Як передовий інструмент обробки, лазер відіграє дедалі важливішу роль у галузі промислового зварювання. Хоча традиційна технологія лазерного зварювання може певною мірою контролювати ці дефекти, її ефект часто обмежується фіксованими параметрами та процесами зварювання. В останні роки поява технології лазерного коливального зварювання пропонує нове рішення для контролю дефектів зварювання. Завдяки впровадженню коливання лазерного променя під час процесу зварювання, технологія може значно покращити динамічні характеристики зварювальної ванни, тим самим оптимізуючи якість зварювання. Технологія лазерного коливального зварювання в основному базується на точному керуванні лазерним променем та технології коливання для досягнення ефективного та високоякісного зварювання.
Покращення зовнішнього вигляду:
Під часпроцес зварюванняЛазерний промінь швидко та точно коливається, охоплюючи всю зону зварювання. Коли промінь рухається вздовж напрямку зварювання, він коливається в різних формах, таких як коло, вісімка та спіраль. Чен та ін. використовували коливальний лазер для зварювання різнорідних алюмінієвих сплавів, і порівняно зі зварюванням без коливального лазера, морфологія переднього та заднього зварювання при коливальному лазерному зварюванні була значно покращена. Крім того, поперечне коливальний лазерне зварювання використовується для збільшення адаптивності зазору канавки. На деяких заготовках з провідним з'єднанням необхідно розширити зону перевантаження по струму, також необхідно розширити металеву поверхню з'єднання, а також необхідно коливати лазерне зварювання, щоб металева поверхня з'єднання стала U-подібною.
1. (a) та (b) статистика морфології поперечного перерізу зварного шва та розміру зварного шва за різних режимів коливання; (c) Формування верхньої поверхні зварного шва за різних режимів коливання.
Покращення поганого зрощення бічних стінок:
Дефект несплавлення бічної стінки легко виникає під час традиційного лазерного зварювання з вузьким зазором пластин середньої товщини. Це спричинено нерівномірним розподілом лазерної енергії в горловині, великим підводом тепла в центрі паза та малим підводом тепла в бічну стінку паза, що не може забезпечити гарну комбінацію. Ключовим заходом для вирішення дефекту несплавлення бічної стінки є збільшення підводу тепла до бічної стінки. У процесі лазерного зварювання більш розумний розподіл енергії лазерного променя на поверхні заготовки може бути реалізований за допомогою коливання променя. Коли ширина паза змінюється, амплітуда коливання променя регулюється відповідно до ширини паза, щоб забезпечити ефективний підвід тепла до бічної стінки.
2. Макроскопічне зображення зварного шва від першого шару (L1) до сьомого шару (L7) для лазерного зварювання з коливаннями або без них.
Зменшення дефектів пористості:
Механізм гальмування лазерного коливання на порах зварювання можна пояснити покращенням стабільності малих отворів та покращенням текучості рідкого металу. На рисунку 3 показано поведінку розплавленої ванни, що відображається частинками трасера під час процесу зварювання. Коливання світлового променя призводить до формування високочастотного та високошвидкісного обертального перемішувального руху в малому отворі, що сприяє переповненню бульбашок та має ефект «захоплення» затверділих пор. Водночас, коливання світлового променя збільшує площу малого отвору та зменшує ймовірність його нестабільного колапсу з утворенням бульбашок.
3. (a) та (b) траєкторії частинок індикатора під час зварювання; Площа отвору замкової щілини: (c) немає лазера, що хитається (d) лазер, що хитається.
Зменшення дефектів тріщин:
Термічна тріщина – це вид дефекту, що утворюється в процесі зварювання внаслідок взаємодії внутрішніх напружень та металургійних факторів, який часто зустрічається в зоні термічного впливу (ЗТВ) зварювання. Утворення таких тріщин пов'язане з вразливістю матеріалу до високих температур, зварювальними напругами та хімічним складом матеріалу. Традиційна технологія лазерного зварювання може призводити до термічних тріщин у процесі зварювання, головним чином з таких причин: по-перше, через високу енергоємність лазерного зварювання, що призводить до швидкого нагрівання та охолодження зони зварювання, що спричиняє великий градієнт температур та термічні напруги; по-друге, металургійна реакція в процесі зварювання може призвести до сегрегації домішкових елементів з низькою температурою плавлення, утворюючи крихку фазу та підвищуючи чутливість до тріщин. Нарешті, швидке затвердіння матеріалу може призвести до неоднорідності мікроструктури, а напрямок росту стовпчастих кристалів – від розплавленої ванни до центру, як показано на рисунку 4. У цьому випадку чутливість до розтріскування значно підвищується.
4. Режим затвердіння лазерним зварюванням (a) звичайне лазерне зварювання (b) гойдалкове лазерне зварювання.
Технологія осцилюючого лазерного зварювання може ефективно зменшити або усунути появу гарячих тріщин завдяки використанню осцилюючого лазерного променя. Під час процесу осцилюючого лазерного зварювання періодичні коливання лазерного променя можуть сприяти потоку металу в розплавленій ванні, тим самим покращуючи однорідність мікроструктури, а зерно росте співвісно в центрі розплавленої ванни, як показано на рисунку 5. Ці співвісні зерна діють як захисний бар'єр, що запобігає поширенню тріщин, і діють як теплоізоляційний шар, що запобігає подальшому поширенню тріщин. Водночас, осцилюючий лазер допомагає зменшити утворення крихкої фази внаслідок сегрегації компонентів, зменшуючи ризик термічного розтріскування.
5. (A) характеристики мікроструктури затвердіння зварних швів звичайного лазерного зварювання (B) характеристики мікроструктури затвердіння лазерних зварних швів з поворотним обертанням (CCW).
Порівняно з лазерним самоплавним зварюванням, технологія лазерного зварювання з перемішуванням була визнана ефективним способом зменшення тенденції до пористості та покращення дефектів, таких як несплавлення бічних стінок. Завдяки перемішувальному ефекту променя на розплавлену ванну, вона має значні переваги у покращенні зазору, покращенні однорідності мікроструктури та подрібненні зерна. Застосування технології лазерного зварювання з перемішуванням може зробити лазерне зварювання більш широким, а ефективне лазерне прецизійне зварювання може бути досягнуто для більших заготовок та ширших зварних швів, тобто знижується точність основного процесу та складання виробу.
Час публікації: 21 лютого 2025 р.
