Predlaže se metoda zavarivanja dvostrukim snopom, uglavnom za rješavanje prilagodljivostilasersko zavarivanjeza tačnost montaže, poboljšanje stabilnosti procesa zavarivanja i poboljšanje kvaliteta zavara, posebno kod zavarivanja tankih ploča i zavarivanja aluminijskih legura. Dvostruko lasersko zavarivanje može koristiti optičke metode za odvajanje istog lasera u dva odvojena snopa svjetlosti za zavarivanje. Također se mogu koristiti dvije različite vrste lasera za kombinovanje, CO2 laser, Nd:YAG laser i visokosnažni poluprovodnički laser. Promjenom energije snopa, razmaka snopa, pa čak i obrasca raspodjele energije dva snopa, temperaturno polje zavarivanja može se praktično i fleksibilno podesiti, mijenjajući obrazac postojanja rupa i obrazac toka tekućeg metala u rastopljenom bazenu, pružajući bolje rješenje za proces zavarivanja. Ogroman prostor izbora je neusporediv sa jednostrukim laserskim zavarivanjem. Ne samo da ima prednosti velike penetracije laserskog zavarivanja, velike brzine i visoke preciznosti, već ima i veliku prilagodljivost materijalima i spojevima koje je teško zavariti konvencionalnim laserskim zavarivanjem.
Principdvostruko lasersko zavarivanje
Zavarivanje dvostrukim snopom znači korištenje dva laserska snopa istovremeno tokom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, ugao između dva snopa, položaj fokusiranja i odnos energije dva snopa su sve relevantne postavke u parametrima zavarivanja dvostrukim snopom lasera. Normalno, tokom procesa zavarivanja, uglavnom postoje dva načina za raspored dvostrukih snopova. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen u seriju duž smjera zavarivanja. Ovaj raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastopljenog sloja. Smanjuje tendenciju prokaljivanja zavara i stvaranje pora. Drugi je da se rasporede jedan pored drugog ili poprečno sa obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarnom razmaku.
Princip dvostrukog laserskog zavarivanja
Zavarivanje dvostrukim snopom znači korištenje dva laserska snopa istovremeno tokom procesa zavarivanja. Raspored snopa, razmak snopa, ugao između dva snopa, položaj fokusiranja i odnos energije dva snopa su sve relevantne postavke u parametrima zavarivanja dvostrukim snopom lasera. Normalno, tokom procesa zavarivanja, uglavnom postoje dva načina za raspored dvostrukih snopova. Kao što je prikazano na slici, jedan je raspoređen u seriju duž smjera zavarivanja. Ovaj raspored može smanjiti brzinu hlađenja rastopljenog sloja. Smanjuje tendenciju prokaljivanja zavara i stvaranje pora. Drugi je da se rasporede jedan pored drugog ili poprečno sa obje strane zavara kako bi se poboljšala prilagodljivost zavarnom razmaku.
Za tandemski raspoređeni sistem laserskog zavarivanja sa dva snopa, postoje tri različita mehanizma zavarivanja u zavisnosti od udaljenosti između prednjeg i zadnjeg snopa, kao što je prikazano na slici ispod.
1. Kod prvog tipa mehanizma za zavarivanje, udaljenost između dva snopa svjetlosti je relativno velika. Jedan snop svjetlosti ima veću gustoću energije i fokusiran je na površinu obratka kako bi stvorio rupe u zavarivanju; drugi snop svjetlosti ima manju gustoću energije. Koristi se samo kao izvor topline za toplinsku obradu prije ili poslije zavarivanja. Korištenjem ovog mehanizma zavarivanja, brzina hlađenja zavarivačke kupke može se kontrolirati unutar određenog raspona, što je korisno za zavarivanje nekih materijala s visokom osjetljivošću na pukotine, kao što su visokougljični čelik, legirani čelik itd., a također može poboljšati žilavost zavara.
2. Kod drugog tipa mehanizma zavarivanja, fokusna udaljenost između dva svjetlosna snopa je relativno mala. Dva svjetlosna snopa stvaraju dva nezavisna otvora u zavarivačkoj kupki, što mijenja obrazac toka tekućeg metala i pomaže u sprječavanju zaglavljivanja. To može eliminirati pojavu defekata poput rubova i izbočina zavarenih zrna te poboljšati formiranje zavara.
3. Kod treće vrste mehanizma zavarivanja, udaljenost između dva snopa svjetlosti je vrlo mala. U ovom trenutku, dva snopa svjetlosti stvaraju istu ključaonicu u zavarivačkom bazenu. U poređenju sa zavarivanjem jednim laserskim snopom, budući da veličina ključaonice postaje veća i nije je lako zatvoriti, proces zavarivanja je stabilniji i plin se lakše ispušta, što je korisno za smanjenje pora i prskanja, te postizanje kontinuiranih, ujednačenih i lijepih zavara.
Tokom procesa zavarivanja, dva laserska snopa mogu biti postavljena pod određenim uglom jedan u odnosu na drugi. Mehanizam zavarivanja je sličan mehanizmu zavarivanja sa paralelnim dvostrukim snopom. Rezultati ispitivanja pokazuju da korištenjem dva OO velike snage sa uglom od 30° jedan u odnosu na drugi i rastojanjem od 1~2 mm, laserski snop može dobiti lijevkasti oblik ključaonice. Veličina ključaonice je veća i stabilnija, što može efikasno poboljšati kvalitet zavarivanja. U praktičnim primjenama, međusobna kombinacija dva snopa svjetlosti može se mijenjati u skladu sa različitim uslovima zavarivanja kako bi se postigli različiti procesi zavarivanja.
6. Metoda implementacije dvostrukog laserskog zavarivanja
Dobijanje dvostrukih snopova može se postići kombinovanjem dva različita laserska snopa ili se jedan laserski snop može podijeliti na dva laserska snopa za zavarivanje pomoću optičkog spektrometrijskog sistema. Za dijeljenje snopa svjetlosti na dva paralelna laserska snopa različitih snaga može se koristiti spektroskop ili neki poseban optički sistem. Slika prikazuje dva shematska dijagrama principa dijeljenja svjetlosti korištenjem fokusirajućih ogledala kao razdjelnika snopa.
Osim toga, reflektor se može koristiti i kao razdjelnik snopa, a posljednji reflektor u optičkom putu može se koristiti kao razdjelnik snopa. Ova vrsta reflektora naziva se i reflektor krovnog tipa. Njegova reflektirajuća površina nije ravna površina, već se sastoji od dvije ravni. Linija presjeka dvije reflektirajuće površine nalazi se u sredini površine ogledala, slično sljemenu krova, kao što je prikazano na slici. Snop paralelne svjetlosti sija na spektroskop, reflektira se od dvije ravni pod različitim uglovima formirajući dva snopa svjetlosti i sija na različitim položajima fokusirajućeg ogledala. Nakon fokusiranja, dobijaju se dva snopa svjetlosti na određenoj udaljenosti na površini obratka. Promjenom ugla između dvije reflektirajuće površine i položaja krova mogu se dobiti podijeljeni svjetlosni snopovi s različitim fokusnim udaljenostima i rasporedima.
Prilikom korištenja dvije različite vrstelaserski zraci to formiranju dvostrukog snopa, postoje mnoge kombinacije. Visokokvalitetni CO2 laser s Gaussovom raspodjelom energije može se koristiti za glavne radove zavarivanja, a poluprovodnički laser s pravokutnom raspodjelom energije može se koristiti kao pomoć u radovima termičke obrade. S jedne strane, ova kombinacija je ekonomičnija. S druge strane, snaga dva svjetlosna snopa može se podešavati nezavisno. Za različite oblike spojeva, podesivo temperaturno polje može se dobiti podešavanjem preklapajućeg položaja lasera i poluprovodničkog lasera, što je vrlo pogodno za zavarivanje. Kontrola procesa. Osim toga, YAG laser i CO2 laser se također mogu kombinirati u dvostruki snop za zavarivanje, kontinuirani laser i pulsni laser mogu se kombinirati za zavarivanje, a fokusirani snop i defokusirani snop također se mogu kombinirati za zavarivanje.
7. Princip dvostrukog laserskog zavarivanja
3.1 Dvostruko lasersko zavarivanje pocinčanih limova
Pocinčani čelični lim je najčešće korišteni materijal u automobilskoj industriji. Tačka topljenja čelika je oko 1500°C, dok je tačka ključanja cinka samo 906°C. Stoga se pri korištenju metode zavarivanja topljenjem obično stvara velika količina cinkove pare, što uzrokuje nestabilnost procesa zavarivanja, formirajući pore u zavaru. Kod preklopnih spojeva, isparavanje pocinčanog sloja ne događa se samo na gornjoj i donjoj površini, već se događa i na površini spoja. Tokom procesa zavarivanja, cinkova para se u nekim područjima brzo izbacuje iz površine rastopljenog bazena, dok je u drugim područjima cinkovoj pari teško izaći iz rastopljenog bazena. Na površini bazena, kvalitet zavarivanja je vrlo nestabilan.
Zavarivanje dvostrukim laserskim snopom može riješiti probleme s kvalitetom zavarivanja uzrokovane cinkovim parama. Jedna metoda je kontrola vremena postojanja i brzine hlađenja rastopljenog bazena razumnim usklađivanjem energije dva snopa kako bi se olakšao izlaz cinkove pare; druga metoda je oslobađanje cinkove pare prethodnim probijanjem ili žljebljenjem. Kao što je prikazano na slici 6-31, CO2 laser se koristi za zavarivanje. YAG laser se nalazi ispred CO2 lasera i koristi se za bušenje rupa ili rezanje žljebova. Prethodno obrađene rupe ili žljebovi pružaju put za izlaz cinkove pare nastale tokom naknadnog zavarivanja, sprječavajući da ostane u rastopljenom bazenu i stvori defekte.
3.2 Dvostruko lasersko zavarivanje aluminijske legure
Zbog posebnih karakteristika performansi materijala od aluminijskih legura, postoje sljedeće poteškoće pri korištenju laserskog zavarivanja [39]: aluminijska legura ima nisku stopu apsorpcije lasera, a početna reflektivnost površine CO2 laserskog snopa prelazi 90%; šavovi zavareni laserom od aluminijskih legura lako se stvaraju: poroznost, pukotine; elementi legure gore tokom zavarivanja itd. Prilikom korištenja jednostrukog laserskog zavarivanja, teško je uspostaviti ključaonicu i održati stabilnost. Dvostruko lasersko zavarivanje može povećati veličinu ključanice, što otežava zatvaranje ključanice, što je korisno za pražnjenje plina. Također može smanjiti brzinu hlađenja i smanjiti pojavu pora i pukotina pri zavarivanju. Budući da je proces zavarivanja stabilniji, a količina prskanja smanjena, oblik površine zavara dobiven dvostrukim laserskim zavarivanjem aluminijskih legura također je znatno bolji od onog kod jednostrukog laserskog zavarivanja. Slika 6-32 prikazuje izgled zavara sučeonog zavarivanja aluminijske legure debljine 3 mm korištenjem jednostrukog i dvostrukog laserskog zavarivanja CO2.
Istraživanja pokazuju da je pri zavarivanju legure aluminija serije 5000 debljine 2 mm, kada je udaljenost između dvije grede 0,6~1,0 mm, proces zavarivanja relativno stabilan, a formirani otvor ključaonice veći, što pogoduje isparavanju i izlasku magnezija tokom procesa zavarivanja. Ako je udaljenost između dvije grede premala, proces zavarivanja jedne grede neće biti stabilan. Ako je udaljenost prevelika, to će utjecati na prodiranje zavara, kao što je prikazano na slici 6-33. Osim toga, odnos energije dvije grede također ima veliki utjecaj na kvalitet zavarivanja. Kada su dvije grede s razmakom od 0,9 mm raspoređene u seriju za zavarivanje, energija prethodne grede treba se odgovarajuće povećati tako da odnos energije dvije grede prije i poslije bude veći od 1:1. Korisno je poboljšati kvalitet zavarenog šava, povećati površinu topljenja i dalje dobiti gladak i lijep zavareni šav kada je brzina zavarivanja velika.
3.3 Zavarivanje ploča nejednake debljine dvostrukim snopom
U industrijskoj proizvodnji često je potrebno zavariti dvije ili više metalnih ploča različitih debljina i oblika kako bi se formirala spojena ploča. Posebno u proizvodnji automobila, primjena zavarenih ploča po mjeri postaje sve raširenija. Zavarivanjem ploča s različitim specifikacijama, površinskim premazima ili svojstvima može se povećati čvrstoća, smanjiti potrošni materijal i smanjiti kvalitet. Lasersko zavarivanje ploča različitih debljina obično se koristi kod zavarivanja panela. Glavni problem je što ploče koje se zavaruju moraju biti prethodno oblikovane s visokopreciznim rubovima i osigurati visokopreciznu montažu. Upotreba dvostrukog zavarivanja ploča nejednake debljine može se prilagoditi različitim promjenama u razmacima ploča, sučeonim spojevima, relativnim debljinama i materijalima ploča. Može zavarivati ploče s većim tolerancijama rubova i razmaka te poboljšati brzinu zavarivanja i kvalitet zavara.
Glavni parametri procesa zavarivanja ploča nejednake debljine u Shuangguangdongu mogu se podijeliti na parametre zavarivanja i parametre ploče, kao što je prikazano na slici. Parametri zavarivanja uključuju snagu dva laserska snopa, brzinu zavarivanja, položaj fokusa, ugao glave za zavarivanje, ugao rotacije snopa dvostrukog čeonog spoja i pomak zavarivanja itd. Parametri ploče uključuju veličinu materijala, performanse, uslove obrezivanja, razmake ploče itd. Snaga dva laserska snopa može se podesiti odvojeno prema različitim svrhama zavarivanja. Položaj fokusa se obično nalazi na površini tanke ploče kako bi se postigao stabilan i efikasan proces zavarivanja. Ugao glave za zavarivanje se obično bira da bude oko 6. Ako je debljina dvije ploče relativno velika, može se koristiti pozitivan ugao glave za zavarivanje, odnosno laser je nagnut prema tankoj ploči, kao što je prikazano na slici; kada je debljina ploče relativno mala, može se koristiti negativan ugao glave za zavarivanje. Pomak zavarivanja se definiše kao udaljenost između laserskog fokusa i ivice debele ploče. Podešavanjem pomaka zavarivanja može se smanjiti količina udubljenja zavara i dobiti dobar poprečni presjek zavara.
Prilikom zavarivanja ploča s velikim razmacima, efektivni promjer zagrijavanja snopa možete povećati rotiranjem dvostrukog kuta snopa kako biste postigli dobre mogućnosti popunjavanja razmaka. Širina vrha zavara određena je efektivnim promjerom snopa dva laserska snopa, odnosno kutom rotacije snopa. Što je veći kut rotacije, širi je raspon zagrijavanja dvostrukog snopa i veća je širina gornjeg dijela zavara. Dva laserska snopa igraju različite uloge u procesu zavarivanja. Jedan se uglavnom koristi za prodiranje u šav, dok se drugi uglavnom koristi za topljenje materijala debele ploče kako bi se popunio razmak. Kao što je prikazano na slici 6-35, pod pozitivnim kutom rotacije snopa (prednji snop djeluje na debelu ploču, stražnji snop djeluje na zavar), prednji snop pada na debelu ploču kako bi zagrijao i otopio materijal, a sljedeći laserski snop stvara prodiranje. Prvi laserski snop sprijeda može samo djelimično otopiti debelu ploču, ali uveliko doprinosi procesu zavarivanja, jer ne samo da topi stranu debele ploče radi boljeg popunjavanja praznine, već i prethodno spaja materijal spoja tako da sljedeće zrake lakše zavaruju spojeve, što omogućava brže zavarivanje. Kod zavarivanja dvostrukim snopom s negativnim uglom rotacije (prednji snop djeluje na zavar, a zadnji snop na debelu ploču), dva snopa imaju upravo suprotan učinak. Prvi snop topi spoj, a drugi snop topi debelu ploču kako bi ga popunio. U ovom slučaju, prednji snop mora zavariti kroz hladnu ploču, a brzina zavarivanja je sporija nego kod korištenja pozitivnog ugla rotacije snopa. A zbog efekta predgrijavanja prethodnog snopa, drugi snop će otopiti više materijala debele ploče pod istom snagom. U ovom slučaju, snagu drugog laserskog snopa treba odgovarajuće smanjiti. U poređenju s tim, korištenje pozitivnog ugla rotacije snopa može odgovarajuće povećati brzinu zavarivanja, a korištenje negativnog ugla rotacije snopa može postići bolje popunjavanje praznine. Slika 6-36 prikazuje utjecaj različitih kutova rotacije snopa na poprečni presjek zavara.
3.4 Zavarivanje velikih debelih ploča dvostrukim laserskim snopom S poboljšanjem nivoa snage lasera i kvaliteta snopa, lasersko zavarivanje velikih debelih ploča postalo je stvarnost. Međutim, budući da su laseri velike snage skupi, a zavarivanje velikih debelih ploča uglavnom zahtijeva dodatni metal, postoje određena ograničenja u stvarnoj proizvodnji. Upotreba tehnologije zavarivanja dvostrukim laserskim snopom ne samo da može povećati snagu lasera, već i povećati efektivni prečnik zagrijavanja snopa, povećati sposobnost topljenja dodatne žice, stabilizirati laserski otvor, poboljšati stabilnost zavarivanja i poboljšati kvalitet zavarivanja.
Vrijeme objave: 29. april 2024.
