Dubbelstrålesvetsmetoden föreslås främst för att lösa anpassningsförmågan hoslasersvetsningför att förbättra monteringsnoggrannheten, förbättra stabiliteten i svetsprocessen och förbättra svetskvaliteten, särskilt för tunnplåtssvetsning och svetsning av aluminiumlegeringar. 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 att kombinera, CO2-laser, Nd:YAG-laser och högeffektshalvledarlaser. Genom att ändra strålenergin, strålavståndet och till och med energifördelningsmönstret för de två strålarna kan svetstemperaturfältet justeras bekvämt och flexibelt, vilket ändrar hålens existensmönster och flödesmönstret för den flytande metallen i smältan, vilket ger en bättre lösning för svetsprocessen. Det stora valutrymmet är oöverträffat av enkelstrålelasersvetsning. Den har inte bara fördelarna med stor lasersvetspenetration, snabb hastighet och hög precision, utan har också stor anpassningsförmåga till material och fogar som är svåra att svetsa med konventionell lasersvetsning.
Principen omdubbelstrålelasersvetsning
Dubbelstrålesvetsning innebär att två laserstrålar används samtidigt under svetsprocessen. Strålarrangemanget, strålavståndet, vinkeln mellan de två strålarna, fokuseringspositionen och energiförhållandet mellan de två strålarna är alla relevanta inställningar vid dubbelstrålelasersvetsning. Normalt finns det två sätt att arrangera dubbelstrålarna under svetsprocessen. Som visas i figuren är det ena arrangerad i serie längs svetsriktningen. Detta arrangemang kan minska kylningshastigheten för den smälta badet. Minskar svetsens härdningstendens och porbildning. Det andra är att arrangera dem sida vid sida eller tvärs på båda sidor av svetsen för att förbättra anpassningsförmågan till svetsgapet.
Principen för dubbelstrålelasersvetsning
Dubbelstrålesvetsning innebär att två laserstrålar används samtidigt under svetsprocessen. Strålarrangemanget, strålavståndet, vinkeln mellan de två strålarna, fokuseringspositionen och energiförhållandet mellan de två strålarna är alla relevanta inställningar vid dubbelstrålelasersvetsning. Normalt finns det två sätt att arrangera dubbelstrålarna under svetsprocessen. Som visas i figuren är det ena arrangerad i serie längs svetsriktningen. Detta arrangemang kan minska kylningshastigheten för den smälta badet. Minskar svetsens härdningstendens och porbildning. Det andra är att arrangera dem sida vid sida eller tvärs på båda sidor av svetsen för att förbättra anpassningsförmågan till svetsgapet.
För ett tandemarrangerat dubbelstrålelasersvetssystem finns det tre olika svetsmekanismer beroende på avståndet mellan den främre och bakre strålen, 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 skapa nyckelhål i svetsen; den andra ljusstrålen har en mindre energitäthet. Används endast som värmekälla för värmebehandling före eller efter svetsning. Med hjälp av denna svetsmekanism kan kylningshastigheten i svetsbassängen styras inom ett visst område, vilket är fördelaktigt vid svetsning av vissa material med hög sprickkänslighet, såsom högkolstål, legerat stål etc., och kan också förbättra svetsens seghet.
2. I den andra typen av svetsmekanism är fokusavståndet mellan de två ljusstrålarna relativt litet. De två ljusstrålarna skapar två oberoende nyckelhål i en svetsbassäng, vilket förändrar den flytande metallens flödesmönster och hjälper till att förhindra fastkärvning. Det kan eliminera förekomsten av defekter som kanter och utbuktningar av svetssträngen och förbättra svetsformen.
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 svetsbassängen. Jämfört med enstrålelasersvetsning, eftersom nyckelhålsstorleken blir större och inte är lätt att stänga, är svetsprocessen stabilare och gasen lättare att släppa ut, vilket är fördelaktigt för att minska porer och stänk, och få kontinuerliga, enhetliga och vackra svetsar.
Under svetsprocessen kan de två laserstrålarna också placeras i en viss vinkel mot varandra. Svetsmekanismen liknar den parallella dubbelstrålesvetsmekanismen. Testresultat visar att genom att använda två högeffekts-OO:er med en vinkel på 30° mot varandra och ett avstånd på 1~2 mm 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 beroende på olika svetsförhållanden för att uppnå olika svetsprocesser.
6. Implementeringsmetod för dubbelstrålelasersvetsning
Dubbelstrålning kan uppnås genom att kombinera två olika laserstrålar, eller så kan en laserstråle delas upp i två laserstrålar för svetsning med hjälp av ett optiskt spektrometrisystem. För att dela en ljusstråle i två parallella laserstrålar med olika effekt 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 vägen kan användas som stråldelare. Denna typ av reflektor kallas också en takreflektor. Dess reflekterande yta är inte en plan yta, utan består av två plan. Skärningslinjen mellan de två reflekterande ytorna är belägen mitt på spegelytan, liknande en taknock, som visas i figuren. En parallell ljusstråle lyser på spektroskopet, reflekteras av två plan i olika vinklar för att bilda två ljusstrålar, och lyser på olika positioner på fokuseringsspegeln. Efter fokusering erhålls två ljusstrålar på ett visst avstånd på arbetsstyckets yta. Genom att ändra vinkeln mellan de två reflekterande ytorna och takets position kan delade ljusstrålar med olika fokusavstånd och arrangemang erhållas.
När man använder två olika typer avlaserstrålar tFör att bilda en dubbelstråle finns det många kombinationer. En högkvalitativ CO2-laser med Gaussisk energifördelning kan användas för huvudsvetsarbetet, och en halvledarlaser med rektangulär energifördelning kan användas för att underlätta värmebehandlingsarbetet. Å ena sidan är denna kombination mer ekonomisk. Å andra sidan kan effekten hos de två ljusstrålarna justeras oberoende av varandra. För olika fogformer kan ett justerbart temperaturfält erhållas genom att justera laserns och halvledarlaserns överlappningsposition, 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. Princip för dubbelstrålelasersvetsning
3.1 Dubbelstrålelasersvetsning av galvaniserade plåtar
Galvaniserad stålplåt är det vanligaste materialet inom bilindustrin. Smältpunkten för stål är runt 1500°C, medan kokpunkten för zink endast är 906°C. Därför genereras vanligtvis en stor mängd zinkånga vid användning av smältsvetsningsmetoden, vilket gör att svetsprocessen blir instabil och porer bildas i svetsen. Vid överlappningsfogar sker förångning av det galvaniserade lagret inte bara på de övre och nedre ytorna, utan även på fogytan. Under svetsprocessen sprutas zinkånga snabbt ut ur smältbadets yta i vissa områden, medan det i andra områden är svårt för zinkånga att komma ut från smältbadet. På badets yta är svetskvaliteten mycket instabil.
Dubbelstrålelasersvetsning kan lösa problem med svetskvaliteten orsakade av zinkånga. En metod är att kontrollera smältbadets existenstid och kylningshastighet genom att rimligen matcha energin hos de två strålarna för att underlätta zinkångans utsläpp; den andra metoden är att frigöra zinkånga genom förstansning eller spårfräsning. Som visas i figur 6-31 används CO2-laser för svetsning. YAG-lasern sitter framför CO2-lasern och används för att borra hål eller skära spår. De förbearbetade hålen eller spåren ger en utsläppsväg för zinkånga som genereras under efterföljande svetsning, vilket förhindrar att den stannar kvar i smältbadet 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 reflektiviteten hos CO2-laserstrålens yta överstiger 90 %; lasersvetsfogar i aluminiumlegering är lätta att uppstå. Porositet, sprickor; brännskador på legeringselement under 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 stängas, vilket är fördelaktigt för gasurladdning. Det kan också minska kylningshastigheten och minska förekomsten av porer och svetssprickor. Eftersom svetsprocessen är mer stabil och mängden stänk minskas, är svetsytans form som erhålls genom dubbelstrålesvetsning av aluminiumlegeringar också betydligt bättre än den vid enkelstrålesvetsning. Figur 6-32 visar utseendet på svetsfogen vid 3 mm tjock aluminiumlegeringsstumsvetsning med CO2-enkelstrålelaser och dubbelstrålelasersvetsning.
Forskning visar att vid svetsning av 2 mm tjock aluminiumlegering i 5000-serien, när avståndet mellan de två strålarna är 0,6–1,0 mm, är svetsprocessen relativt stabil och nyckelhålsöppningen som bildas är större, vilket bidrar till avdunstning och utsläpp av magnesium under svetsprocessen. Om avståndet mellan de två strålarna är för litet kommer svetsprocessen för en enda stråle inte att vara stabil. Om avståndet är för stort kommer svetspenetrationen att påverkas, som visas i figur 6-33. Dessutom har energiförhållandet mellan de två strålarna också en stor inverkan på svetskvaliteten. När de två strålarna med ett avstånd på 0,9 mm är anordnade i serie för svetsning, bör energin hos den föregående strålen ökas på lämpligt sätt så att energiförhållandet mellan de två strålarna före och efter är större än 1:1. Det är bra att förbättra kvaliteten på svetsfogen, öka smältområdet och ändå få en jämn och vacker svetsfog när svetshastigheten är hög.
3.3 Dubbelstrålesvetsning av plattor med ojämn tjocklek
Inom industriell produktion är det ofta nödvändigt att svetsa två eller flera metallplattor med olika tjocklekar och former för att bilda en skarvad platta. Speciellt inom biltillverkning blir användningen av specialsvetsade ämnen alltmer utbredd. Genom att svetsa plattor med olika specifikationer, ytbeläggningar eller egenskaper kan hållfastheten ökas, förbrukningsmaterial minskas och kvaliteten sänkas. Lasersvetsning av plattor med olika tjocklekar används vanligtvis vid panelsvetsning. Ett stort problem är att plattorna som ska svetsas måste vara förformade med högprecisionskanter och säkerställa högprecisionsmontering. Användningen av dubbelstrålesvetsning av plattor med ojämn tjocklek kan anpassas till olika förändringar i plattgap, stumfogar, relativa tjocklekar och plattmaterial. Det kan svetsa plattor med större kant- och gaptoleranser och förbättra svetshastigheten och svetskvaliteten.
De viktigaste processparametrarna för Shuangguangdongs svetsning av plattor med ojämn tjocklek kan delas in i svetsparametrar och plattparametrar, som visas i figuren. Svetsparametrarna inkluderar de två laserstrålarnas effekt, svetshastighet, fokusposition, svetshuvudvinkel, strålrotationsvinkel för dubbelstrålestumfogen och svetsförskjutning, etc. Kortparametrar inkluderar materialstorlek, prestanda, beskärningsförhållanden, kortmellanrum, 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. Svetshuvudvinkeln väljs vanligtvis till cirka 6. Om tjockleken på de två plattorna är relativt stor kan en positiv svetshuvudvinkel användas, det vill säga att lasern lutas mot den tunna plattan, som visas i bilden; när platttjockleken är relativt liten kan en negativ svetshuvudvinkel användas. Svetsförskjutningen definieras som avståndet mellan laserfokus och kanten på den tjocka plattan. Genom att justera svetsförskjutningen kan mängden svetsbulta minskas och ett bra svetstvärsnitt kan erhållas.
Vid svetsning av plåtar med stora mellanrum kan man öka strålens effektiva uppvärmningsdiameter genom att rotera den dubbla strålvinkeln för att få bra mellanrumsfyllningsförmåga. Bredden på svetsfogens övre del bestäms av den effektiva stråldiametern för de två laserstrålarna, det vill säga strålens rotationsvinkel. Ju större rotationsvinkel, desto bredare är uppvärmningsområde för den dubbla strålen och desto större är bredden på den övre delen av svetsfogen. 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 plåtmaterialet för att fylla mellanrummet. Som visas i figur 6-35, under en positiv strålrotationsvinkel (den främre strålen verkar på den tjocka plåten, den bakre strålen verkar på svetsen), infaller den främre strålen på den tjocka plåten för att värma och smälta materialet, och den följande laserstrålen skapar penetration. Den första laserstrålen framtill kan bara delvis smälta den tjocka plåten, men den bidrar i hög grad till svetsprocessen, eftersom den inte bara smälter sidan av den tjocka plåten för bättre spaltfyllning, utan också förfogar över skarvmaterialet så att efterföljande strålar lättare svetsa igenom skarvarna, vilket möjliggör snabbare svetsning. Vid dubbelstrålesvetsning med negativ rotationsvinkel (den främre strålen verkar på svetsen och den bakre strålen verkar på den tjocka plåten) har de två strålarna exakt motsatt effekt. Den förra strålen smälter skarven, och den senare strålen smälter den tjocka plåten för att fylla spalten. I detta fall krävs det att den främre strålen svetsar igenom den kalla plåten, och svetshastigheten är långsammare än med en positiv strålrotationsvinkel. Och på grund av förvärmningseffekten från den föregående strålen kommer den senare strålen att smälta mer tjockt plåtmaterial med samma effekt. I detta fall bör effekten hos den senare laserstrålen minskas på lämpligt sätt. Som jämförelse kan användning av en positiv strålrotationsvinkel på lämpligt sätt öka svetshastigheten, och användning av en negativ strålrotationsvinkel kan uppnå bättre spaltfyllning. Figur 6-36 visar inverkan av olika strålrotationsvinklar på svetsens tvärsnitt.
3.4 Dubbelstrålelasersvetsning av stora tjocka plåtar I takt med att lasereffektnivån och strålkvaliteten har förbättrats har lasersvetsning av stora tjocka plåtar blivit verklighet. Men eftersom högeffektslasrar är dyra och svetsning av stora tjocka plåtar i allmänhet kräver tillsatsmaterial finns det vissa begränsningar i den faktiska produktionen. Användningen av dubbelstrålelasersvetsteknik kan inte bara öka lasereffekten, utan också öka strålens effektiva uppvärmningsdiameter, öka förmågan att smälta tillsatsmaterial, stabilisera laserns nyckelhål, förbättra svetsstabiliteten och förbättra svetskvaliteten.
Publiceringstid: 29 april 2024
