltryk i smeltebassinet mellem de små huller i dobbeltstrålen.lasersvejsning, og den eksisterer altid langs dybderetningen af de små huller. Efterhånden som afstanden mellem de to stråler fortsætter med at stige, overgår strålens energitæthed gradvist fra en enkelt top til en dobbelt toptilstand. Der er en minimumsværdi mellem de to toppe, og energitætheden falder gradvist. (2) For dobbeltstrålelasersvejsningNår punktafstanden er 0-0,5 mm, mindskes dybden af de små huller i smeltebadet en smule, og den samlede strømningsadfærd i smeltebadet ligner den for enkeltstråle-lasersvejsning; når punktafstanden er over 1 mm, er de små huller fuldstændigt adskilt, og under svejseprocessen er der næsten ingen interaktion mellem de to lasere, hvilket svarer til to på hinanden følgende/to parallelle enkeltstrålelasersvejsninger med en effekt på 1750 W. Der er næsten ingen forvarmningseffekt, og smeltebadets strømningsadfærd ligner den ved enkeltstrålelasersvejsning. (3) Når punktafstanden 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 strømningen af overfladesmeltebadet er på 0,8 mm. Den stærkeste. Ved seriesvejsning øges smeltebadets længde 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 smeltebadet. Gør smeltebreddefordelingen mere ensartet. Ved parallel svejsning øges bredden af smeltebadet gradvist, og længden er maksimal på 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 næppe strømningen på begge sider af smeltebadet, og smeltebredden er ujævnt fordelt.
Opslagstidspunkt: 12. oktober 2023
