A hagyományos hegesztési technológiához képestlézeres hegesztéspáratlan előnyökkel rendelkezik a hegesztési pontosság, hatékonyság, megbízhatóság, automatizálás és egyéb szempontok tekintetében. Az elmúlt években gyorsan fejlődött az autóipar, az energia, az elektronika és más területeken, és a 21. század egyik legígéretesebb gyártási technológiájaként tartják számon.
1. A kettős gerenda áttekintéselézeres hegesztés
Dupla gerendalézeres hegesztésoptikai módszerekkel osztja szét ugyanazt a lézert két különálló fénysugárra hegesztéshez, vagy két különböző típusú lézer kombinációját használja, mint például a CO2 lézer, az Nd: YAG lézer és a nagy teljesítményű félvezető lézer. Mindegyik kombinálható. Elsősorban a lézeres hegesztés összeszerelési pontossághoz való alkalmazkodóképességének megoldására, a hegesztési folyamat stabilitásának javítására és a hegesztés minőségének javítására javasolták. Kettős gerendalézeres hegesztéskényelmesen és rugalmasan beállíthatja a hegesztési hőmérsékleti mezőt a sugárnyaláb energiaarányának, a sugártávolságnak, sőt a két lézersugár energiaeloszlási mintájának megváltoztatásával, megváltoztatva a kulcslyuk létezési mintáját és a folyékony fém áramlási mintáját az olvadt medencében. A hegesztési eljárások szélesebb választékát kínálja. Nemcsak a nagy előnyei vannaklézeres hegesztésbehatolás, nagy sebesség és nagy pontosság, de olyan anyagokhoz és kötésekhez is alkalmas, amelyek hagyományos hegesztéssel nehezen hegeszthetőklézeres hegesztés.
Dupla gerendáhozlézeres hegesztés, először a kétsugaras lézer megvalósítási módjait tárgyaljuk. Átfogó szakirodalom azt mutatja, hogy a kétsugaras hegesztés megvalósításának két fő módja van: transzmissziós fókuszálás és reflexiós fókuszálás. Pontosabban, az egyiket két lézer szögének és távolságának beállításával érik el fókuszáló tükrök és kollimáló tükrök segítségével. A másikat lézerforrás használatával érik el, majd visszaverő tükrökön, áteresztő tükrökön és ék alakú tükrökön keresztül fókuszálva kettős sugarat érnek el. Az első módszernek főként három formája van. Az első megoldás két lézer összekapcsolása optikai szálakon keresztül, és két különböző sugárnyalábra osztása ugyanazon kollimáló tükör és fókuszáló tükör alatt. A második az, hogy két lézer bocsát ki lézersugarat a megfelelő hegesztőfejükön keresztül, és kettős sugár jön létre a hegesztőfejek térbeli helyzetének beállításával. A harmadik módszer az, hogy a lézersugarat először két 1 és 2 tükörön osztják szét, majd két 3 és 4 fókuszáló tükörrel fókuszálják. A két fókuszpont helyzete és távolsága beállítható a két fókuszáló tükör 3 és 4 szögének beállításával. A második módszer az, hogy szilárdtest lézerrel osztják meg a fényt a kettős sugár eléréséhez, és állítják be a szöget, ill. távolságot egy perspektivikus tükörön és egy fókuszáló tükörön keresztül. A lenti első sor utolsó két képén egy CO2 lézer spektroszkópiai rendszere látható. A lapos tükröt egy ék alakú tükör váltja fel, és a fókuszáló tükör elé helyezzük, hogy megosszuk a fényt, így kettős sugarú párhuzamos fényt érünk el.
A kettős gerendák megvalósításának megértése után röviden bemutatjuk a hegesztési elveket és módszereket. A kettős gerendábanlézeres hegesztésA folyamat során három általános sugárelrendezés létezik, nevezetesen a soros elrendezés, a párhuzamos elrendezés és a hibrid elrendezés. szövet, vagyis van távolság mind a hegesztési irányban, mind a hegesztési függőleges irányban. Ahogy az ábra utolsó sorában is látható, a soros hegesztés során különböző folttávolság alatt megjelenő kis lyukak és olvadékmedencék különböző formái szerint tovább oszthatók egyes olvadékokra. Három állapot létezik: medence, közös olvadt medence és elkülönített olvadt medence. Az egyetlen olvadt medence és az elválasztott olvadt medence jellemzői hasonlóak az egyetlen olvadékmedencéhezlézeres hegesztés, ahogy a numerikus szimulációs diagram is mutatja. A különböző típusokhoz különböző folyamathatások léteznek.
1. típus: Egy bizonyos ponttávolság alatt két gerenda kulcslyuk egy közös nagy kulcslyukat képez ugyanabban az olvadt medencében; Az 1-es típusnál a jelentések szerint az egyik fénysugarat egy kis lyuk létrehozására, a másik fénysugarat pedig hegesztési hőkezelésre használják, ami hatékonyan javíthatja a magas széntartalmú acél és az ötvözött acél szerkezeti tulajdonságait.
2. típus: Növelje meg a foltok távolságát ugyanabban az olvadékmedencében, válassza szét a két gerendát két független kulcslyukba, és változtassa meg az olvadékmedence áramlási mintáját; a 2-es típusnál funkciója egyenértékű két elektronsugaras hegesztéssel, Csökkenti a hegesztési fröcskölést és a szabálytalan varratokat a megfelelő fókusztávolság mellett.
3. típus: Növelje tovább a ponttávolságot és változtassa meg a két gerenda energiaarányát úgy, hogy a két gerenda közül az egyik hőforrás legyen a hegesztési folyamat során elő- vagy utóhegesztési feldolgozáshoz, a másik gerenda pedig kis lyukak létrehozására szolgál. A 3-as típus esetében a tanulmány megállapította, hogy a két gerenda kulcslyukat képez, a kis lyukat nem könnyű becsukni, és a hegesztésből nem könnyű pórusokat létrehozni.
2. A hegesztési folyamat hatása a hegesztés minőségére
A soros sugár-energia arány hatása a hegesztési varrat kialakulására
Amikor a lézer teljesítménye 2 kW, a hegesztési sebesség 45 mm/s, a defókuszálás mértéke 0 mm, a sugártávolság pedig 3 mm, a hegesztési felület alakja RS váltáskor (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) ábrán látható. Ha RS=0,50 és 2,00, a varrat nagyobb mértékben horpadt be, és több fröcskölés jelenik meg a varrat szélén anélkül, hogy szabályos halpikkely-mintázat alakulna ki. Ennek az az oka, hogy ha a sugárnyaláb energiaaránya túl kicsi vagy túl nagy, a lézerenergia túl koncentrált, ami a lézer tűlyukának komolyabb oszcillációját okozza a hegesztési folyamat során, és a gőz visszacsapó nyomása az olvadék kilökődését és kifröccsenését okozza. medencefém az olvadt medencében; A túlzott hőbevitel miatt az olvadt medence behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán túl nagy, ami a gravitáció hatására süllyedést okoz. Ha RS=0,67 és 1,50, akkor a hegesztési felületen egyenletes a halpikkelymintázat, szebb a varrat alakja, és nincsenek látható hegesztési forró repedések, pórusok és egyéb hegesztési hibák a varrat felületén. A különböző RS nyalábenergia-arányú hegesztési varratok keresztmetszeti alakja az ábrán látható. A hegesztési varratok keresztmetszete tipikus „borospohár alakú”, jelezve, hogy a hegesztési folyamat lézeres mélybehatolásos hegesztési módban történik. Az RS fontos hatással van a hegesztési varrat P2 behatolási mélységére az alumíniumötvözet oldalon. Ha a nyaláb energia aránya RS=0,5, akkor P2 1203,2 mikron. Ha a nyaláb energiaaránya RS=0,67 és 1,5, a P2 jelentősen csökken, ami 403,3 mikron, illetve 93,6 mikron. Ha a gerenda energiaaránya RS=2, a varrat behatolási mélysége a varrat keresztmetszetében 1151,6 mikron.
A párhuzamos sugár-energia arány hatása a hegesztési varrat kialakulására
Ha a lézer teljesítménye 2,8 kW, a hegesztési sebesség 33 mm/s, a defókuszálás mértéke 0 mm, a sugártávolság pedig 1 mm, a hegesztési felületet a sugár energiaarányának változtatásával kapjuk meg (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) A megjelenés az ábrán látható. Ha RS=2, akkor a hegesztési varrat felületén a halpikkelymintázat viszonylag szabálytalan. A másik öt különböző sugárenergia-aránnyal kapott hegesztési varrat felülete jól kialakított, és nincsenek látható hibák, például pórusok és fröcskölés. Ezért a soros kétsugarashoz képestlézeres hegesztés, a párhuzamos kétgerendás hegesztési felület egyenletesebb és szebb. Ha RS=0,25, a varratban enyhe bemélyedés van; a nyaláb energiaarányának fokozatos növekedésével (RS=0,5, 0,67 és 1,5) a varrat felülete egyenletes és nem képződik bemélyedés; ha azonban a nyaláb energiaaránya tovább nő (RS=1,50, 2,00), de a varrat felületén bemélyedések vannak. Ha a nyaláb energiaaránya RS=0,25, 1,5 és 2, a hegesztési varrat keresztmetszete „borospohár alakú”; ha RS=0,50, 0,67 és 1, a hegesztési varrat keresztmetszeti alakja „tölcsér alakú”. Ha RS=4, akkor nem csak repedések keletkeznek a varrat alján, hanem néhány pórus is keletkezik a varrat középső és alsó részén. Ha RS=2, a varrat belsejében nagy folyamatpórusok jelennek meg, de repedések nem jelennek meg. Ha RS=0,5, 0,67 és 1,5, akkor a hegesztési varrat P2 behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán kisebb, a varrat keresztmetszete jól alakul, és nem képződnek nyilvánvaló hegesztési hibák. Ezek azt mutatják, hogy a párhuzamos kétsugaras lézerhegesztés során a nyaláb energiaaránya is jelentős hatással van a hegesztési áthatolásra és a hegesztési hibákra.
Párhuzamos gerenda – a gerendatávolság hatása a hegesztési varrat kialakulására
Ha a lézer teljesítménye 2,8 kW, a hegesztési sebesség 33 mm/s, a defókusz mértéke 0 mm és a sugárenergia aránya RS=0,67, változtassa meg a sugártávolságot (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) a kívánt érték eléréséhez. a hegesztési felület morfológiája a képen látható módon. Ha d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, a varrat felülete sima és lapos, az alakja pedig gyönyörű; a hegesztési varrat halpikkelymintája szabályos és szép, nincsenek rajta látható pórusok, repedések és egyéb hibák. Ezért a négy gerendatávolság mellett a hegesztési felület jól kialakított. Ezen túlmenően, ha d=2 mm, két különböző hegesztés jön létre, ami azt mutatja, hogy a két párhuzamos lézersugár már nem hat olvadt medencére, és nem tud hatékony kettős sugaras lézeres hibrid hegesztést kialakítani. 0,5 mm-es gerendatávolság esetén a varrat „tölcsér alakú”, a varrat P2 behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán 712,9 mikron, a varraton belül nincsenek repedések, pórusok és egyéb hibák. Ahogy a gerendatávolság tovább növekszik, a hegesztési varrat P2 behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán jelentősen csökken. Ha a gerendatávolság 1 mm, a hegesztési varrat behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán mindössze 94,2 mikron. A gerendatávolság további növekedésével a hegesztés nem képez hatékony behatolást az alumíniumötvözet oldalán. Ezért, ha a sugártávolság 0,5 mm, a kettős sugár rekombinációs hatás a legjobb. A sugártávolság növekedésével a hegesztési hőbevitel meredeken csökken, és a kétsugaras lézerrekombinációs hatás fokozatosan rosszabbodik.
A hegesztési varrat morfológiájának különbségét az olvadt medence eltérő áramlási és hűtési szilárdulása okozza a hegesztési folyamat során. A numerikus szimulációs módszer nemcsak intuitívabbá teheti az olvadt medence feszültségelemzését, hanem csökkenti a kísérleti költségeket is. Az alábbi képen az oldalsó olvadékmedence változásai láthatók egyetlen gerendával, különböző elrendezésekkel és ponttávolságokkal. A fő következtetések a következők: (1) Az egynyaláb alattlézeres hegesztésfolyamat során az olvadt medencelyuk mélysége a legmélyebb, a lyuk beomlás jelensége, a lyuk fala szabálytalan, és az áramlási tér eloszlása a lyuk fala közelében egyenetlen; az olvadékmedence hátsó felülete közelében A visszafolyás erős, és az olvadt medence alján felfelé áramlás van; a felszíni olvadékmedence áramlási téreloszlása viszonylag egyenletes és lassú, az olvadékmedence szélessége pedig egyenetlen a mélységirány mentén. A dupla gerenda kis lyukai között az olvadt medencében a fal visszacsapó nyomása okozza a zavartlézeres hegesztés, és mindig a kis lyukak mélységi iránya mentén létezik. Ahogy a két nyaláb közötti távolság tovább növekszik, a nyaláb energiasűrűsége fokozatosan átmegy egyetlen csúcsból kettős csúcs állapotba. A két csúcs között van egy minimális érték, és az energiasűrűség fokozatosan csökken. (2) Kettős gerendáhozlézeres hegesztés, ha a foltok távolsága 0-0,5 mm, az olvadt medence kis lyukainak mélysége kissé csökken, és az olvadt medence általános áramlási viselkedése hasonló az egysugaras medencékéhezlézeres hegesztés; ha a ponttávolság 1mm felett van, a kis lyukak teljesen elkülönülnek, és a hegesztési folyamat során szinte nincs kölcsönhatás a két lézer között, ami két egymás utáni/két párhuzamos egysugaras lézerhegesztésnek felel meg 1750W teljesítménnyel. Szinte nincs előmelegítő hatás, és az olvadt medence áramlási viselkedése hasonló az egysugaras lézerhegesztéséhez. (3) Ha a folttávolság 0,5-1 mm, a kis lyukak falfelülete a két elrendezésben laposabb, a kis lyukak mélysége fokozatosan csökken, az alja pedig fokozatosan elválik. A kis lyukak és a felszíni olvadékmedence áramlása közötti zavar 0,8 mm. A legerősebb. Soros hegesztésnél az olvadt medence hossza fokozatosan növekszik, a szélessége a legnagyobb, ha a ponttávolság 0,8 mm, és az előmelegítő hatás akkor a legnyilvánvalóbb, ha a ponttávolság 0,8 mm. A Marangoni-erő hatása fokozatosan gyengül, és több fémfolyadék áramlik az olvadt medence mindkét oldalára. Tegye egyenletesebbé az olvadékszélesség-eloszlást. Párhuzamos hegesztésnél az olvadt medence szélessége fokozatosan növekszik, és a hossza maximum 0,8 mm, de nincs előmelegítő hatás; a felszín közelében a Marangoni-erő okozta visszafolyás mindig fennáll, és a kis lyuk alján a lefelé irányuló visszaáramlás fokozatosan eltűnik; a keresztmetszeti áramlási mező nem olyan jó, mint Sorosan erős, a zavar alig befolyásolja az olvadékmedence mindkét oldalán az áramlást, és az olvadék szélessége egyenetlenül oszlik el.
Feladás időpontja: 2023.10.12
