A hagyományos hegesztési technológiához képest,lézeres hegesztéspáratlan előnyökkel rendelkezik a hegesztési pontosság, a hatékonyság, a megbízhatóság, az automatizálás és egyéb szempontok terén. Az elmúlt években gyorsan fejlődött az autóiparban, az energetikában, az elektronikában és más területeken, és a 21. század egyik legígéretesebb gyártási technológiájának tartják.
1. A kétgerendás rendszer áttekintéselézeres hegesztés
Dupla gerendáslézeres hegesztésoptikai módszerek alkalmazása ugyanazon lézer két különálló fénysugárra történő szétválasztására hegesztéshez, vagy két különböző típusú lézer kombinálása, például CO2 lézer, Nd:YAG lézer és nagy teljesítményű félvezető lézer. Mindegyik kombinálható. Javaslatok főként a lézerhegesztés összeszerelési pontossághoz való alkalmazkodóképességének megoldására, a hegesztési folyamat stabilitásának javítására és a hegesztés minőségének javítására irányultak. Dupla sugaraslézeres hegesztéskényelmesen és rugalmasan beállíthatja a hegesztési hőmérsékleti mezőt a nyalábenergia-arány, a nyalábtávolság és akár a két lézersugár energiaeloszlási mintázatának változtatásával, megváltoztatva a kulcslyuk létezési mintázatát és a folyékony fém áramlási mintázatát az olvadékmedencében. Szélesebb hegesztési eljárásválasztékot kínál. Nemcsak a nagy előnyeivel rendelkeziklézeres hegesztésbehatolás, gyorsaság és nagy pontosság, de alkalmas olyan anyagokhoz és kötésekhez is, amelyeket nehéz hegeszteni hagyományos hegesztési eljárással.lézeres hegesztés.
Két gerendáslézeres hegesztésElőször a kétsugaras lézer megvalósítási módjait tárgyaljuk. Az átfogó szakirodalom azt mutatja, hogy a kétsugaras hegesztés elérésének két fő módja van: az áteresztő fókuszálás és a visszaverődéses fókuszálás. Konkrétan az egyiket két lézer szögének és távolságának beállításával érik el fókuszáló tükrök és kollimáló tükrök segítségével. A másikat lézerforrás használatával, majd fényvisszaverő tükrök, áteresztő tükrök és ék alakú tükrök segítségével fókuszálva kettős sugarakat érnek el. Az első módszernek főként három formája van. Az első forma az, hogy két lézert optikai szálakon keresztül összekapcsolnak, és két különböző sugárra osztják fel ugyanazon kollimáló tükör és fókuszáló tükör alatt. A második az, hogy két lézer lézersugarakat bocsát ki a megfelelő hegesztőfejeken keresztül, és a hegesztőfejek térbeli helyzetének beállításával kettős sugár jön létre. A harmadik módszer az, hogy a lézersugarat először két tükrön, az 1-es és 2-es tükrön osztják fel, majd két fókuszáló tükörrel, a 3-as és a 4-essel fókuszálják. A két fókuszpont helyzete és távolsága a két fókuszáló tükör (3 és 4) szögének beállításával állítható. A második módszer egy szilárdtest lézer használata a fény felosztására kettős nyalábok létrehozásához, majd a szög és a távolság beállítása egy perspektív tükör és egy fókuszáló tükör segítségével. Az első sor utolsó két képe egy CO2 lézer spektroszkópiai rendszerét mutatja. A síktükröt egy ék alakú tükörrel helyettesítik, és a fókuszáló tükör elé helyezik, hogy felosszák a fényt, és kettős, párhuzamos nyalábot hozzanak létre.
Miután megértettük a kettős gerendák megvalósítását, röviden ismertessük a hegesztési elveket és módszereket. A kettős gerendábanlézeres hegesztésA folyamat során három gyakori gerendaelrendezés létezik, nevezetesen a soros elrendezés, a párhuzamos elrendezés és a hibrid elrendezés. szövet, azaz mind a hegesztési irányban, mind a hegesztési függőleges irányban van távolság. Amint az az ábra utolsó sorában látható, a soros hegesztési folyamat során különböző ponttávolságok alatt megjelenő kis lyukak és olvadékmedencék különböző alakja szerint tovább oszthatók egyetlen olvadékra. Három állapot létezik: medence, közös olvadékmedence és különálló olvadékmedence. Az egyetlen olvadékmedence és az elkülönített olvadékmedence jellemzői hasonlóak az egyetlen olvadékmedence jellemzőihez.lézeres hegesztés, ahogy a numerikus szimulációs ábra is mutatja. A különböző típusoknál eltérő folyamathatások jelentkeznek.
1. típus: Bizonyos ponttávolság mellett két nyaláb kulcslyuk alkot egy közös nagy kulcslyukat ugyanabban az olvadt medencében; az 1. típus esetében az egyik fénysugarat egy kis lyuk létrehozására használják, a másik fénysugarat pedig hegesztési hőkezelésre, ami hatékonyan javíthatja a magas széntartalmú acél és ötvözött acél szerkezeti tulajdonságait.
2. típus: Növeli a pontok közötti távolságot ugyanabban az olvadékmedencében, a két nyalábot két független kulcslyukba választja szét, és megváltoztatja az olvadékmedence áramlási mintázatát; a 2. típus esetében a funkciója két elektronsugaras hegesztéssel egyenértékű, csökkenti a hegesztési fröccsenést és a szabálytalan hegesztéseket a megfelelő fókusztávolságon.
3. típus: A két nyaláb közötti ponttávolság további növelése és az energiaarány megváltoztatása oly módon, hogy az egyik nyalábot hőforrásként használják a hegesztés előtti vagy utáni feldolgozáshoz a hegesztési folyamat során, a másik nyalábot pedig kis lyukak létrehozására. A 3. típus esetében a tanulmány megállapította, hogy a két nyaláb kulcslyukat alkot, a kis lyuk nem könnyen összeomlik, és a hegesztésben nem könnyű pórusokat létrehozni.
2. A hegesztési eljárás hatása a hegesztés minőségére
A soros nyaláb-energia arány hatása a hegesztési varrat kialakulására
Amikor a lézerteljesítmény 2 kW, a hegesztési sebesség 45 mm/s, a defókuszálás mértéke 0 mm, a nyalábtávolság pedig 3 mm, a hegesztési felület alakja az RS változása esetén (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) az ábrán látható módon alakul ki. Amikor RS = 0,50 és 2,00, a hegesztés jobban behorpad, és a hegesztés szélén több fröccsenés látható, szabályos pikkelymintázat nélkül. Ez azért van, mert amikor a nyalábenergia-arány túl kicsi vagy túl nagy, a lézerenergia túl koncentrált, ami a lézer tűlyukának súlyosabb oszcillációját okozza a hegesztési folyamat során, és a gőz visszarúgási nyomása az olvadt fém kilökődését és fröccsenését okozza az olvadt medencében; a túlzott hőbevitel túl nagy olvadt medence behatolási mélységét okozza az alumíniumötvözet oldalán, ami a gravitáció hatására süllyedést okoz. Amikor RS=0,67 és 1,50, a hegesztési felületen egyenletes a halpikkelymintázat, a hegesztési varrat alakja szebb, és nincsenek látható hegesztési repedések, pórusok és egyéb hegesztési hibák a hegesztési felületen. A különböző sugárenergia-viszonyú RS hegesztési varratok keresztmetszeti alakja az ábrán látható. A hegesztési varratok keresztmetszete tipikus „borospohár alakú”, ami azt jelzi, hogy a hegesztési folyamatot lézeres mélypenetrációs hegesztési módban végzik. Az RS fontos hatással van a hegesztési varrat P2 behatolási mélységére az alumíniumötvözet oldalán. Amikor a sugárenergia-viszony RS=0,5, a P2 értéke 1203,2 mikron. Amikor a sugárenergia-viszony RS=0,67 és 1,5, a P2 jelentősen csökken, ami 403,3 mikron, illetve 93,6 mikron értéket ad. Amikor a sugárenergia-viszony RS=2, a varrat keresztmetszetének hegesztési behatolási mélysége 1151,6 mikron.
A párhuzamos nyaláb-energia arány hatása a hegesztési varrat kialakulására
Amikor a lézerteljesítmény 2,8 kW, a hegesztési sebesség 33 mm/s, a defókuszálás mértéke 0 mm, a nyalábtávolság pedig 1 mm, a hegesztési felületet a nyalábenergia-arány változtatásával kapjuk meg (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). A megjelenést az ábra mutatja. Amikor RS = 2, a hegesztési varrat felületén lévő pikkelyminta viszonylag egyenetlen. A másik öt különböző nyalábenergia-arány által kapott hegesztési varrat felülete jól kialakított, és nincsenek látható hibák, például pórusok és fröccsenések. Ezért a soros kétnyalábos...lézeres hegesztésA párhuzamos kettős sugarak használatával a hegesztési felület egyenletesebb és szebb. RS=0,25 esetén enyhe bemélyedés alakul ki a hegesztési varratban; a sugárenergia-arány fokozatos növekedésével (RS=0,5, 0,67 és 1,5) a hegesztési varrat felülete egyenletes, és nem alakul ki bemélyedés; azonban a sugárenergia-arány további növekedésével (RS=1,50, 2,00) a hegesztési varrat felületén bemélyedések maradnak. RS=0,25, 1,5 és 2 esetén a hegesztési varrat keresztmetszeti alakja „borospohár alakú”; RS=0,50, 0,67 és 1 esetén a hegesztési varrat keresztmetszeti alakja „tölcsér alakú”. RS=4 esetén nemcsak repedések keletkeznek a hegesztési varrat alján, hanem pórusok is keletkeznek a hegesztési varrat középső és alsó részén. RS=2 esetén nagy technológiai pórusok jelennek meg a hegesztési varrat belsejében, de repedések nem jelennek meg. Amikor RS=0,5, 0,67 és 1,5, a hegesztés P2 behatolási mélysége az alumíniumötvözet oldalán kisebb, a hegesztés keresztmetszete jól kialakított, és nem képződnek nyilvánvaló hegesztési hibák. Ezek azt mutatják, hogy a párhuzamos kétsugaras lézerhegesztés során a nyalábenergia-aránynak is fontos hatása van a hegesztés behatolására és a hegesztési hibákra.
Párhuzamos gerenda – a gerendatávolság hatása a hegesztési varrat kialakulására
Amikor a lézerteljesítmény 2,8 kW, a hegesztési sebesség 33 mm/s, a defókuszálás mértéke 0 mm, és a nyalábenergia-arány RS = 0,67, akkor a nyalábtávolság változtatásával (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) a képen látható hegesztési felület morfológiáját kapjuk. Amikor d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, a hegesztési felület sima és lapos, a forma szép; a hegesztési varrat pikkelymintázata szabályos és szép, és nincsenek látható pórusok, repedések és egyéb hibák. Ezért a négy nyalábtávolság mellett a hegesztési felület jól kialakított. Ezenkívül, amikor d = 2 mm, két különböző hegesztés alakul ki, ami azt mutatja, hogy a két párhuzamos lézersugár már nem hat az olvadékfürdőre, és nem tud hatékony kétnyalábos lézeres hibrid hegesztést létrehozni. Amikor a nyalábtávolság 0,5 mm, a hegesztés „tölcsér alakú”, az alumíniumötvözet oldalán a hegesztés P2 behatolási mélysége 712,9 mikron, és a hegesztés belsejében nincsenek repedések, pórusok vagy egyéb hibák. A nyalábtávolság további növekedésével az alumíniumötvözet oldalán a hegesztés P2 behatolási mélysége jelentősen csökken. Amikor a nyalábtávolság 1 mm, az alumíniumötvözet oldalán a hegesztés behatolási mélysége mindössze 94,2 mikron. A nyalábtávolság további növekedésével a hegesztés nem alakít ki hatékony behatolást az alumíniumötvözet oldalán. Ezért 0,5 mm-es nyalábtávolság esetén a kétnyalábos rekombinációs hatás a legjobb. A nyalábtávolság növekedésével a hegesztési hőbevitel meredeken csökken, és a kétnyalábos lézer rekombinációs hatása fokozatosan romlik.
A hegesztési varrat morfológiájának különbségét az olvadékfürdő eltérő áramlása és hűlési/szilárdulási folyamata okozza. A numerikus szimulációs módszer nemcsak az olvadékfürdő feszültségelemzését teszi intuitívabbá, hanem a kísérleti költségeket is csökkentheti. Az alábbi kép az oldalsó olvadékfürdő változásait mutatja egyetlen sugár, különböző elrendezések és ponttávolságok esetén. A főbb következtetések a következők: (1) Az egysugaras hegesztés soránlézeres hegesztésA folyamat során az olvadékmedence lyukának mélysége a legnagyobb, a lyuk összeomlásának jelensége figyelhető meg, a lyukfal egyenetlen, és az áramlási tér eloszlása a lyukfal közelében egyenetlen; az olvadékmedence hátsó felülete közelében az újraáramlás erős, és az olvadékmedence alján felfelé irányuló újraáramlás van; a felszíni olvadékmedence áramlási tér eloszlása viszonylag egyenletes és lassú, és az olvadékmedence szélessége egyenetlen a mélység irányában. A fal visszarúgási nyomása zavart okoz az olvadékmedence kis lyukai között a kettős gerendában.lézeres hegesztés, és mindig létezik a kis lyukak mélységi irányában. Ahogy a két nyaláb közötti távolság tovább növekszik, a nyaláb energiasűrűsége fokozatosan átalakul az egyetlen csúcsból a kettős csúcs állapotba. A két csúcs között van egy minimális érték, és az energiasűrűség fokozatosan csökken. (2) Két nyaláb eseténlézeres hegesztés, amikor a folttávolság 0-0,5 mm, az olvadékfürdő kis lyukainak mélysége kissé csökken, és az olvadékfürdő áramlási viselkedése összességében hasonló az egysugaras forrasztáshozlézeres hegesztés; amikor a ponttávolság meghaladja az 1 mm-t, a kis lyukak teljesen elkülönülnek egymástól, és a hegesztési folyamat során szinte nincs kölcsönhatás a két lézer között, ami két egymást követő/két párhuzamos, 1750 W teljesítményű, egysugaras lézerhegesztéssel egyenértékű. Szinte nincs előmelegítő hatás, és az olvadékfürdő áramlási viselkedése hasonló az egysugaras lézerhegesztéshez. (3) Amikor a ponttávolság 0,5-1 mm, a kis lyukak falfelülete laposabb a két elrendezésben, a kis lyukak mélysége fokozatosan csökken, és az aljuk fokozatosan elválik. A kis lyukak és a felszíni olvadékfürdő áramlása közötti zavar 0,8 mm-nél van. A legerősebb. Sorozathegesztésnél az olvadékfürdő hossza fokozatosan növekszik, a szélessége 0,8 mm-es ponttávolságnál a legnagyobb, és az előmelegítő hatás 0,8 mm-es ponttávolságnál a legnyilvánvalóbb. A Marangoni-erő hatása fokozatosan gyengül, és több fémfolyadék áramlik az olvadékfürdő mindkét oldalára. Az olvadék szélességének eloszlása egyenletesebbé válik. Párhuzamos hegesztés esetén az olvadékfürdő szélessége fokozatosan növekszik, és a hossza maximum 0,8 mm, de nincs előmelegítő hatás; a Marangoni-erő okozta visszafolyás a felület közelében mindig fennáll, és a kis lyuk alján lefelé irányuló visszafolyás fokozatosan eltűnik; a keresztmetszeti áramlási mező nem olyan jó, mint sorozatban erős, a zavar alig befolyásolja az áramlást az olvadékfürdő mindkét oldalán, és az olvadék szélessége egyenetlenül oszlik el.
Közzététel ideje: 2023. október 12.
