U poređenju sa tradicionalnom tehnologijom zavarivanja,lasersko zavarivanjeima neusporedive prednosti u tačnosti zavarivanja, efikasnosti, pouzdanosti, automatizaciji i drugim aspektima. Posljednjih godina se brzo razvija u oblastima automobila, energetike, elektronike i drugim oblastima, te se smatra jednom od najperspektivnijih proizvodnih tehnologija u 21. vijeku.
1. Pregled dvostruke gredelasersko zavarivanje
Dvostruka gredalasersko zavarivanjeje korištenje optičkih metoda za odvajanje istog lasera u dva odvojena snopa svjetlosti za zavarivanje ili korištenje dvije različite vrste lasera za kombinovanje, kao što su CO2 laser, Nd:YAG laser i poluprovodnički laser velike snage. Svi se mogu kombinovati. Predloženo je uglavnom kako bi se riješila prilagodljivost laserskog zavarivanja tačnosti montaže, poboljšala stabilnost procesa zavarivanja i poboljšao kvalitet zavara. Dvostruki snoplasersko zavarivanjeMože praktično i fleksibilno podesiti temperaturno polje zavarivanja promjenom odnosa energije snopa, razmaka između snopa, pa čak i obrasca raspodjele energije dva laserska snopa, mijenjajući obrazac postojanja ključaonice i obrazac toka tekućeg metala u rastopljenom bazenu. Pruža širi izbor procesa zavarivanja. Ne samo da ima prednosti velikoglasersko zavarivanjeprodiranje, velika brzina i visoka preciznost, ali je također pogodan za materijale i spojeve koje je teško zavariti konvencionalnim metodama.lasersko zavarivanje.
Za dvostruku gredulasersko zavarivanjePrvo ćemo razmotriti metode implementacije dvostrukog laserskog snopa. Sveobuhvatna literatura pokazuje da postoje dva glavna načina za postizanje dvostrukog snopa zavarivanja: fokusiranje transmisijom i fokusiranje refleksijom. Konkretno, jedan se postiže podešavanjem ugla i razmaka dva lasera putem fokusirajućih ogledala i kolimirajućih ogledala. Drugi se postiže korištenjem laserskog izvora, a zatim fokusiranjem putem reflektirajućih ogledala, transmisivnih ogledala i klinastih ogledala kako bi se postigli dvostruki snopovi. Za prvu metodu postoje uglavnom tri oblika. Prvi oblik je spajanje dva lasera putem optičkih vlakana i njihovo dijeljenje u dva različita snopa pod istim kolimirajućim ogledalom i fokusirajućim ogledalom. Drugi je da dva lasera emituju laserske snopove 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 podijeli kroz dva ogledala 1 i 2, a zatim fokusira pomoću dva fokusirajuća ogledala 3 i 4 respektivno. Položaj i udaljenost između dvije žarišne tačke mogu se podesiti podešavanjem uglova dvaju fokusnih ogledala 3 i 4. Druga metoda je korištenje lasera u čvrstom stanju za dijeljenje svjetlosti radi postizanja dvostrukih snopova, te podešavanje ugla i razmaka pomoću perspektivnog ogledala i fokusnog ogledala. Posljednje dvije slike u prvom redu ispod prikazuju spektroskopski sistem CO2 lasera. Ravno ogledalo je zamijenjeno klinastim ogledalom i postavljeno ispred fokusnog ogledala kako bi se svjetlost podijelila i postigla paralelna svjetlost sa dva snopa.
Nakon što smo razumjeli implementaciju dvostrukih greda, ukratko ćemo predstaviti principe i metode zavarivanja. Kod dvostruke gredelasersko zavarivanjeU procesu zavarivanja postoje tri uobičajena rasporeda snopa, i to 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 posljednjem redu slike, prema različitim oblicima malih rupa i rastopljenih bazena koji se pojavljuju pod različitim razmakom tačaka tokom serijskog procesa zavarivanja, oni se dalje mogu podijeliti na pojedinačne rastopljene bazene. Postoje tri stanja: bazen, zajednički rastopljeni bazen i odvojeni rastopljeni bazen. Karakteristike pojedinačnog rastopljenog bazena i odvojenog rastopljenog bazena slične su karakteristikama pojedinačnog rastopljenog bazena.lasersko zavarivanje, kao što je prikazano na dijagramu numeričke simulacije. Postoje različiti procesni efekti za različite tipove.
Tip 1: Pod određenim razmakom tačaka, dva otvora za snop svjetlosti formiraju zajednički veliki otvor u istoj rastopljenoj kupki; za tip 1 se navodi da se jedan snop svjetlosti koristi za stvaranje malog otvora, a drugi snop svjetlosti se koristi za termičku obradu zavarivanja, što može efikasno poboljšati strukturna svojstva visokougljičnog čelika i legiranog čelika.
Tip 2: Povećanje razmaka između tačaka u istoj rastopljenoj kupki, odvajanje dva snopa u dva nezavisna otvora i promjena obrasca toka rastopljene kupke; za tip 2, njegova funkcija je ekvivalentna zavarivanju sa dva elektronska snopa, smanjuje prskanje zavara i nepravilne zavare pri odgovarajućoj žižnoj daljini.
Tip 3: Dodatno povećati razmak između tačaka i promijeniti odnos energije dva snopa, tako da se jedan od dva snopa koristi kao izvor toplote za izvođenje obrade prije ili poslije zavarivanja tokom procesa zavarivanja, a drugi snop se koristi za generisanje malih rupa. Za tip 3, studija je otkrila da dva snopa formiraju ključaonicu, mala rupa se ne urušava lako, a zavar se ne može lako proizvesti za pore.
2. Utjecaj procesa zavarivanja na kvalitetu zavarivanja
Utjecaj serijskog odnosa energije snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2kW, brzina zavarivanja 45 mm/s, vrijednost defokusiranja 0 mm, a razmak snopa 3 mm, oblik površine zavara pri promjeni RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) je kao što je prikazano na slici. Kada je RS=0,50 i 2,00, zavar je u većoj mjeri udubljen i ima više prskanja na rubu zavara, bez formiranja pravilnih uzoraka riblje krljušti. To je zato što kada je omjer energije snopa premalen ili prevelik, laserska energija je previše koncentrirana, što uzrokuje ozbiljnije osciliranje laserske rupice tokom procesa zavarivanja, a pritisak trzaja pare uzrokuje izbacivanje i prskanje rastopljenog metala u rastopljeni bazen; Prekomjerni unos topline uzrokuje preveliku dubinu prodiranja rastopljenog bazena na strani aluminijske legure, što uzrokuje udubljenje pod djelovanjem gravitacije. Kada je RS=0,67 i 1,50, uzorak riblje krljušti na površini zavara je ujednačen, oblik zavara je ljepši i nema vidljivih vrućih pukotina, pora i drugih nedostataka zavara na površini zavara. Oblici poprečnog presjeka zavara s različitim omjerima energije snopa RS prikazani su na slici. Poprečni presjek zavara je u tipičnom obliku "vinske čaše", što ukazuje na to da se proces zavarivanja izvodi u režimu laserskog dubokog prodiranja. RS ima važan utjecaj na dubinu prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure. Kada je omjer energije snopa RS=0,5, P2 je 1203,2 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=0,67 i 1,5, P2 je značajno smanjen, a iznosi 403,3 mikrona odnosno 93,6 mikrona. Kada je omjer energije snopa RS=2, dubina prodiranja zavara poprečnog presjeka spoja je 1151,6 mikrona.
Utjecaj odnosa energije paralelnog snopa na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8 kW, brzina zavarivanja 33 mm/s, vrijednost defokusiranja 0 mm i razmak snopa 1 mm, površina zavara se dobija promjenom odnosa energije snopa (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Izgled je prikazan na slici. Kada je RS=2, uzorak riblje krljušti na površini zavara je relativno nepravilan. Površina zavara dobijena ostalih pet različitih odnosa energije snopa je dobro formirana i nema vidljivih nedostataka poput pora i prskanja. Stoga, u poređenju sa serijskim dvostrukim snopom...lasersko zavarivanje, površina zavara korištenjem paralelnih dvostrukih snopova je ujednačenija i ljepša. Kada je RS=0,25, postoji blago udubljenje u zavaru; kako se odnos energije snopa postepeno povećava (RS=0,5, 0,67 i 1,5), površina zavara je ujednačena i ne formira se udubljenje; međutim, kada se odnos energije snopa dalje povećava (RS=1,50, 2,00), ali postoje udubljenja na površini zavara. Kada je odnos energije snopa RS=0,25, 1,5 i 2, oblik poprečnog presjeka zavara je "u obliku vinske čaše"; kada je RS=0,50, 0,67 i 1, oblik poprečnog presjeka zavara je "lijevkastog oblika". Kada je RS=4, ne samo da se pukotine stvaraju na dnu zavara, već se stvaraju i neke pore u srednjem i donjem dijelu zavara. Kada je RS=2, velike procesne pore se pojavljuju unutar zavara, ali se ne pojavljuju pukotine. Kada je RS=0,5, 0,67 i 1,5, dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure je manja, a poprečni presjek zavara je dobro oblikovan i ne stvaraju se očigledni defekti zavarivanja. Ovo pokazuje da odnos energije snopa tokom paralelnog dvostrukog laserskog zavarivanja također ima važan utjecaj na prodiranje zavara i defekte zavarivanja.
Paralelna greda – uticaj razmaka između greda na formiranje zavarenog šava
Kada je snaga lasera 2,8 kW, brzina zavarivanja 33 mm/s, vrijednost defokusiranja 0 mm i omjer energije snopa RS = 0,67, promijenite razmak snopa (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) da biste dobili morfologiju površine zavara kao što je prikazano na slici. Kada je d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, površina zavara je glatka i ravna, a oblik lijep; uzorak riblje krljušti na zavaru je pravilan i lijep, i nema vidljivih pora, pukotina i drugih nedostataka. Stoga, pod uvjetima razmaka između 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 hibridno zavarivanje s dva snopa lasera. Kada je razmak između snopova 0,5 mm, zavar je "lijevkastog oblika", dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure je 712,9 mikrona, i nema pukotina, pora i drugih defekata unutar zavara. Kako se razmak između snopova nastavlja povećavati, dubina prodiranja P2 zavara na strani aluminijske legure značajno se smanjuje. Kada je razmak između snopova 1 mm, dubina prodiranja zavara na strani aluminijske legure je samo 94,2 mikrona. Kako se razmak između snopova dalje povećava, zavar ne formira efektivno prodiranje na strani aluminijske legure. Stoga, kada je razmak između snopova 0,5 mm, efekat rekombinacije dvostrukog snopa je najbolji. Kako se razmak između snopova povećava, unos topline zavarivanja naglo se smanjuje, a efekat laserske rekombinacije dvostrukog snopa postepeno se pogoršava.
Razlika u morfologiji zavara uzrokovana je različitim protokom i hlađenjem i skrućivanjem rastopljenog bazena tokom procesa zavarivanja. Metoda numeričke simulacije ne samo da može učiniti analizu napona rastopljenog bazena intuitivnijom, već i smanjiti eksperimentalne troškove. Slika ispod prikazuje promjene u bočnom rastopljenom bazenu s jednom gredom, različitim rasporedima i razmakom tačaka. Glavni zaključci uključuju: (1) Tokom zavarivanja jednom gredomlasersko zavarivanjeU tom procesu, dubina rupe rastopljenog bazena je najveća, postoji fenomen urušavanja rupe, zid rupe je nepravilan, a raspodjela polja strujanja u blizini zida rupe je neujednačena; blizu stražnje površine rastopljenog bazena ponovno strujanje je snažno, a na dnu rastopljenog bazena postoji ponovno strujanje prema gore; raspodjela polja strujanja površinskog rastopljenog bazena je relativno ujednačena i spora, a širina rastopljenog bazena je neujednačena duž smjera dubine. Postoje poremećaji uzrokovani pritiskom trzanja zida u rastopljenom bazenu između malih rupa u dvostrukoj gredi.lasersko zavarivanje, i uvijek postoji duž smjera dubine malih rupa. Kako se udaljenost između dva snopa nastavlja povećavati, gustoća energije snopa postepeno prelazi iz stanja jednog vrha u stanje dvostrukog vrha. Između dva vrha postoji minimalna vrijednost, a gustoća energije postepeno se smanjuje. (2) Za dvostruki snoplasersko zavarivanje, kada je razmak između tačaka 0-0,5 mm, dubina malih rupica u rastopljenom bazenu se neznatno smanjuje, a ukupno ponašanje toka u rastopljenom bazenu slično je onome kod jednostrukog snopalasersko zavarivanje; kada je razmak između tačaka veći od 1 mm, male rupe su potpuno razdvojene i tokom procesa zavarivanja gotovo da nema interakcije između dva lasera, što je ekvivalentno dvama uzastopnim/dva paralelna laserska zavarivanja jednim snopom snage 1750 W. Gotovo da nema efekta predgrijavanja, a ponašanje toka rastopljenog bazena slično je onome kod laserskog zavarivanja jednim snopom. (3) Kada je razmak između tačaka 0,5-1 mm, površina zida malih rupa je ravnija u oba rasporeda, dubina malih rupa se postepeno smanjuje, a dno se postepeno odvaja. Poremećaj između malih rupa i toka površinskog rastopljenog bazena je na 0,8 mm. Najjači je. Kod serijskog zavarivanja, dužina rastopljenog bazena postepeno se 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 Marangonijeve sile postepeno slabi i više metalne tečnosti teče na obje strane rastopljenog bazena. Raspodjelu širine rastopljenog bazena čini ravnomjernijom. Kod paralelnog zavarivanja, širina rastopljenog bazena se postepeno povećava, a dužina je maksimalna na 0,8 mm, ali nema efekta predgrijavanja; ponovno topljenje blizu površine uzrokovano Marangonijevom silom uvijek postoji, a ponovno topljenje prema dolje na dnu malog otvora postepeno nestaje; polje poprečnog presjeka toka nije tako dobro kao u seriji. Jako je, poremećaj teško utječe na tok s obje strane rastopljenog bazena, a širina rastopljenog sloja je neravnomjerno raspoređena.
Vrijeme objave: 12. oktobar 2023.
