Dual-beam svetsmetoden föreslås, främst för att lösa anpassningsförmågan avlasersvetsningför monteringsnoggrannhet, förbättra stabiliteten i svetsprocessen och förbättra kvaliteten på svetsen, speciellt för tunnplåtssvetsning och aluminiumlegeringssvetsning. Dubbelstrålelasersvetsning kan använda optiska metoder för att separera samma laser i två separata ljusstrålar för svetsning. Den kan också använda två olika typer av lasrar för att kombinera, CO2-laser, Nd:YAG-laser och högeffektshalvledarlaser. kan kombineras. Genom att ändra strålenergin, strålavståndet och till och med energifördelningsmönstret för de två balkarna, kan svetstemperaturfältet justeras bekvämt och flexibelt, vilket ändrar existensmönstret för hålen och flödesmönstret för den flytande metallen i den smälta poolen , vilket ger en bättre lösning för svetsprocessen. Det stora urvalet är oöverträffat med enstrålelasersvetsning. Den har inte bara fördelarna med stor lasersvetsgenomträngning, snabb hastighet och hög precision, utan har också stor anpassningsförmåga till material och fogar som är svåra att svetsa med konventionell lasersvetsning.
Principen fördubbelstrålelasersvetsning
Dubbelstrålesvetsning innebär att man använder två laserstrålar samtidigt under svetsprocessen. Strålarrangemanget, strålavståndet, vinkeln mellan de två strålarna, fokuseringsläget och energiförhållandet för de två strålarna är alla relevanta inställningar vid dubbelstrålelasersvetsning. parameter. Normalt, under svetsprocessen, finns det vanligtvis två sätt att arrangera de dubbla balkarna. Som visas i figuren är en anordnad i serie längs svetsriktningen. Detta arrangemang kan minska kylningshastigheten för den smälta poolen. Minskar svetsens härdbarhetstendens och bildandet av porer. Den andra är att arrangera dem sida vid sida eller korsvis på båda sidor av svetsen för att förbättra anpassningsförmågan till svetsgapet.
Dubbelstrålelasersvetsprincip
Dubbelstrålesvetsning innebär att man använder två laserstrålar samtidigt under svetsprocessen. Strålarrangemanget, strålavståndet, vinkeln mellan de två strålarna, fokuseringsläget och energiförhållandet för de två strålarna är alla relevanta inställningar vid dubbelstrålelasersvetsning. parameter. Normalt, under svetsprocessen, finns det vanligtvis två sätt att arrangera de dubbla balkarna. Som visas i figuren är en anordnad i serie längs svetsriktningen. Detta arrangemang kan minska kylningshastigheten för den smälta poolen. Minskar svetsens härdbarhetstendens och bildandet av porer. Den andra är att arrangera dem sida vid sida eller korsvis på båda sidor av svetsen för att förbättra anpassningsförmågan till svetsgapet.
För ett tandem-arrangerat dubbelstrålelasersvetssystem finns det tre olika svetsmekanismer beroende på avståndet mellan de främre och bakre strålarna, som visas i figuren nedan.
1. I den första typen av svetsmekanism är avståndet mellan de två ljusstrålarna relativt stort. En ljusstråle har en större energitäthet och fokuseras på arbetsstyckets yta för att producera nyckelhål i svetsningen; den andra ljusstrålen har en mindre energitäthet. Används endast som värmekälla för för- eller eftersvets värmebehandling. Med denna svetsmekanism kan svetsbassängens kylhastighet kontrolleras inom ett visst område, vilket är fördelaktigt för att svetsa vissa material med hög sprickkänslighet, såsom högkolstål, legerat stål, etc., och kan också förbättra segheten av svetsen.
2. I den andra typen av svetsmekanism är fokusavståndet mellan de två ljusstrålarna relativt litet. De två ljusstrålarna producerar två oberoende nyckelhål i en svetsbassäng, vilket förändrar flödesmönstret för den flytande metallen och hjälper till att förhindra anfall. Det kan eliminera uppkomsten av defekter som kanter och svetsvulst och förbättra svetsbildningen.
3. I den tredje typen av svetsmekanism är avståndet mellan de två ljusstrålarna mycket litet. Vid denna tidpunkt producerar de två ljusstrålarna samma nyckelhål i svetsbadet. Jämfört med enstrålelasersvetsning, eftersom nyckelhålsstorleken blir större och inte är lätt att stänga, är svetsprocessen mer stabil och gasen är lättare att släppa ut, vilket är fördelaktigt för att minska porer och stänk och för att erhålla kontinuerlig, enhetlig och vackra svetsar.
Under svetsprocessen kan de två laserstrålarna också göras i en viss vinkel mot varandra. Svetsmekanismen liknar den parallella dubbelbalkssvetsmekanismen. Testresultat visar att genom att använda två högeffekts OO med en vinkel på 30° mot varandra och ett avstånd på 1~2mm, kan laserstrålen få ett trattformat nyckelhål. Nyckelhålsstorleken är större och mer stabil, vilket effektivt kan förbättra svetskvaliteten. I praktiska tillämpningar kan den ömsesidiga kombinationen av de två ljusstrålarna ändras enligt olika svetsförhållanden för att uppnå olika svetsprocesser.
6. Implementeringsmetod för dubbelstrålelasersvetsning
Förvärvet av dubbla strålar kan erhållas genom att kombinera två olika laserstrålar, eller en laserstråle kan delas upp i två laserstrålar för svetsning med ett optiskt spektrometrisystem. För att dela en ljusstråle i två parallella laserstrålar med olika styrka kan ett spektroskop eller något speciellt optiskt system användas. Bilden visar två schematiska diagram över ljusdelningsprinciper med fokuseringsspeglar som stråldelare.
Dessutom kan en reflektor också användas som stråldelare, och den sista reflektorn i den optiska banan kan användas som stråldelare. Denna typ av reflektor kallas även en takreflektor. Dess reflekterande yta är inte en plan yta, utan består av två plan. Skärningslinjen mellan de två reflekterande ytorna är placerad i mitten av spegelytan, liknande en taknock, som visas i figuren. En stråle av parallellt ljus lyser på spektroskopet, reflekteras av två plan i olika vinklar för att bilda två strålar av ljus, och lyser på olika positioner av fokusspegeln. Efter fokusering erhålls två ljusstrålar på ett visst avstånd på arbetsstyckets yta. Genom att ändra vinkeln mellan de två reflekterande ytorna och takets läge kan delade ljusstrålar med olika fokusavstånd och arrangemang erhållas.
När du använder två olika typer avlaserstrålar to bildar en dubbelstråle finns det många kombinationer. En högkvalitativ CO2-laser med en Gaussisk energifördelning kan användas för huvudsvetsarbetet, och en halvledarlaser med en rektangulär energifördelning kan användas för att hjälpa till i värmebehandlingsarbetet. Å ena sidan är denna kombination mer ekonomisk. Å andra sidan kan styrkan hos de två ljusstrålarna justeras oberoende av varandra. För olika fogformer kan ett justerbart temperaturfält erhållas genom att justera laserns och halvledarlaserns överlappande läge, vilket är mycket lämpligt för svetsning. Processkontroll. Dessutom kan YAG-laser och CO2-laser också kombineras till en dubbelstråle för svetsning, kontinuerlig laser och pulslaser kan kombineras för svetsning, och fokuserad stråle och defokuserad stråle kan också kombineras för svetsning.
7. Principen för dubbelstrålelasersvetsning
3.1 Dubbelstrålelasersvetsning av galvaniserad plåt
Galvaniserad stålplåt är det mest använda materialet inom bilindustrin. Smältpunkten för stål är cirka 1500°C, medan kokpunkten för zink endast är 906°C. Därför, när man använder smältsvetsmetoden, genereras vanligtvis en stor mängd zinkånga, vilket gör att svetsprocessen blir instabil. , bildar porer i svetsen. För överlappsfogar sker förångningen av det galvaniserade skiktet inte bara på den övre och undre ytan utan även vid fogytan. Under svetsprocessen kommer zinkånga snabbt ut ur den smälta poolens yta i vissa områden, medan det i andra områden är svårt för zinkånga att strömma ut från den smälta poolen. På poolytan är svetskvaliteten mycket instabil.
Dubbelstrålelasersvetsning kan lösa problemen med svetskvaliteten som orsakas av zinkånga. En metod är att kontrollera existenstiden och kylningshastigheten för den smälta poolen genom att rimligt matcha energin hos de två strålarna för att underlätta utsläppet av zinkånga; den andra metoden är Frigör zinkånga genom förstansning eller rillning. Som visas i figur 6-31 används CO2-laser för svetsning. YAG-lasern ligger framför CO2-lasern och används för att borra hål eller skära spår. De förbearbetade hålen eller spåren ger en flyktväg för zinkånga som genereras under efterföljande svetsning, vilket förhindrar att den stannar kvar i den smälta poolen och bildar defekter.
3.2 Dubbelstrålelasersvetsning av aluminiumlegering
På grund av de speciella prestandaegenskaperna hos aluminiumlegeringsmaterial finns det följande svårigheter med att använda lasersvetsning [39]: aluminiumlegering har en låg absorptionshastighet för laser, och den initiala reflektionsförmågan hos CO2-laserstrålens yta överstiger 90 %; aluminiumlegeringslasersvetssömmar är lätta att producera Porositet, sprickor; bränning av legeringselement vid svetsning etc. Vid användning av enkellasersvetsning är det svårt att etablera nyckelhålet och bibehålla stabiliteten. Dubbelstrålelasersvetsning kan öka storleken på nyckelhålet, vilket gör det svårt för nyckelhålet att stänga, vilket är fördelaktigt för gasutsläpp. Det kan också minska nedkylningshastigheten och minska förekomsten av porer och svetssprickor. Eftersom svetsprocessen är mer stabil och mängden stänk minskar, är svetsytformen som erhålls genom dubbelstrålesvetsning av aluminiumlegeringar också betydligt bättre än den för enkelstrålesvetsning. Figur 6-32 visar utseendet på svetssömmen av 3 mm tjock stumsvetsning av aluminiumlegering med CO2 enkelstrålelaser och dubbelstrålelasersvetsning.
Forskning visar att vid svetsning av 2 mm tjock 5000-serie aluminiumlegering, när avståndet mellan de två balkarna är 0,6~1,0 mm, är svetsprocessen relativt stabil och den bildade nyckelhålsöppningen är större, vilket bidrar till avdunstning och utsläpp av magnesium under svetsprocessen. Om avståndet mellan de två balkarna är för litet kommer svetsprocessen för en enskild balk inte att vara stabil. Om avståndet är för stort kommer svetsgenomträngningen att påverkas, som visas i figur 6-33. Dessutom har energiförhållandet mellan de två balkarna också stor inverkan på svetskvaliteten. När de två balkarna med ett avstånd på 0,9 mm är anordnade i serie för svetsning, bör energin för den föregående strålen ökas på lämpligt sätt så att energiförhållandet mellan de två balkarna före och efter är större än 1:1. Det är till hjälp att förbättra kvaliteten på svetsfogen, öka smältytan och ändå få en jämn och vacker svetssöm när svetshastigheten är hög.
3.3 Dubbelbalksvetsning av plattor med ojämn tjocklek
I industriell produktion är det ofta nödvändigt att svetsa två eller flera metallplattor av olika tjocklekar och former för att bilda en skarvad platta. Särskilt inom biltillverkning blir tillämpningen av skräddarsydda svetsade ämnen mer och mer utbredd. Genom att svetsa plåtar med olika specifikationer, ytbeläggningar eller egenskaper kan hållfastheten ökas, tillsatsmaterial minskas och kvaliteten sänkas. Lasersvetsning av plåtar av olika tjocklek används vanligtvis vid panelsvetsning. Ett stort problem är att plattorna som ska svetsas måste förformas med högprecisionskanter och säkerställa högprecisionsmontering. Användningen av dubbelbalksvetsning av plattor med ojämn tjocklek kan anpassas till olika förändringar i plåtspalter, stumfogar, relativa tjocklekar och plåtmaterial. Den kan svetsa plåtar med större kant- och gaptoleranser och förbättra svetshastigheten och svetskvaliteten.
Huvudprocessparametrarna för Shuangguangdongs svetsning av plattor med ojämn tjocklek kan delas in i svetsparametrar och plåtparametrar, som visas i figuren. Svetsparametrar inkluderar kraften hos de två laserstrålarna, svetshastighet, fokusposition, svetshuvudets vinkel, strålens rotationsvinkel för stumfogen med dubbla strålar och svetsförskjutning, etc. Brädets parametrar inkluderar materialstorlek, prestanda, trimningsförhållanden, brädgap. , etc. Effekten hos de två laserstrålarna kan justeras separat enligt olika svetsändamål. Fokuspositionen är vanligtvis placerad på ytan av den tunna plattan för att uppnå en stabil och effektiv svetsprocess. Svetshuvudets vinkel väljs vanligtvis till cirka 6. Om tjockleken på de två plattorna är relativt stor kan en positiv svetshuvudvinkel användas, det vill säga lasern lutas mot den tunna plattan, som visas på bilden; när plåttjockleken är relativt liten kan en negativ svetshuvudvinkel användas. Svetsoffset definieras som avståndet mellan laserfokus och kanten på den tjocka plåten. Genom att justera svetsoffset kan mängden svetsbucklor minskas och ett bra svetstvärsnitt erhållas.
Vid svetsning av plåtar med stora mellanrum kan du öka den effektiva strålvärmediametern genom att vrida den dubbla strålvinkeln för att få goda spaltfyllningsförmåga. Bredden på toppen av svetsen bestäms av den effektiva stråldiametern för de två laserstrålarna, det vill säga strålens rotationsvinkel. Ju större rotationsvinkel, desto bredare värmeområde för dubbelbalken och desto större bredd på den övre delen av svetsen. De två laserstrålarna spelar olika roller i svetsprocessen. Den ena används huvudsakligen för att penetrera sömmen, medan den andra huvudsakligen används för att smälta det tjocka plattmaterialet för att fylla gapet. Som visas i figur 6-35, under en positiv strålrotationsvinkel (den främre strålen verkar på den tjocka plattan, den bakre strålen verkar på svetsen), infaller den främre strålen på den tjocka plattan för att värma och smälta materialet, och följande Laserstrålen skapar penetration. Den första laserstrålen i fronten kan bara delvis smälta den tjocka plåten, men den bidrar mycket till svetsprocessen, eftersom den inte bara smälter sidan av den tjocka plåten för bättre fyllning av spalten, utan också förfogar samman fogmaterialet så att följande balkar Det är lättare att svetsa igenom fogar, vilket möjliggör snabbare svetsning. Vid dubbelstrålesvetsning med negativ rotationsvinkel (den främre balken verkar på svetsen, och den bakre balken verkar på den tjocka plattan) har de två balkarna exakt motsatt effekt. Den förra strålen smälter fogen, och den senare strålen smälter den tjocka plattan för att fylla den. gap. I detta fall krävs att den främre strålen svetsar genom den kalla plattan, och svetshastigheten är långsammare än att använda en positiv strålrotationsvinkel. Och på grund av förvärmningseffekten av den tidigare strålen kommer den senare strålen att smälta mer tjockt plåtmaterial under samma kraft. I detta fall bör effekten av den senare laserstrålen reduceras på lämpligt sätt. I jämförelse kan användning av en positiv strålrotationsvinkel på lämpligt sätt öka svetshastigheten, och användning av en negativ strålrotationsvinkel kan uppnå bättre fyllning av spalten. Figur 6-36 visar inverkan av olika strålrotationsvinklar på svetsens tvärsnitt.
3.4 Dubbelstrålelasersvetsning av stora tjocka plåtar Med förbättringen av lasereffektnivån och strålkvaliteten har lasersvetsning av stora tjocka plåtar blivit verklighet. Men eftersom högeffektlasrar är dyra och svetsning av stora tjocka plåtar i allmänhet kräver tillsatsmetall, finns det vissa begränsningar i den faktiska produktionen. Användningen av dubbelstrålelasersvetsteknik kan inte bara öka lasereffekten, utan också öka den effektiva strålens uppvärmningsdiameter, öka förmågan att smälta tillsatstråd, stabilisera lasernyckelhålet, förbättra svetsstabiliteten och förbättra svetskvaliteten.
Posttid: 2024-apr-29
