Запропоновано метод двопроменевого зварювання, головним чином для вирішення адаптивностілазерне зварюваннядля точності складання, підвищення стабільності процесу зварювання та покращення якості зварного шва, особливо для зварювання тонких пластин і зварювання алюмінієвих сплавів.Двопроменеве лазерне зварювання може використовувати оптичні методи для розділення одного лазера на два окремих пучка світла для зварювання.Він також може використовувати два різні типи лазерів для поєднання: CO2-лазер, Nd:YAG-лазер і потужний напівпровідниковий лазер.можна комбінувати.Змінюючи енергію пучка, відстань між променями та навіть структуру розподілу енергії двох пучків, температурне поле зварювання можна регулювати зручно та гнучко, змінюючи схему існування отворів та структуру потоку рідкого металу в ємності з розплавом. , забезпечуючи краще рішення для процесу зварювання.Величезний простір вибору не має собі рівних з однопроменевим лазерним зварюванням.Він не тільки має такі переваги, як велике проникнення лазерного зварювання, висока швидкість і висока точність, але також має чудову адаптованість до матеріалів і з’єднань, які важко зварювати за допомогою звичайного лазерного зварювання.
Принципдвопроменеве лазерне зварювання
Двопроменеве зварювання означає використання двох лазерних променів одночасно в процесі зварювання.Розташування променя, відстань між променями, кут між двома променями, положення фокусування та співвідношення енергії двох променів є важливими налаштуваннями для двопроменевого лазерного зварювання.параметр.Зазвичай під час процесу зварювання існує два способи розташування подвійних балок.Як показано на малюнку, один з них розташований послідовно вздовж напрямку зварювання.Таке розташування може зменшити швидкість охолодження басейну розплаву.Зменшує тенденцію до прогартовування зварного шва та утворення пор.Інший полягає в тому, щоб розташувати їх пліч-о-пліч або хрест-навхрест з обох сторін зварного шва, щоб покращити адаптацію до зварювального зазору.
Принцип двопроменевого лазерного зварювання
Двопроменеве зварювання означає використання двох лазерних променів одночасно в процесі зварювання.Розташування променя, відстань між променями, кут між двома променями, положення фокусування та співвідношення енергії двох променів є важливими налаштуваннями для двопроменевого лазерного зварювання.параметр.Зазвичай під час процесу зварювання існує два способи розташування подвійних балок.Як показано на малюнку, один з них розташований послідовно вздовж напрямку зварювання.Таке розташування може зменшити швидкість охолодження басейну розплаву.Зменшує тенденцію до прогартовування зварного шва та утворення пор.Інший полягає в тому, щоб розташувати їх пліч-о-пліч або хрест-навхрест з обох сторін зварного шва, щоб покращити адаптацію до зварювального зазору.
Для тандемної двопроменевої лазерної зварювальної системи існує три різні зварювальні механізми залежно від відстані між передніми та задніми балками, як показано на малюнку нижче.
1. У зварювальному механізмі першого типу відстань між двома пучками світла відносно велика.Один промінь світла має більшу щільність енергії і фокусується на поверхні заготовки для створення замкових щілин у зварюванні;інший пучок світла має меншу щільність енергії.Використовується лише як джерело тепла для термічної обробки перед або після зварювання.Використовуючи цей зварювальний механізм, можна контролювати швидкість охолодження зварювальної ванни в певному діапазоні, що є корисним для зварювання деяких матеріалів із високою чутливістю до тріщин, таких як високовуглецева сталь, легована сталь тощо, а також може покращити міцність зварного шва.
2. У другому типі зварювального механізму фокусна відстань між двома світловими променями відносно мала.Два промені світла створюють дві незалежні замкові щілини у зварювальній ванні, що змінює схему потоку рідкого металу та допомагає запобігти заїданню.Це може усунути появу дефектів, таких як краї та опуклості зварного шва, і покращити формування зварного шва.
3. У третьому типі зварювального механізму відстань між двома променями світла дуже мала.У цей час два пучки світла створюють ту саму замкову щілину в зварювальній ванні.Порівняно з однопроменевим лазерним зварюванням, оскільки розмір замкової щілини стає більшим і його нелегко закрити, процес зварювання є більш стабільним, а газ легше вивільняється, що сприяє зменшенню пор і бризок, а також отриманню безперервного, рівномірного та красиві зварні шви.
У процесі зварювання два лазерні промені також можуть бути спрямовані під певним кутом один до одного.Зварювальний механізм подібний до механізму зварювання з двома балками.Результати випробувань показують, що за допомогою двох потужних ОО під кутом 30° один до одного та на відстані 1~2 мм лазерний промінь може отримати воронкоподібну замкову щілину.Розмір замкової щілини більший і стабільніший, що може ефективно покращити якість зварювання.У практичних застосуваннях взаємну комбінацію двох променів світла можна змінювати відповідно до різних умов зварювання для досягнення різних процесів зварювання.
6. Спосіб реалізації двопроменевого лазерного зварювання
Отримання подвійних променів можна отримати шляхом поєднання двох різних лазерних променів, або один лазерний промінь можна розділити на два лазерні промені для зварювання за допомогою системи оптичної спектрометрії.Щоб розділити промінь світла на два паралельних лазерних променя різної потужності, можна використовувати спектроскоп або якусь спеціальну оптичну систему.На малюнку показано дві принципові схеми принципів розщеплення світла з використанням фокусуючих дзеркал як світлоділювачів.
Крім того, рефлектор також можна використовувати як розсіювач променя, а останній відбивач на оптичному шляху можна використовувати як розгалужувач променя.Цей тип рефлектора ще називають даховим.Його відбивна поверхня не є плоскою, а складається з двох площин.Лінія перетину двох поверхонь, що відбивають, розташована посередині дзеркальної поверхні, подібно до коника даху, як показано на малюнку.Промінь паралельного світла потрапляє на спектроскоп, відбивається двома площинами під різними кутами, утворюючи два пучки світла, і світить на різні положення фокусуючого дзеркала.Після фокусування виходять два пучки світла на певній відстані на поверхні заготовки.Змінюючи кут між двома поверхнями, що відбивають, і положення даху, можна отримати розділені пучки світла з різними фокусними відстанями та розташуванням.
При використанні двох різних типівлазерні промені to утворюють подвійний пучок, існує багато комбінацій.Для основної зварювальної роботи можна використовувати високоякісний СО2-лазер з розподілом енергії Гауса, а для термообробки – напівпровідниковий лазер з прямокутним розподілом енергії.З одного боку, таке поєднання більш економічне.З іншого боку, потужність двох світлових променів можна регулювати незалежно.Для різних форм з’єднань регульоване температурне поле можна отримати, регулюючи положення лазера та напівпровідникового лазера, що перекриваються, що дуже підходить для зварювання.Контроль процесів.Крім того, YAG-лазер і CO2-лазер можна об’єднати в подвійний промінь для зварювання, безперервний лазер і імпульсний лазер можна об’єднати для зварювання, а сфокусований промінь і розфокусований промінь також можна об’єднати для зварювання.
7. Принцип двопроменевого лазерного зварювання
3.1 Двопроменеве лазерне зварювання оцинкованого листа
Оцинкований сталевий лист є найбільш часто використовуваним матеріалом в автомобільній промисловості.Температура плавлення сталі близько 1500°C, тоді як температура кипіння цинку становить лише 906°C.Тому при використанні методу зварювання плавленням зазвичай утворюється велика кількість парів цинку, що призводить до нестабільності процесу зварювання., утворюючи пори в шві.Для з’єднань внапуск випаровування оцинкованого шару відбувається не тільки на верхній і нижній поверхнях, а й на поверхні з’єднання.Під час процесу зварювання пари цинку швидко викидаються з поверхні ванни розплаву в деяких областях, тоді як в інших областях парам цинку важко вийти з ванни розплаву.На поверхні басейну якість зварювання дуже нестабільна.
Двопроменеве лазерне зварювання може вирішити проблеми якості зварювання, викликані парами цинку.Один метод полягає в тому, щоб контролювати час існування та швидкість охолодження розплавленої ванни шляхом розумного узгодження енергії двох пучків для полегшення виходу парів цинку;Інший метод - Вивільнення парів цинку шляхом попереднього пробивання або канавки.Як показано на малюнку 6-31, CO2-лазер використовується для зварювання.Лазер YAG знаходиться перед CO2-лазером і використовується для свердління отворів або вирізання канавок.Попередньо оброблені отвори або канавки забезпечують шлях виходу пари цинку, що утворюється під час наступного зварювання, запобігаючи його залишанню в ємності розплаву та утворенню дефектів.
3.2 Двопроменеве лазерне зварювання алюмінієвого сплаву
У зв’язку з особливими експлуатаційними характеристиками матеріалів з алюмінієвих сплавів існують наступні труднощі при застосуванні лазерного зварювання [39]: алюмінієвий сплав має низьку швидкість поглинання лазера, а початкова відбивна здатність поверхні променя CO2-лазера перевищує 90%;шви лазерного зварювання алюмінієвого сплаву легко виробляти Пористість, тріщини;пригорання легованих елементів при зварюванні і т. д. При використанні одинарного лазерного зварювання складно встановити замкову щілину і зберегти стабільність.Двопроменеве лазерне зварювання може збільшити розмір замкової щілини, ускладнюючи закриття замкової щілини, що сприяє газорозряду.Це також може зменшити швидкість охолодження та зменшити появу пор і зварювальних тріщин.Оскільки процес зварювання більш стабільний і кількість бризок зменшується, форма поверхні зварного шва, отримана при двопроменевому зварюванні алюмінієвих сплавів, також значно краща, ніж при однопроменевому зварюванні.На малюнку 6-32 показано зовнішній вигляд зварного шва алюмінієвого сплаву товщиною 3 мм, звареного встик з використанням однопроменевого лазерного та двопроменевого лазерного зварювання CO2.
Дослідження показують, що при зварюванні алюмінієвого сплаву серії 5000 товщиною 2 мм, коли відстань між двома балками становить 0,6~1,0 мм, процес зварювання є відносно стабільним, а отвір у замковій щілині більший, що сприяє випаровуванню та виходу магнію під час процес зварювання.Якщо відстань між двома балками занадто мала, процес зварювання однієї балки не буде стабільним.Якщо відстань буде занадто великою, це вплине на провар зварювання, як показано на малюнку 6-33.Крім того, співвідношення енергії двох променів також має великий вплив на якість зварювання.Коли два пучки з відстанню 0,9 мм розташовані послідовно для зварювання, енергія попереднього променя повинна бути відповідно збільшена так, щоб співвідношення енергії двох пучків до і після було більше ніж 1:1.Це корисно покращити якість зварювального шва, збільшити площу плавлення та отримати рівний і красивий зварювальний шов, коли швидкість зварювання висока.
3.3 Двопроменеве зварювання пластин різної товщини
У промисловому виробництві часто доводиться зварювати дві або більше металевих пластин різної товщини і форми для формування зрощеної пластини.Особливо в автомобільному виробництві застосування індивідуальних зварних заготовок стає все більш і більш поширеним.Зварюючи пластини з різними специфікаціями, поверхневими покриттями або властивостями, можна збільшити міцність, зменшити витратні матеріали та знизити якість.При зварюванні панелей зазвичай використовують лазерне зварювання пластин різної товщини.Основна проблема полягає в тому, що пластини, які зварюються, повинні бути попередньо сформовані з високоточними кромками та забезпечувати високоточне складання.Використання двопроменевого зварювання пластин різної товщини може адаптуватися до різних змін між пластинами, стикових з’єднань, відносної товщини та матеріалів плит.Він може зварювати пластини з більшими допусками на краї та зазори та покращувати швидкість зварювання та якість зварювання.
Основні параметри процесу зварювання пластин різної товщини Shuangguangdong можна розділити на параметри зварювання та параметри пластини, як показано на малюнку.Параметри зварювання включають потужність двох лазерних променів, швидкість зварювання, положення фокуса, кут зварювальної головки, кут повороту променя двопроменевого стикового з’єднання та зміщення зварювання тощо. Параметри плати включають розмір матеріалу, продуктивність, умови обрізки, зазори між платами. , тощо. Потужність двох лазерних променів можна регулювати окремо відповідно до різних цілей зварювання.Фокусне положення зазвичай розташоване на поверхні тонкої пластини для досягнення стабільного та ефективного процесу зварювання.Кут зварювальної головки зазвичай вибирається приблизно 6. Якщо товщина двох пластин є відносно великою, можна використовувати позитивний кут зварювальної головки, тобто лазер нахиляється до тонкої пластини, як показано на малюнку;коли товщина пластини відносно мала, можна використовувати негативний кут зварювальної головки.Зміщення зварювання визначається як відстань між лазерним фокусом і краєм товстої пластини.Регулюючи зміщення зварювання, можна зменшити кількість вм’ятин під зварюванням і отримати хороший поперечний переріз зварювання.
При зварюванні пластин із великими проміжками ви можете збільшити ефективний діаметр нагрівання променя шляхом обертання подвійного кута променя, щоб отримати хороші можливості заповнення проміжків.Ширина верхньої частини зварного шва визначається ефективним діаметром двох лазерних променів, тобто кутом повороту променя.Чим більше кут повороту, тим ширше діапазон нагріву подвійної балки і тим більше ширина верхньої частини шва.Два лазерних променя відіграють різні ролі в процесі зварювання.Один в основному використовується для проникнення в шов, тоді як інший в основному використовується для розплавлення товстого пластинчастого матеріалу для заповнення щілини.Як показано на малюнку 6-35, під позитивним кутом повороту променя (передній промінь діє на товсту пластину, задній промінь діє на зварний шов), передній промінь падає на товсту пластину, щоб нагріти та розплавити матеріал, і наступний Лазерний промінь створює проникнення.Перший лазерний промінь спереду може лише частково розплавити товсту пластину, але він значно сприяє процесу зварювання, оскільки він не тільки розплавляє бік товстої пластини для кращого заповнення зазору, але й попередньо з’єднує матеріал з’єднання, щоб наступні балки Легше зварювати з’єднання, що дозволяє швидше зварювати.При двопроменевому зварюванні з від’ємним кутом повороту (передній промінь діє на зварний шов, а задній — на товсту пластину) обидва променя мають прямо протилежну дію.Перший промінь розплавляє стик, а другий промінь розплавляє товсту пластину, щоб заповнити її.розрив.У цьому випадку для зварювання через холодну пластину необхідна передня балка, а швидкість зварювання нижча, ніж при використанні позитивного кута повороту балки.І завдяки ефекту попереднього нагріву попереднього променя, останній промінь буде розплавляти більш товстий пластинчастий матеріал за тієї ж потужності.У цьому випадку потужність останнього лазерного променя повинна бути відповідним чином зменшена.Для порівняння, використання позитивного кута повороту променя може відповідним чином збільшити швидкість зварювання, а використання негативного кута повороту променя може досягти кращого заповнення зазору.На малюнку 6-36 показано вплив різних кутів повороту пучка на поперечний переріз шва.
3.4 Двопроменеве лазерне зварювання пластин великої товщини З підвищенням рівня потужності лазера та якості променя лазерне зварювання пластин великої товщини стало реальністю.Однак, оскільки потужні лазери дорогі, а для зварювання великих товстих листів зазвичай потрібен присадковий метал, фактичне виробництво має певні обмеження.Використання технології двопроменевого лазерного зварювання може не тільки збільшити потужність лазера, але й збільшити ефективний діаметр нагріву променя, збільшити здатність розплавляти присадковий дріт, стабілізувати лазерну замкову щілину, підвищити стабільність зварювання та покращити якість зварювання.
Час публікації: 29 квітня 2024 р
