Jämfört med traditionell svetsteknik,lasersvetsninghar oöverträffade fördelar i svetsnoggrannhet, effektivitet, tillförlitlighet, automatisering och andra aspekter. Under de senaste åren har den utvecklats snabbt inom områdena bilar, energi, elektronik och andra områden, och anses vara en av de mest lovande tillverkningsteknikerna under 2000-talet.
1. Översikt över dubbelbalklasersvetsning
Dubbelstrålelasersvetsningär att använda optiska metoder för att separera samma laser i två separata ljusstrålar för svetsning, eller att använda två olika typer av lasrar för att kombinera, såsom CO2-laser, Nd: YAG-laser och högeffektshalvledarlaser. Alla kan kombineras. Det föreslogs huvudsakligen för att lösa lasersvetsningens anpassningsförmåga till monteringsnoggrannhet, förbättra svetsprocessens stabilitet och förbättra svetskvaliteten. Dubbelstrålelasersvetsningkan bekvämt och flexibelt justera svetstemperaturfältet genom att ändra strålenergiförhållandet, strålavståndet och till och med energifördelningsmönstret för de två laserstrålarna, ändra existensmönstret för nyckelhålet och flödesmönstret för flytande metall i den smälta poolen. Ger ett bredare urval av svetsprocesser. Det har inte bara fördelarna med storalasersvetsningpenetration, snabb hastighet och hög precision, men passar även för material och fogar som är svåra att svetsa med konventionellalasersvetsning.
För dubbelstrålelasersvetsning, diskuterar vi först implementeringsmetoderna för dubbelstrålelaser. Omfattande litteratur visar att det finns två huvudsakliga sätt att uppnå dubbelstrålesvetsning: transmissionsfokusering och reflektionsfokusering. Specifikt uppnås en genom att justera vinkeln och avståndet mellan två lasrar genom fokuseringsspeglar och kollimerande speglar. Den andra uppnås genom att använda en laserkälla och sedan fokusera genom reflekterande speglar, transmissiva speglar och kilformade speglar för att uppnå dubbla strålar. För den första metoden finns det huvudsakligen tre former. Den första formen är att koppla två lasrar genom optiska fibrer och dela upp dem i två olika strålar under samma kollimerande spegel och fokuseringsspegel. Den andra är att två lasrar matar ut laserstrålar genom sina respektive svetshuvuden, och en dubbelstråle bildas genom att justera svetshuvudenas rumsliga position. Den tredje metoden är att laserstrålen först delas genom två speglar 1 och 2, och sedan fokuseras av två fokuseringsspeglar 3 respektive 4. Positionen och avståndet mellan de två brännpunkterna kan justeras genom att justera vinklarna för de två fokuseringsspeglarna 3 och 4. Den andra metoden är att använda en halvledarlaser för att dela ljuset för att uppnå dubbla strålar, och justera vinkeln och mellanrum genom en perspektivspegel och en fokusspegel. De två sista bilderna i första raden nedan visar det spektroskopiska systemet för en CO2-laser. Den platta spegeln ersätts med en kilformad spegel och placeras framför fokusspegeln för att dela ljuset för att uppnå dubbelstrålar parallellt ljus.
Efter att ha förstått implementeringen av dubbla balkar, låt oss kort presentera svetsprinciperna och metoderna. I dubbelstrålenlasersvetsningprocess, det finns tre vanliga strålarrangemang, nämligen seriellt arrangemang, parallellarrangemang och hybridarrangemang. tyg, det vill säga det finns ett avstånd i både svetsriktningen och svetsriktningen. Som visas i den sista raden i figuren, enligt de olika formerna av små hål och smälta pooler som uppträder under olika punktavstånd under den seriella svetsningsprocessen, kan de delas upp ytterligare i singelsmältor. Det finns tre tillstånd: pool, gemensam smältpool och separerad smältpool. Egenskaperna för enkel smältbassäng och separerad smältbassäng liknar dem hos singellasersvetsning, som visas i det numeriska simuleringsdiagrammet. Det finns olika processeffekter för olika typer.
Typ 1: Under ett visst punktavstånd bildar två balknyckelhål ett gemensamt stort nyckelhål i samma smältbassäng; för typ 1 rapporteras det att en ljusstråle används för att skapa ett litet hål, och den andra ljusstrålen används för svetsvärmebehandling, vilket effektivt kan förbättra de strukturella egenskaperna hos stål med hög kolhalt och legerat stål.
Typ 2: Öka punktavståndet i samma smältda pool, separera de två balkarna i två oberoende nyckelhål och ändra flödesmönstret för den smälta poolen; för typ 2 är dess funktion likvärdig med tvåelektronstrålesvetsning. Minskar svetsstänk och oregelbundna svetsar vid lämplig brännvidd.
Typ 3: Öka punktavståndet ytterligare och ändra energiförhållandet för de två balkarna, så att en av de två balkarna används som värmekälla för att utföra försvetsning eller eftersvetsning under svetsprocessen, och den andra strålen används för att skapa små hål. För typ 3 fann studien att de två balkarna bildar ett nyckelhål, det lilla hålet är inte lätt att kollapsa och svetsen är inte lätt att producera porer.
2. Svetsprocessens inverkan på svetskvaliteten
Effekt av seriellt strål-energiförhållande på svetsfogbildning
När lasereffekten är 2kW, svetshastigheten är 45 mm/s, oskärpan är 0 mm, och strålavståndet är 3 mm, svetsytans form vid ändring av RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) är som visas i figuren. När RS=0,50 och 2,00 blir svetsen bucklig i större utsträckning och det blir mer stänk på svetskanten utan att det bildas vanliga fiskfjällmönster. Detta beror på att när strålenergiförhållandet är för litet eller för stort är laserenergin för koncentrerad, vilket gör att laserhålet svänger mer allvarligt under svetsprocessen, och rekyltrycket från ångan orsakar utstötning och stänk av smältan. poolmetall i den smälta poolen; Överdriven värmetillförsel gör att inträngningsdjupet för den smälta poolen på aluminiumlegeringssidan blir för stort, vilket orsakar en fördjupning under inverkan av gravitationen. När RS=0,67 och 1,50 är fiskfjällmönstret på svetsytan enhetligt, svetsformen är vackrare och det finns inga synliga svetssprickor, porer och andra svetsdefekter på svetsytan. Tvärsnittsformerna för svetsarna med olika strålenergiförhållanden RS är som visas i figuren. Tvärsnittet av svetsarna är i en typisk "vinglasform", vilket indikerar att svetsprocessen utförs i lasersvetsningsläge med djup penetration. RS har ett viktigt inflytande på inträngningsdjupet P2 för svetsen på aluminiumlegeringssidan. När strålenergiförhållandet RS=0,5 är P2 1203,2 mikron. När strålenergiförhållandet är RS=0,67 och 1,5, reduceras P2 signifikant, vilket är 403,3 mikron respektive 93,6 mikron. När strålenergiförhållandet är RS=2 är svetsinträngningsdjupet för fogtvärsnittet 1151,6 mikron.
Effekt av parallellt strål-energiförhållande på svetsfogbildning
När lasereffekten är 2,8 kW, svetshastigheten är 33 mm/s, defokuseringsgraden är 0 mm och strålavståndet är 1 mm, erhålls svetsytan genom att ändra strålenergiförhållandet (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Utseendet visas i figuren. När RS=2 är fiskfjällmönstret på svetsytan relativt oregelbundet. Ytan på svetsen som erhålls av de andra fem olika strålenergiförhållandena är välformad och det finns inga synliga defekter som porer och stänk. Därför jämfört med seriell dual-beamlasersvetsning, svetsytan med parallella dubbla strålar är mer enhetlig och vacker. När RS=0,25 finns det en liten fördjupning i svetsen; när strålenergiförhållandet gradvis ökar (RS=0,5, 0,67 och 1,5), är svetsytan likformig och ingen fördjupning bildas; dock när strålenergiförhållandet ökar ytterligare (RS=1,50, 2,00), men det finns fördjupningar på svetsytan. När strålenergiförhållandet RS=0,25, 1,5 och 2 är svetsens tvärsnittsform "vinglasformad"; när RS=0,50, 0,67 och 1 är svetsens tvärsnittsform "trattformad". När RS=4 genereras inte bara sprickor i botten av svetsen, utan även en del porer genereras i mitten och nedre delen av svetsen. När RS=2 uppstår stora processporer inuti svetsen, men inga sprickor uppstår. När RS=0,5, 0,67 och 1,5 är inträngningsdjupet P2 för svetsen på aluminiumlegeringssidan mindre, och svetsens tvärsnitt är välformat och inga uppenbara svetsdefekter bildas. Dessa visar att strålenergiförhållandet vid parallell dubbelstrålelasersvetsning också har en viktig inverkan på svetspenetration och svetsfel.
Parallell balk – effekten av balkavståndet på svetssömsbildningen
När lasereffekten är 2,8 kW, svetshastigheten är 33 mm/s, oskärpan är 0 mm och strålenergiförhållandet RS=0,67, ändra strålavståndet (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) för att erhålla svetsytans morfologi som bilden visar. När d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm är svetsytan slät och platt, och formen är vacker; fiskfjällsmönstret i svetsen är regelbundet och vackert, och det finns inga synliga porer, sprickor och andra defekter. Därför är svetsytan väl utformad under de fyra strålavståndsförhållandena. Dessutom, när d=2 mm, bildas två olika svetsar, vilket visar att de två parallella laserstrålarna inte längre verkar på en smältbassäng, och inte kan bilda en effektiv dubbelstrålelaserhybridsvetsning. När strålavståndet är 0,5 mm är svetsen "trattformad", inträngningsdjupet P2 för svetsen på aluminiumlegeringssidan är 712,9 mikron och det finns inga sprickor, porer och andra defekter inuti svetsen. När strålavståndet fortsätter att öka, minskar inträngningsdjupet P2 för svetsen på aluminiumlegeringssidan avsevärt. När strålavståndet är 1 mm är inträngningsdjupet för svetsen på aluminiumlegeringssidan endast 94,2 mikron. När balkavståndet ökar ytterligare bildar svetsen ingen effektiv penetration på aluminiumlegeringssidan. Därför, när strålavståndet är 0,5 mm, är dubbelstrålerekombinationseffekten bäst. När strålavståndet ökar, minskar svetsvärmetillförseln kraftigt, och laserrekombinationseffekten med två strålar blir gradvis värre.
Skillnaden i svetsmorfologi orsakas av det olika flödet och kylande stelningen av den smälta poolen under svetsprocessen. Den numeriska simuleringsmetoden kan inte bara göra spänningsanalysen av den smälta poolen mer intuitiv, utan också minska den experimentella kostnaden. Bilden nedan visar förändringarna i sidosmältbassängen med en enda stråle, olika arrangemang och punktavstånd. De viktigaste slutsatserna inkluderar: (1) Under enkelstrålenlasersvetsningprocess, djupet av det smälta poolhålet är det djupaste, det finns ett fenomen med hålkollaps, hålväggen är oregelbunden och flödesfältsfördelningen nära hålväggen är ojämn; nära den bakre ytan av den smälta poolen Återflödet är starkt och det finns ett uppåtriktat återflöde vid botten av den smälta poolen; flödesfältsfördelningen av den smälta poolen på ytan är relativt likformig och långsam, och den smälta poolens bredd är ojämn längs djupriktningen. Det finns en störning orsakad av väggrekyltrycket i den smälta poolen mellan de små hålen i dubbelbalkenlasersvetsning, och den finns alltid längs med de små hålens djupriktning. När avståndet mellan de två strålarna fortsätter att öka, övergår strålens energitäthet gradvis från en enkel topp till ett dubbeltopptillstånd. Det finns ett minimivärde mellan de två topparna, och energitätheten minskar gradvis. (2) För dubbelstrålandelasersvetsning, när punktavståndet är 0-0,5 mm, minskar djupet på de små hålen i den smälta poolen något, och det övergripande flödesbeteendet för den smälta poolen liknar det för enkelstrålelasersvetsning; när punktavståndet är över 1 mm är de små hålen helt separerade och under svetsprocessen Det finns nästan ingen interaktion mellan de två lasrarna, vilket motsvarar två på varandra följande/två parallella enstrålelasersvetsningar med en effekt på 1750W. Det finns nästan ingen förvärmningseffekt och den smälta poolens flödesbeteende liknar det för enkelstrålelasersvetsning. (3) När punktavståndet är 0,5-1 mm är väggytan på de små hålen plattare i de två arrangemangen, djupet på de små hålen minskar gradvis och botten separeras gradvis. Störningen mellan de små hålen och flödet av den smälta ytbassängen är 0,8 mm. Den starkaste. För seriesvetsning ökar längden på den smälta poolen gradvis, bredden är störst när punktavståndet är 0,8 mm och förvärmningseffekten är mest uppenbart när punktavståndet är 0,8 mm. Effekten av Marangoni-kraften försvagas gradvis, och mer metallvätska strömmar till båda sidor av den smälta poolen. Gör smältbreddsfördelningen mer enhetlig. För parallellsvetsning ökar bredden på den smälta poolen gradvis, och längden är maximal vid 0,8 mm, men det finns ingen förvärmningseffekt; återflödet nära ytan orsakat av Marangonikraften existerar alltid, och det nedåtgående återflödet i botten av det lilla hålet försvinner gradvis; tvärsnittsflödesfältet är inte lika bra som Det är starkt i serier, störningen påverkar knappast flödet på båda sidor av den smälta poolen, och den smälta bredden är ojämnt fördelad.
Posttid: 2023-12-12
