A kétsugaras hegesztési módszert elsősorban az alkalmazkodóképesség megoldására javasoljuklézeres hegesztésaz összeszerelési pontosság, a hegesztési folyamat stabilitásának javítása és a hegesztés minőségének javítása, különösen vékonylemez- és alumíniumötvözet-hegesztés esetén. A duplasugaras lézeres hegesztés optikai módszerekkel oszthatja szét ugyanazt a lézert két különálló fénysugárra hegesztéshez. Két különböző típusú lézert is használhat a kombináláshoz: CO2 lézert, Nd:YAG lézert és nagy teljesítményű félvezető lézert. kombinálható. A nyaláb energiájának, a nyalábtávolságnak, sőt a két gerenda energiaeloszlási mintájának változtatásával a hegesztési hőmérsékletmező kényelmesen és rugalmasan állítható, megváltoztatva a lyukak létezési mintáját és a folyékony fém áramlási mintáját az olvadt medencében. , jobb megoldást nyújtva a hegesztési folyamathoz. A széles választéknak nincs párja az egysugaras lézerhegesztéssel. Nemcsak a nagy lézerhegesztési behatolás, a nagy sebesség és a nagy pontosság előnyei, hanem kiválóan alkalmazkodik a hagyományos lézerhegesztéssel nehezen hegeszthető anyagokhoz és kötésekhez.
A kétsugaras hegesztés két lézersugár egyidejű használatát jelenti a hegesztési folyamat során. A sugár elrendezése, a sugártávolság, a két nyaláb közötti szög, a fókuszpozíció és a két sugár energiaviszonya mind releváns beállítások a kettős lézeres hegesztésnél. paraméter. A hegesztési folyamat során általában kétféleképpen lehet a kettős gerendákat elhelyezni. Amint az ábrán látható, az egyik a hegesztési irány mentén sorba van elrendezve. Ez az elrendezés csökkentheti az olvadt medence hűtési sebességét. Csökkenti a hegesztési varrat edzhetőségi hajlamát és a pórusok képződését. A másik az, hogy a varrat mindkét oldalán egymás mellé vagy keresztben helyezze el őket, hogy javítsa a hegesztési hézaghoz való alkalmazkodást.
Kétsugaras lézerhegesztés elve
A kétsugaras hegesztés két lézersugár egyidejű használatát jelenti a hegesztési folyamat során. A sugár elrendezése, a sugártávolság, a két nyaláb közötti szög, a fókuszpozíció és a két sugár energiaviszonya mind releváns beállítások a kettős lézeres hegesztésnél. paraméter. A hegesztési folyamat során általában kétféleképpen lehet a kettős gerendákat elhelyezni. Amint az ábrán látható, az egyik a hegesztési irány mentén sorba van elrendezve. Ez az elrendezés csökkentheti az olvadt medence hűtési sebességét. Csökkenti a hegesztési varrat edzhetőségi hajlamát és a pórusok képződését. A másik az, hogy a varrat mindkét oldalán egymás mellé vagy keresztben helyezze el őket, hogy javítsa a hegesztési hézaghoz való alkalmazkodást.
A tandem elrendezésű kétsugaras lézeres hegesztőrendszerhez három különböző hegesztési mechanizmus létezik az első és a hátsó gerenda távolságától függően, amint az az alábbi ábrán látható.
1. Az első típusú hegesztőszerkezetben a két fénysugár közötti távolság viszonylag nagy. Az egyik fénysugár nagyobb energiasűrűséggel rendelkezik, és a munkadarab felületére fókuszál, hogy kulcslyukakat hozzon létre a hegesztésben; a másik fénysugár kisebb energiasűrűségű. Csak hőforrásként használható elő- vagy hegesztés utáni hőkezeléshez. Ezzel a hegesztőmechanizmussal a hegesztőmedence hűtési sebessége egy bizonyos tartományon belül szabályozható, ami előnyös bizonyos nagy repedésérzékenységű anyagok, például magas széntartalmú acél, ötvözött acél stb. hegesztésénél, és javíthatja a szívósságot is. a hegesztésről.
2. A második típusú hegesztőszerkezetben a két fénysugár közötti fókusztávolság viszonylag kicsi. A két fénysugár két független kulcslyukat hoz létre egy hegesztőmedencében, ami megváltoztatja a folyékony fém áramlási mintáját, és segít megelőzni a beszorulást. Kiküszöbölheti az olyan hibákat, mint az élek és a hegesztési varrat kidudorodása, és javíthatja a hegesztési varrat kialakulását.
3. A harmadik típusú hegesztőszerkezetben a két fénysugár közötti távolság nagyon kicsi. Ekkor a két fénysugár ugyanazt a kulcslyukat hoz létre a hegesztőmedencében. Az egysugaras lézerhegesztéshez képest, mivel a kulcslyuk mérete megnő, és nem könnyű bezárni, a hegesztési folyamat stabilabb és a gáz könnyebben kiürül, ami előnyös a pórusok és a fröcskölés csökkentésében, valamint a folyamatos, egyenletes és gyönyörű varratok.
A hegesztési folyamat során a két lézersugár egymáshoz képest bizonyos szögben is elkészíthető. A hegesztőmechanizmus hasonló a párhuzamos kétsugaras hegesztőmechanizmushoz. A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy két nagy teljesítményű, egymással 30°-os szöget bezáró, 1–2 mm-es távolságú OO használatával a lézersugár tölcsér alakú kulcslyukat kaphat. A kulcslyuk mérete nagyobb és stabilabb, ami hatékonyan javíthatja a hegesztés minőségét. A gyakorlati alkalmazásokban a két fénysugár kölcsönös kombinációja a különböző hegesztési feltételeknek megfelelően változtatható, hogy különböző hegesztési folyamatokat érjünk el.
6. A kétsugaras lézerhegesztés megvalósítási módja
A kettős sugárnyaláb gyűjtése két különböző lézersugár kombinálásával érhető el, vagy egy lézersugár két lézersugárra osztható fel hegesztéshez optikai spektrometriai rendszer segítségével. Egy fénysugarat két párhuzamos, különböző teljesítményű lézersugárra lehet osztani spektroszkóppal vagy valamilyen speciális optikai rendszerrel. A képen két sematikus diagram látható a fényfelosztási elvekről, amelyek fókuszáló tükröket használnak sugárosztóként.
Emellett egy reflektor sugárosztóként is használható, az optikai út utolsó reflektora pedig sugárosztóként. Ezt a típusú reflektort tető típusú reflektornak is nevezik. Fényvisszaverő felülete nem sík felület, hanem két síkból áll. A két fényvisszaverő felület metszésvonala a tükörfelület közepén helyezkedik el, tetőgerinchez hasonlóan, az ábrán látható módon. Párhuzamos fénysugár világít a spektroszkópon, két síktól eltérő szögben verődik vissza, két fénysugarat képezve, és a fókuszáló tükör különböző helyzeteiben világít. Fókuszálás után két fénysugarat kapunk bizonyos távolságban a munkadarab felületén. A két visszaverő felület közötti szög és a tető helyzetének változtatásával különböző fókusztávolságú és elrendezésű, osztott fénysugarak érhetők el.
Ha két különböző típusúlézersugarak to kettős gerendát alkot, sok kombináció létezik. A fő hegesztési munkákhoz jó minőségű, Gauss-féle energiaeloszlású CO2 lézer, a hőkezelési munkákat pedig téglalap alakú energiaeloszlású félvezető lézerrel lehet segíteni. Egyrészt ez a kombináció gazdaságosabb. Másrészt a két fénysugár teljesítménye egymástól függetlenül állítható. Különböző kötésformákhoz a lézer és a félvezető lézer átfedési helyzetének beállításával állítható hőmérsékleti mezőt lehet elérni, ami nagyon alkalmas hegesztésre. Folyamatvezérlés. Ezen kívül a YAG lézer és a CO2 lézer is kombinálható dupla sugárrá hegesztéshez, folyamatos lézer és impulzuslézer kombinálható hegesztéshez, valamint a fókuszált sugár és a defókuszált sugár is kombinálható hegesztéshez.
7. A kétsugaras lézerhegesztés elve
3.1 Horganyzott lemezek kétsugaras lézerhegesztése
A horganyzott acéllemez a leggyakrabban használt anyag az autóiparban. Az acél olvadáspontja 1500°C körül van, míg a cink forráspontja csak 906°C. Ezért a fúziós hegesztési módszer alkalmazásakor általában nagy mennyiségű cinkgőz képződik, ami a hegesztési folyamatot instabillá teszi. , pórusokat képezve a hegesztésben. Átlapolt illesztéseknél a horganyzott réteg elpárolgása nemcsak a felső és az alsó felületen, hanem a csatlakozási felületen is előfordul. A hegesztési folyamat során egyes területeken a cinkgőz gyorsan kilép az olvadt medence felületéből, máshol viszont nehezen távozik a cinkgőz az olvadt medencéből. A medence felületén a hegesztés minősége nagyon instabil.
A kétsugaras lézerhegesztés megoldhatja a cinkgőz okozta hegesztési minőségi problémákat. Az egyik módszer az olvadt medence létezési idejének és hűtési sebességének szabályozása a két sugár energiájának ésszerű összehangolásával, hogy megkönnyítse a cinkgőz távozását; a másik módszer a cinkgőz felszabadítása előlyukasztással vagy hornyolással. A 6-31. ábrán látható módon CO2 lézert használnak a hegesztéshez. A YAG lézer a CO2 lézer előtt található, és lyukak fúrására vagy hornyok vágására szolgál. Az előre megmunkált lyukak vagy hornyok menekülési utat biztosítanak a későbbi hegesztés során keletkező cinkgőz számára, megakadályozva, hogy az olvadt medencében maradjon és hibákat képezzen.
3.2 Alumíniumötvözet kétsugaras lézerhegesztése
Az alumíniumötvözet anyagok speciális teljesítményjellemzői miatt a következő nehézségek merülnek fel a lézerhegesztés alkalmazása során [39]: az alumíniumötvözet lézerelnyelési sebessége alacsony, a CO2 lézersugár felületének kezdeti visszaverő képessége meghaladja a 90%-ot; alumíniumötvözet lézeres hegesztési varratok könnyen előállíthatók Porozitás, repedések; ötvözetelemek égése hegesztés közben stb. Egyszeri lézeres hegesztés esetén nehéz kialakítani a kulcslyukat és fenntartani a stabilitást. A kétsugaras lézerhegesztés növelheti a kulcslyuk méretét, megnehezítve a kulcslyuk bezárását, ami előnyös a gázkisülés szempontjából. Csökkentheti a hűtési sebességet és csökkentheti a pórusok és hegesztési repedések előfordulását. Mivel a hegesztési folyamat stabilabb és a fröcskölés mennyisége is csökken, az alumíniumötvözetek kettős sugaras hegesztésével kapott varratfelületi forma is lényegesen jobb, mint az egysugaras hegesztésé. A 6-32. ábra a 3 mm vastag alumíniumötvözet tompahegesztés hegesztési varratának megjelenését mutatja CO2 egysugaras lézerrel és kétsugaras lézeres hegesztéssel.
A kutatások azt mutatják, hogy 2 mm vastag, 5000-es sorozatú alumíniumötvözet hegesztésekor, amikor a két gerenda távolsága 0,6-1,0 mm, a hegesztési folyamat viszonylag stabil, és a kulcslyuk nyílása nagyobb, ami elősegíti a magnézium elpárolgását és kijutását. a hegesztési folyamat. Ha a két gerenda távolsága túl kicsi, akkor egyetlen gerenda hegesztési folyamata nem lesz stabil. Ha a távolság túl nagy, az befolyásolja a hegesztési behatolást, amint az a 6-33. ábrán látható. Emellett a két gerenda energiaaránya is nagy hatással van a hegesztés minőségére. Ha a két 0,9 mm-es távolságra lévő gerendát hegesztéshez sorba állítjuk, akkor az előző gerenda energiáját megfelelően növelni kell, hogy az előtte és utána lévő két gerenda energiaaránya 1:1-nél nagyobb legyen. Hasznos a hegesztési varrat minőségének javítása, az olvadási terület növelése, és még mindig sima és szép hegesztési varrat érhető el, ha nagy a hegesztési sebesség.
3.3 Egyenlőtlen vastagságú lemezek duplasugaras hegesztése
Az ipari termelésben gyakran szükség van két vagy több különböző vastagságú és alakú fémlemez hegesztésére, hogy összeillesztett lemezt képezzenek. Különösen az autógyártásban kezd egyre elterjedtebbé válni a méretre hegesztett nyersdarabok alkalmazása. Különböző specifikációjú, felületi bevonatú vagy tulajdonságú lemezek hegesztésével növelhető a szilárdság, csökkenthető a kellékanyagok mennyisége és a minőség. A panelhegesztésnél általában különböző vastagságú lemezek lézeres hegesztését alkalmazzák. Jelentős probléma, hogy a hegesztendő lemezeket nagy pontosságú élekkel kell előformázni, és biztosítani kell a nagy pontosságú összeszerelést. Az egyenlőtlen vastagságú lemezek duplasugaras hegesztése alkalmazkodik a lemezrések, a tompakötések, a relatív vastagság és a lemezanyagok különböző változásaihoz. Nagyobb él- és hézagtűréssel rendelkező lemezeket tud hegeszteni, és javítja a hegesztési sebességet és a hegesztési minőséget.
Az egyenlőtlen vastagságú lemezek Shuangguangdong-féle hegesztésének fő folyamatparaméterei hegesztési paraméterekre és lemezparaméterekre oszthatók, amint az az ábrán látható. A hegesztési paraméterek közé tartozik a két lézersugár teljesítménye, a hegesztési sebesség, a fókusz helyzete, a hegesztőfej szöge, a duplasugaras tompakötés sugárforgási szöge és a hegesztési eltolás stb. stb. A két lézersugár teljesítménye külön-külön állítható a különböző hegesztési céloknak megfelelően. A fókuszpozíció általában a vékony lemez felületén helyezkedik el a stabil és hatékony hegesztési folyamat elérése érdekében. A hegesztőfej szögét általában 6 körülire választják. Ha a két lemez vastagsága viszonylag nagy, akkor pozitív hegesztőfejszöget lehet alkalmazni, vagyis a lézert a vékony lemez felé döntik, ahogy az a képen is látható; Ha a lemezvastagság viszonylag kicsi, akkor negatív hegesztőfejszöget lehet használni. A hegesztési eltolás a lézerfókusz és a vastag lemez széle közötti távolság. A hegesztési eltolás beállításával csökkenthető a hegesztési horpadás mértéke és jó varratkeresztmetszet érhető el.
Nagy hézagú lemezek hegesztésekor a sugárfűtési átmérő növelhető a kettős sugárszög elforgatásával, hogy jó hézagkitöltő képességet érjen el. A hegesztési varrat tetejének szélességét a két lézersugár effektív sugárátmérője, azaz a sugár elfordulási szöge határozza meg. Minél nagyobb az elforgatási szög, annál szélesebb a kettős gerenda fűtési tartománya, és annál nagyobb a hegesztési varrat felső része. A két lézersugár eltérő szerepet játszik a hegesztési folyamatban. Az egyiket főként a varratba való behatolásra, míg a másikat elsősorban a vastag lemezanyag olvasztására használják a rés kitöltésére. A 6-35. ábrán látható módon pozitív sugárforgási szög mellett (az elülső gerenda a vastag lemezre, a hátsó gerenda a hegesztésre hat) az elülső gerenda a vastag lemezre esik, hogy felmelegítse és megolvasztja az anyagot, ill. a következő A lézersugár penetrációt hoz létre. Az elülső első lézersugár csak részben tudja megolvasztani a vastag lemezt, de nagyban hozzájárul a hegesztési folyamathoz, mert nem csak a vastag lemez oldalát olvasztja meg a jobb hézagkitöltés érdekében, hanem előcsatlakoztatja a hézaganyagot, így a következő gerendák Könnyebb a kötéseken keresztül hegeszteni, ami gyorsabb hegesztést tesz lehetővé. A negatív elfordulási szögű duplasugaras hegesztésnél (az első gerenda a hegesztésre, a hátsó gerenda pedig a vastag lemezre hat) a két gerenda pontosan ellentétes hatást fejt ki. Az előbbi gerenda megolvasztja az illesztést, az utóbbi pedig a vastag lemezt olvasztja meg, hogy kitöltse azt. rés. Ebben az esetben az elülső gerendának át kell hegesztenie a hideglemezt, és a hegesztési sebesség lassabb, mint pozitív sugárelfordulási szög esetén. És az előző gerenda előmelegítő hatása miatt az utóbbi gerenda több vastag lemezanyagot fog olvasztani azonos teljesítmény mellett. Ebben az esetben az utóbbi lézersugár teljesítményét megfelelően csökkenteni kell. Összehasonlításképpen, pozitív sugárelfordulási szög használatával megfelelően növelhető a hegesztési sebesség, negatív sugárforgási szöggel pedig jobb hézagkitöltés érhető el. A 6-36. ábra a különböző nyalábelfordulási szögek hatását mutatja a varrat keresztmetszetére.
3.4 Nagy vastag lemezek duplasugaras lézerhegesztése A lézerteljesítmény és a sugárminőség javulásával valósággá vált a nagy vastag lemezek lézerhegesztése. Mivel azonban a nagy teljesítményű lézerek drágák, és a nagy vastag lemezek hegesztéséhez általában töltőfémre van szükség, a tényleges gyártásnak vannak bizonyos korlátai. A kétsugaras lézeres hegesztési technológia használata nemcsak a lézerteljesítményt növelheti, hanem növelheti a sugárnyaláb effektív fűtési átmérőjét, növelheti a töltőhuzal megolvasztásának képességét, stabilizálja a lézeres kulcslyukat, javítja a hegesztési stabilitást és javítja a hegesztési minőséget.
Feladás időpontja: 2024.04.29
