Лазерний шторм – Майбутні технологічні зміни в технології двопроменевих лазерів 2

1. Приклади застосування

1) Дошка для зрощування

У 1960-х роках компанія Toyota Motor Company вперше застосувала технологію зварювання заготовок на замовлення. Вона полягає у з'єднанні двох або більше листів разом за допомогою зварювання, а потім штампування. Ці листи можуть мати різну товщину, матеріали та властивості. Через дедалі вищі вимоги до продуктивності та функцій автомобілів, таких як енергозбереження, захист навколишнього середовища, безпека водіння тощо, технологія зварювання на замовлення привертає все більше уваги. Зварювання листів може використовувати точкове зварювання, стикове зварювання плавленням,лазерне зварювання, воднево-дугове зварювання тощо. Наразі,лазерне зварюванняв основному використовується в зарубіжних дослідженнях та виробництві зварних заготовок.

Порівняння результатів випробувань та розрахунків показало хорошу узгодженість результатів, що підтверджує правильність моделі джерела тепла. Була розрахована та поступово оптимізована ширина зварного шва за різних параметрів процесу. Зрештою, було прийнято співвідношення енергії променя 2:1, подвійні променя були розташовані паралельно, великий енергетичний промінь був розташований у центрі зварного шва, а малий енергетичний промінь - на товстій пластині. Це може ефективно зменшити ширину зварного шва. Коли два променя розташовані під кутом 45 градусів один до одного, промінь діє на товсту та тонку пластини відповідно. Через зменшення ефективного діаметра нагрівального променя ширина зварного шва також зменшується.

2) Різнорідні метали з алюмінієвої сталі

У цьому дослідженні зроблено такі висновки: (1) Зі збільшенням співвідношення енергії променя товщина інтерметалідної сполуки в тій самій області положення на межі зварювання/алюмінієвого сплаву поступово зменшується, а розподіл стає більш регулярним. Коли RS=2, товщина шару міжфазного інтерметаліду становить від 5 до 10 мікрон. Максимальна довжина вільного «голкоподібного» інтерметаліду становить від 23 мікрон. Коли RS=0,67, товщина шару міжфазного інтерметаліду менше 5 мікрон, а максимальна довжина вільного «голкоподібного» інтерметаліду становить 5,6 мікрона. Товщина інтерметаліду значно зменшується.

(2)Коли для зварювання використовується паралельний двопроменевий лазер, міжметалевий шар (ІМК) на межі зварювання/алюмінієвий сплав є більш нерівномірним. Товщина шару ІМК на межі зварювання/алюмінієвий сплав поблизу межі з'єднання сталь/алюмінієвий сплав є товстішою, з максимальною товщиною 23,7 мікрона. Зі збільшенням співвідношення енергії променя, коли RS=1,50, товщина шару ІМК на межі зварювання/алюмінієвий сплав все ще більша, ніж товщина інтерметалевої сполуки в тій самій області послідовного двопроменевого випромінювання.

3. Т-подібне з'єднання зі сплаву алюмінію та літію

Щодо механічних властивостей лазерно-зварних з'єднань алюмінієвого сплаву 2A97, дослідники вивчали мікротвердість, властивості на розтяг та втому. Результати випробувань показують, що: зона зварювання лазерно-зварного з'єднання алюмінієвого сплаву 2A97-T3/T4 сильно розм'якшена. Коефіцієнт становить близько 0,6, що головним чином пов'язано з розчиненням та подальшими труднощами у виділенні зміцнювальної фази; коефіцієнт міцності з'єднання алюмінієвого сплаву 2A97-T4, звареного волоконним лазером IPGYLR-6000, може досягати 0,8, але пластичність низька, тоді як у волокна IPGYLS-4000...лазерне зварюванняКоефіцієнт міцності зварних лазером з'єднань алюмінієвого сплаву 2A97-T3 становить близько 0,6; пористі дефекти є причиною втомних тріщин у зварних лазером зварних з'єднаннях алюмінієвого сплаву 2A97-T3.

У синхронному режимі, відповідно до різних кристалічних морфологій, FZ складається переважно зі стовпчастих кристалів та рівноосьових кристалів. Стовпчасті кристали мають епітаксійну орієнтацію росту EQZ, а напрямки їх росту перпендикулярні до лінії плавлення. Це пояснюється тим, що поверхня зерна EQZ є готовою частинкою-зародком, і тепловіддача в цьому напрямку є найшвидшою. Тому первинна кристалографічна вісь вертикальної лінії плавлення зростає переважно, а бічні сторони звужуються. У міру зростання стовпчастих кристалів до центру зварного шва структурна морфологія змінюється та утворюються стовпчасті дендрити. У центрі зварного шва температура розплавленої ванни висока, швидкість тепловіддачі однакова в усіх напрямках, а зерна ростуть рівноосьово в усіх напрямках, утворюючи рівноосьові дендрити. Коли первинна кристалографічна вісь рівноосьових дендритів точно дотична до площини зразка, у металографічній фазі можна спостерігати чіткі квітоподібні зерна. Крім того, під впливом переохолодження локальних компонентів у зоні зварювання, в області зварного шва синхронного Т-подібного з'єднання зазвичай з'являються рівноосьові дрібнозернисті смуги, а морфологія зерен у рівноосьовій дрібнозернистій смузі відрізняється від морфології зерен EQZ. Зовнішній вигляд однаковий. Оскільки процес нагрівання гетерогенного режиму TSTB-LW відрізняється від синхронного режиму TSTB-LW, існують очевидні відмінності в макроморфології та морфології мікроструктури. Гетерогенні Т-подібні з'єднання TSTB-LW пройшли два термічні цикли, демонструючи подвійні характеристики розплавленої ванни. Всередині зварного шва є очевидна вторинна лінія плавлення, а розплавлена ​​ванна, утворена термопровідним зварюванням, невелика. У гетерогенному режимі TSTB-LW на зварний шов глибокого проникнення впливає процес нагрівання термопровідним зварюванням. Стовпчасті дендрити та рівноосьові дендрити поблизу вторинної лінії плавлення мають менше меж підзерен і перетворюються на стовпчасті або комірчасті кристали, що вказує на те, що процес нагрівання термопровідним зварюванням має вплив термічної обробки на зварні шви глибокого проникнення. А розмір зерна дендритів у центрі теплопровідного зварного шва становить 2-5 мікрон, що значно менше за розмір зерна дендритів у центрі зварного шва глибокого проплавлення (5-10 мікрон). Це головним чином пов'язано з максимальним нагріванням зварних швів з обох боків. Температура пов'язана з подальшою швидкістю охолодження.

3) Принцип двопроменевого лазерного порошкового плакування

4)Висока міцність паяного з'єднання

В експерименті з двопроменевим лазерним порошковим зварюванням, оскільки два лазерні промені розподілені поруч по обидва боки місткового дроту, діапазон лазера та підкладки більший, ніж у однопроменевому лазерному порошковому зварюванні, а отримані паяні з'єднання розташовані вертикально до місткового дроту. Напрямок дроту відносно витягнутий. На рисунку 3.6 показано паяні з'єднання, отримані однопроменевим та двопроменевим лазерним порошковим зварюванням. Під час процесу зварювання, незалежно від того, чи це двопроменеве...лазерне зварюванняметод або однопроменевалазерне зварюванняЗа допомогою цього методу на основному матеріалі шляхом теплопровідності утворюється певна розплавлена ​​ванна. Таким чином, розплавлений метал основного матеріалу в розплавленій ванні може утворювати металургійний зв'язок з розплавленим порошком самофлюсуючого сплаву, тим самим досягаючи зварювання. При використанні двопроменевого лазера для зварювання взаємодія між лазерним променем та основним матеріалом відбувається через взаємодію між зонами дії двох лазерних променів, тобто взаємодію між двома розплавленими ваннами, утвореними лазером на матеріалі. Таким чином, отримана площа нового розплаву більша, ніж у однопроменевого...лазерне зварювання, тому паяні з'єднання, отримані за допомогою подвійного променялазерне зварюванняміцніші за однопроменевілазерне зварювання.

2. Висока паяльність та повторюваність

В однопроменевійлазерне зварюванняексперимент, оскільки центр сфокусованої плями лазера безпосередньо впливає на мікромістковий дріт, до мостового дроту пред'являються дуже високі вимоги долазерне зварюванняпараметри процесу, такі як нерівномірний розподіл густини лазерної енергії та нерівномірна товщина порошку сплаву. Це призведе до обриву дроту під час процесу зварювання та навіть безпосередньо спричинить випаровування дроту-містка. У методі двопроменевого лазерного зварювання, оскільки сфокусовані центри точок двох лазерних променів не впливають безпосередньо на дроти мікромістка, суворі вимоги до параметрів процесу лазерного зварювання дротів-містків знижуються, а зварюваність та повторюваність значно покращуються.