U poređenju sa tradicionalnom tehnologijom zavarivanja,lasersko zavarivanjeima neuporedive prednosti u tačnosti zavarivanja, efikasnosti, pouzdanosti, automatizaciji i drugim aspektima. Poslednjih godina se brzo razvija u oblastima automobila, energetike, elektronike i drugim oblastima, i smatra se jednom od najperspektivnijih proizvodnih tehnologija u 21. veku.
1. Pregled dvostrukih gredalasersko zavarivanje
Dvostruka gredalasersko zavarivanjeje korištenje optičkih metoda za razdvajanje istog lasera u dva odvojena snopa svjetlosti za zavarivanje, ili korištenje dvije različite vrste lasera za kombiniranje, kao što su CO2 laser, Nd: YAG laser i poluvodički laser velike snage. Sve se može kombinovati. Predloženo je uglavnom da bi se riješila prilagodljivost laserskog zavarivanja na preciznost montaže, poboljšala stabilnost procesa zavarivanja i poboljšala kvaliteta zavara. Dvostruka gredalasersko zavarivanjemože praktično i fleksibilno podesiti temperaturno polje zavarivanja promjenom omjera energije zraka, razmaka snopa, pa čak i uzorka raspodjele energije dva laserska snopa, mijenjajući obrazac postojanja ključaonice i obrazac protoka tekućeg metala u rastopljenom bazenu. Pruža širi izbor procesa zavarivanja. Ne samo da ima prednosti velikihlasersko zavarivanjepenetracija, velika brzina i visoka preciznost, ali je također pogodan za materijale i spojeve koje je teško zavariti konvencionalnimlasersko zavarivanje.
Za dvostruke gredelasersko zavarivanje, prvo razmatramo metode implementacije lasera sa dvostrukim snopom. Opsežna literatura pokazuje da postoje dva glavna načina za postizanje zavarivanja sa dvostrukim snopom: fokusiranje transmisije i fokusiranje refleksije. Konkretno, jedan se postiže podešavanjem ugla i razmaka dva lasera kroz ogledala za fokusiranje i kolimirajuća ogledala. Drugi se postiže korištenjem laserskog izvora, a zatim fokusiranjem kroz reflektirajuća ogledala, transmisivna ogledala i ogledala u obliku klina kako bi se postigli dvostruki snopovi. Za prvu metodu uglavnom postoje tri oblika. Prvi oblik je spojiti dva lasera kroz optička vlakna i podijeliti ih u dva različita snopa ispod istog kolimirajućeg ogledala i ogledala za fokusiranje. Drugi je da dva lasera izlaze laserske zrake kroz svoje odgovarajuće glave za zavarivanje, a dvostruki snop se formira podešavanjem prostornog položaja glava za zavarivanje. Treća metoda je da se laserski snop prvo razdvoji kroz dva ogledala 1 i 2, a zatim fokusira pomoću dva ogledala za fokusiranje 3 i 4. Položaj i udaljenost između dvije žarišne točke mogu se podesiti podešavanjem uglova dva zrcala za fokusiranje 3 i 4. Druga metoda je korištenje lasera u čvrstom stanju za podjelu svjetlosti kako bi se postigli dvostruki snopovi, te podešavanje ugla i razmak kroz perspektivno ogledalo i ogledalo za fokusiranje. Posljednje dvije slike u prvom redu ispod prikazuju spektroskopski sistem CO2 lasera. Ravno ogledalo je zamenjeno ogledalom u obliku klina i postavljeno ispred ogledala za fokusiranje kako bi se svetlost podelila kako bi se postiglo paralelno svetlo sa dvostrukim snopom.
Nakon razumijevanja implementacije dvostrukih greda, ukratko predstavimo principe i metode zavarivanja. U dvostrukoj gredilasersko zavarivanjeU procesu, postoje tri uobičajena rasporeda zraka, odnosno serijski raspored, paralelni raspored i hibridni raspored. tkanina, odnosno postoji razmak i u smjeru zavarivanja i u vertikalnom smjeru zavarivanja. Kao što je prikazano u zadnjem redu slike, prema različitim oblicima malih rupa i rastopljenih bazena koji se pojavljuju pod različitim razmacima tačaka tokom procesa serijskog zavarivanja, oni se mogu dalje podijeliti na pojedinačne taline. Postoje tri stanja: bazen, zajednički rastopljeni bazen i odvojeni otopljeni bazen. Karakteristike pojedinačnog rastopljenog bazena i odvojenog rastopljenog bazena slične su karakteristikama pojedinačnihlasersko zavarivanje, kao što je prikazano na dijagramu numeričke simulacije. Postoje različiti efekti procesa za različite tipove.
Tip 1: Pod određenim razmakom tačaka, dvije ključaonice čine zajedničku veliku ključaonicu u istom taljenom bazenu; za tip 1, prijavljeno je da se jedan snop svjetlosti koristi za stvaranje male rupe, a drugi snop svjetlosti se koristi za toplinsku obradu zavarivanja, što može učinkovito poboljšati strukturna svojstva čelika s visokim udjelom ugljika i legiranog čelika.
Tip 2: Povećajte razmak tačaka u istom taljenom bazenu, razdvojite dvije grede u dvije nezavisne ključaonice i promijenite obrazac protoka rastopljenog bazena; za tip 2, njegova funkcija je ekvivalentna zavarivanju sa dva elektrona. Smanjuje prskanje zavara i nepravilne zavare na odgovarajućoj žižnoj daljini.
Tip 3: Dalje povećajte razmak između tačaka i promijenite omjer energije dva snopa, tako da se jedan od dva snopa koristi kao izvor topline za obavljanje obrade prije ili nakon zavarivanja tokom procesa zavarivanja, a drugi snop koristi se za stvaranje malih rupa. Za tip 3, studija je otkrila da dvije grede formiraju ključaonicu, malu rupu nije lako srušiti, a zavar nije lako stvoriti pore.
2. Uticaj procesa zavarivanja na kvalitet zavarivanja
Utjecaj omjera serijskog snopa i energije na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2kW, brzina zavarivanja je 45 mm/s, količina defokusa je 0 mm, a razmak snopa 3 mm, oblik površine vara pri promeni RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) je kao prikazano na slici. Kada su RS=0,50 i 2,00, šav je u većoj mjeri udubljen, a više prskanja na ivici vara, bez formiranja pravilnih šara riblje ljuske. To je zato što kada je omjer energije zraka premali ili prevelik, energija lasera je previše koncentrirana, što uzrokuje ozbiljnije osciliranje laserske rupe tokom procesa zavarivanja, a povratni pritisak pare uzrokuje izbacivanje i prskanje otopljenog bazenski metal u rastopljenom bazenu; Prekomjeran unos topline uzrokuje da dubina prodiranja rastopljenog bazena na strani legure aluminija bude prevelika, uzrokujući depresiju pod djelovanjem gravitacije. Kada su RS=0,67 i 1,50, šara riblje ljuske na površini vara je ujednačena, oblik šava je ljepši, a na površini vara nema vidljivih vrućih pukotina, pora i drugih oštećenja zavarivanja. Oblici poprečnog presjeka zavarenih spojeva s različitim omjerima energije zraka RS prikazani su na slici. Poprečni presjek zavarenih spojeva je tipičnog oblika „čaše za vino“, što ukazuje da se proces zavarivanja izvodi u laserskom načinu zavarivanja dubokog prodiranja. RS ima važan utjecaj na dubinu prodiranja P2 šava na strani legure aluminija. Kada je omjer energije zraka RS=0,5, P2 je 1203,2 mikrona. Kada je omjer energije zraka RS=0,67 i 1,5, P2 je značajno smanjen, koji su 403,3 mikrona i 93,6 mikrona respektivno. Kada je omjer energije snopa RS=2, dubina prodiranja šava poprečnog presjeka spoja je 1151,6 mikrona.
Utjecaj odnosa paralelnog snopa i energije na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8kW, brzina zavarivanja je 33mm/s, količina defokusa je 0mm, a razmak snopa je 1mm, površina zavara se dobija promenom omjera energije zraka (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Izgled je prikazan na slici. Kada je RS=2, uzorak riblje ljuske na površini vara je relativno nepravilan. Površina šava dobijena pomoću ostalih pet različitih omjera energije zraka je dobro oblikovana i nema vidljivih nedostataka kao što su pore i prskanje. Stoga, u poređenju sa serijskim dvostrukim snopomlasersko zavarivanje, površina zavara pomoću paralelnih dvostrukih greda je ujednačenija i ljepša. Kada je RS=0,25, postoji blago udubljenje u zavaru; kako se omjer energije snopa postepeno povećava (RS=0,5, 0,67 i 1,5), površina šava je ujednačena i ne stvara se udubljenje; međutim, kada se omjer energije zraka dalje povećava (RS=1,50, 2,00), ali na površini šava postoje udubljenja. Kada je omjer energije zraka RS=0,25, 1,5 i 2, oblik poprečnog presjeka šava je „u obliku čaše za vino“; kada je RS=0,50, 0,67 i 1, oblik poprečnog presjeka šava je “lijevkast”. Kada je RS=4, ne samo da se pukotine stvaraju na dnu šava, već se stvaraju i neke pore u srednjem i donjem dijelu šava. Kada je RS=2, unutar vara se pojavljuju velike procesne pore, ali se ne pojavljuju pukotine. Kada su RS=0,5, 0,67 i 1,5, dubina prodiranja P2 šava na strani legure aluminija je manja, a poprečni presjek šava je dobro oblikovan i ne stvaraju se očigledni defekti zavarivanja. Oni pokazuju da omjer energije snopa tokom paralelnog laserskog zavarivanja sa dvostrukim snopom također ima važan utjecaj na prodor šava i defekte zavarivanja.
Paralelna greda – efekat razmaka snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8kW, brzina zavarivanja je 33mm/s, količina defokusa je 0mm, a omjer energije zraka RS=0,67, promijenite razmak snopa (d=0,5mm, 1mm, 1,5mm, 2mm) da biste dobili morfologija površine zavara kao što je prikazano na slici. Kada je d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, površina vara je glatka i ravna, a oblik je lijep; uzorak riblje ljuske vara je pravilan i lijep i nema vidljivih pora, pukotina i drugih nedostataka. Dakle, pod uslovima razmaka četiri snopa, površina zavara je dobro oblikovana. Osim toga, kada je d=2 mm, formiraju se dva različita zavara, što pokazuje da dva paralelna laserska snopa više ne djeluju na rastopljeni bazen i ne mogu formirati efikasno dvostruko lasersko hibridno zavarivanje. Kada je razmak snopa 0,5 mm, šav je „lijevkastog oblika“, dubina prodiranja P2 šava na strani legure aluminijuma je 712,9 mikrona, a unutar vara nema pukotina, pora i drugih defekata. Kako se razmak snopa nastavlja povećavati, dubina prodiranja P2 šava na strani legure aluminija značajno se smanjuje. Kada je razmak snopa 1 mm, dubina prodiranja šava na strani legure aluminijuma je samo 94,2 mikrona. Kako se razmak snopa dalje povećava, šav ne stvara efektivnu penetraciju na strani legure aluminijuma. Stoga, kada je razmak snopa 0,5 mm, efekat rekombinacije dvostrukog snopa je najbolji. Kako se razmak snopa povećava, unos topline zavarivanja naglo opada, a efekat rekombinacije lasera s dva zraka postepeno postaje gori.
Razlika u morfologiji šava uzrokovana je različitim protokom i očvršćavanjem rastopljenog bazena tokom procesa zavarivanja. Metoda numeričke simulacije ne samo da može učiniti analizu naprezanja rastopljenog bazena intuitivnijom, već i smanjiti troškove eksperimenta. Slika ispod prikazuje promjene u bočnom bazenu taline sa jednom gredom, različitim rasporedima i razmakom tačaka. Glavni zaključci uključuju: (1) Tokom jednosnopalasersko zavarivanjeproces, dubina rupe rastopljenog bazena je najdublja, postoji fenomen kolapsa rupe, zid rupe je nepravilan, a raspodjela polja protoka u blizini zida rupe je neujednačena; blizu stražnje površine rastopljenog bazena Reflow je jak, a na dnu otopljenog bazena postoji povratni protok prema gore; distribucija polja protoka površinskog rastopljenog bazena je relativno ujednačena i spora, a širina rastopljenog bazena je neujednačena duž pravca dubine. Dolazi do poremećaja uzrokovanog povratnim tlakom zida u rastopljenom bazenu između malih rupa u dvostrukoj gredilasersko zavarivanje, i uvijek postoji duž smjera dubine malih rupa. Kako rastojanje između dva snopa nastavlja da raste, gustoća energije zraka postepeno prelazi iz jednog vrha u stanje dvostrukog vrha. Između dva vrha postoji minimalna vrijednost, a gustoća energije se postepeno smanjuje. (2) Za dvostruku gredulasersko zavarivanje, kada je razmak između tačaka 0-0,5 mm, dubina malih rupa u rastopljenom bazenu blago se smanjuje, a ukupno ponašanje toka rastopljenog bazena je slično onom kod jednostrukih snopalasersko zavarivanje; kada je razmak između tačaka veći od 1 mm, male rupe su potpuno odvojene, a tokom procesa zavarivanja Gotovo da nema interakcije između dva lasera, što je ekvivalentno dva uzastopna/dva paralelna jednosmjerna laserska zavarivanja snage 1750W. Gotovo da nema efekta predgrijavanja, a ponašanje toka rastopljenog bazena slično je onom kod laserskog zavarivanja sa jednim snopom. (3) Kada je razmak između tačaka 0,5-1 mm, površina zida malih rupa je ravnija u dva rasporeda, dubina malih rupa postepeno se smanjuje, a dno se postepeno odvaja. Poremećaj između malih rupa i protoka površinskog rastopljenog bazena je 0,8 mm. Najjači. Za serijsko zavarivanje, dužina taljenog bazena se postepeno povećava, širina je najveća kada je razmak između tačaka 0,8 mm, a efekat predgrijavanja je najočitiji kada je razmak između tačaka 0,8 mm. Efekat Marangoni sile postepeno slabi i više metalne tečnosti teče na obe strane rastopljenog bazena. Učinite distribuciju širine taline ujednačenijom. Za paralelno zavarivanje širina rastopljenog bazena se postepeno povećava, a dužina je maksimalna na 0,8 mm, ali nema efekta predgrijavanja; povratni tok blizu površine uzrokovan Marangonijevom silom uvijek postoji, a povratni tok na dnu male rupe postepeno nestaje; polje strujanja poprečnog presjeka nije tako dobro kao što je snažno u seriji, poremećaj gotovo ne utiče na protok na obje strane rastopljenog bazena, a širina rastaljenog je neravnomjerno raspoređena.
Vrijeme objave: 12.10.2023
