У параўнанні з традыцыйнай тэхналогіяй зваркі,лазерная зваркамае неперасягненыя перавагі ў дакладнасці зваркі, эфектыўнасці, надзейнасці, аўтаматызацыі і іншых аспектах. У апошнія гады ён хутка развіваецца ў галіне аўтамабіляў, энергетыкі, электронікі і іншых галінах і лічыцца адной з самых перспектыўных вытворчых тэхналогій у 21 стагоддзі.
1. Агляд двухбэлькілазерная зварка
Двухбэлькавылазерная зварказаключаецца ў выкарыстанні аптычных метадаў для падзелу аднаго і таго ж лазера на два асобных прамяня святла для зваркі або ў выкарыстанні двух розных тыпаў лазераў для аб'яднання, такіх як CO2-лазер, Nd:YAG-лазер і паўправадніковы лазер высокай магутнасці. Усё можна камбінаваць. Было прапанавана ў асноўным вырашыць адаптыўнасць лазернай зваркі да дакладнасці зборкі, павышэння стабільнасці працэсу зваркі і паляпшэння якасці зварнога шва. Двухбэлькавылазерная зваркаможа зручна і гнутка рэгуляваць поле тэмпературы зваркі, змяняючы суадносіны энергіі прамяня, адлегласць прамяня і нават схему размеркавання энергіі двух лазерных прамянёў, змяняючы схему існавання замочнай свідравіны і схему патоку вадкага металу ў лужыне расплаўленага металу. Забяспечвае больш шырокі выбар працэсаў зваркі. Ён не толькі мае перавагі вялікага памерулазерная зваркапранікненнем, высокай хуткасцю і высокай дакладнасцю, але таксама падыходзіць для матэрыялаў і злучэнняў, якія цяжка зварваць звычайнымілазерная зварка.
Для двухбэлькілазерная зварка, мы спачатку абмяркуем метады рэалізацыі двухпрамянёвага лазера. Поўная літаратура паказвае, што існуе два асноўных спосабу дасягнення двухпрамянёвай зваркі: факусоўка перадачы і факусоўка адлюстравання. У прыватнасці, адзін дасягаецца шляхам рэгулявання вугла і адлегласці двух лазераў праз факусіруючыя люстэркі і калімацыйныя люстэркі. Іншы дасягаецца з дапамогай лазернай крыніцы, а затым факусіроўкі праз адбівальныя люстэркі, прапускальныя люстэркі і клінаватыя люстэркі для атрымання падвойных прамянёў. Для першага метаду ў асноўным існуюць тры формы. Першая форма заключаецца ў злучэнні двух лазераў праз аптычныя валакна і падзеле іх на два розныя прамяні пад адным калімацыйным люстэркам і факусуючым люстэркам. Па-другое, два лазеры выводзяць лазерныя прамяні праз адпаведныя зварачныя галоўкі, і двайны прамень утвараецца шляхам рэгулявання прасторавага становішча зварачных галовак. Трэці метад заключаецца ў тым, што лазерны прамень спачатку падзяляецца праз два люстэрка 1 і 2, а затым факусуецца двума факусуюць люстэркамі 3 і 4 адпаведна. Палажэнне і адлегласць паміж двума факальнымі плямамі можна адрэгуляваць шляхам рэгулявання вуглоў двух факусіруючых люстэркаў 3 і 4. Другі метад заключаецца ў выкарыстанні цвёрдацельнага лазера для падзелу святла для атрымання падвойных прамянёў і рэгулявання вугла і інтэрвал праз перспектыўнае люстэрка і факусуючае люстэрка. Апошнія два малюнкі ў першым радку ніжэй паказваюць спектраскапічную сістэму CO2-лазера. Плоскае люстэрка замяняецца клінаватым люстэркам і размяшчаецца перад факусуючым люстэркам, каб падзяліць святло для атрымання двухпрамянёвага паралельнага святла.
Разабраўшыся з рэалізацыяй падвойных бэлек, давайце коратка пазнаёмімся з прынцыпамі і метадамі зваркі. У двухбэльцылазерная зваркау працэсе існуе тры агульныя размяшчэння прамянёў, а менавіта паслядоўнае размяшчэнне, паралельнае размяшчэнне і гібрыднае размяшчэнне. тканіна, гэта значыць існуе адлегласць як у кірунку зваркі, так і ў вертыкальным кірунку зваркі. Як паказана ў апошнім радку малюнка, у адпаведнасці з рознымі формамі невялікіх адтулін і лужын расплаўленага плаўлення, якія з'яўляюцца пад рознымі адлегласцямі плям у працэсе паслядоўнай зваркі, іх можна падзяліць на адзінкавыя плаўкі. Ёсць тры стану: басейн, агульны басейн расплаўленага і асобны басейн расплаўленага стану. Характарыстыкі адзіночнага расплаўленага басейна і асобнага расплаўленага басейна падобныя на характарыстыкі аднаголазерная зварка, як паказана на дыяграме лікавага мадэлявання. Для розных тыпаў існуюць розныя эфекты працэсу.
Тып 1: пры пэўным інтэрвале паміж плямамі дзве бэлькавыя замочныя свідравіны ўтвараюць агульную вялікую замочную свідравіну ў адной і той жа лужыне расплаўленага рэчыва; для тыпу 1 паведамляецца, што адзін прамень святла выкарыстоўваецца для стварэння невялікага адтуліны, а другі прамень святла выкарыстоўваецца для тэрмічнай апрацоўкі зваркі, якая можа эфектыўна палепшыць структурныя ўласцівасці высокавугляродзістай сталі і легаванай сталі.
Тып 2: павялічыць адлегласць паміж плямамі ў адной і той жа лужыне расплаўленага рэчыва, падзяліць два бэлькі на дзве незалежныя замочныя шчыліны і змяніць схему плыні лужыны расплаўленага рэчыва; для тыпу 2 яго функцыя эквівалентная двухэлектронна-прамянёвай зварцы. Памяншае распыленне зварных швоў і няправільныя зварныя швы пры адпаведнай фокуснай адлегласці.
Тып 3: далейшае павелічэнне адлегласці паміж плямамі і змяненне суадносін энергіі двух прамянёў, так што адзін з двух прамянёў выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы цяпла для апрацоўкі перад зваркай або пасля зваркі ў працэсе зваркі, а другі прамень выкарыстоўваецца для стварэння невялікіх адтулін. Для тыпу 3 даследаванне паказала, што дзве бэлькі ўтвараюць замочную свідравіну, невялікую дзірку няпроста згарнуць, а ў зварным шве няпроста стварыць пары.
2. Уплыў працэсу зваркі на якасць зваркі
Уплыў паслядоўнага суадносін энергіі пучка на фарміраванне зварачнага шва
Калі магутнасць лазера складае 2 кВт, хуткасць зваркі складае 45 мм/с, велічыня дэфакусіроўкі складае 0 мм, а адлегласць паміж прамянямі складае 3 мм, форма паверхні шва пры змене RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) такая паказана на малюнку. Калі RS=0,50 і 2,00, зварны шво ўвагнуты ў большай ступені, і на краі зварнога шва больш пырскаў, без утварэння рэгулярных малюнкаў рыбінай лускі. Гэта адбываецца таму, што калі каэфіцыент энергіі прамяня занадта малы або занадта вялікі, энергія лазера занадта канцэнтраваная, што прыводзіць да больш сур'ёзных ваганняў лазернай кропкі падчас працэсу зваркі, а ціск аддачы пары выклікае выкід і распырскванне расплаўленага басейн металу ў расплаўлены басейн; Празмернае ўвядзенне цяпла прыводзіць да таго, што глыбіня пранікнення расплаўленай ванны на баку алюмініевага сплаву занадта вялікая, выклікаючы паглыбленне пад дзеяннем сілы цяжару. Калі RS=0,67 і 1,50, малюнак рыбінай лускі на паверхні зварнога шва аднастайны, форма шва больш прыгожая, на паверхні зварнога шва няма бачных гарачых расколін, пор і іншых зварных дэфектаў. Формы папярочнага перасеку зварных швоў з рознымі суадносінамі энергіі пучка RS такія, як паказана на малюнку. Папярочны перасек зварных швоў мае тыповую форму «фужера», што сведчыць аб тым, што працэс зваркі ажыццяўляецца ў рэжыме лазернай зваркі глыбокага пранікнення. RS мае важны ўплыў на глыбіню праплавлення P2 зварнога шва на баку алюмініевага сплаву. Пры каэфіцыенце энергіі пучка RS=0,5 P2 складае 1203,2 мкм. Калі каэфіцыент энергіі прамяня складае RS=0,67 і 1,5, P2 значна зніжаецца, што складае 403,3 мкм і 93,6 мкм адпаведна. Пры каэфіцыенце энергіі пучка RS=2 глыбіня праплавлення шва папярочнага перасеку злучэння складае 1151,6 мкм.
Уплыў суадносін энергіі паралельнага пучка на фарміраванне зварачнага шва
Калі магутнасць лазера складае 2,8 кВт, хуткасць зваркі складае 33 мм/с, велічыня дэфакусіроўкі складае 0 мм, а адлегласць паміж прамянямі складае 1 мм, зварная паверхня атрымліваецца шляхам змены суадносін энергіі прамяня (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) Знешні выгляд паказаны на малюнку. Калі RS=2, узор рыбінай лускі на паверхні зварнога шва адносна няправільны. Паверхня зварнога шва, атрыманая іншымі пяццю рознымі суадносінамі энергіі прамяня, добра сфарміравана, і на ёй няма бачных дэфектаў, такіх як пары і пырскі. Такім чынам, у параўнанні з серыйнымі двухлучевойлазерная зварка, зварная паверхня з выкарыстаннем паралельных здвоеных прамянёў больш аднастайная і прыгожая. Калі RS=0,25, ёсць невялікая дэпрэсія ў зварным шве; па меры паступовага павелічэння каэфіцыента энергіі пучка (RS = 0,5, 0,67 і 1,5) паверхня зварнога шва аднастайная і паглыбленне не ўтворыцца; аднак пры далейшым павелічэнні каэфіцыента энергіі пучка (RS=1,50, 2,00), але на паверхні зварнога шва з'яўляюцца паглыбленні. Калі каэфіцыент энергіі прамяня RS = 0,25, 1,5 і 2, форма папярочнага перасеку зварнога шва з'яўляецца «фужэрнай»; пры RS=0,50, 0,67 і 1 форма папярочнага перасеку зварнога шва «варонкападобная». Калі RS=4, у ніжняй частцы зварнога шва ўтвараюцца не толькі расколіны, але і некаторыя пары ў сярэдняй і ніжняй частцы зварнога шва. Калі RS=2, у шве з'яўляюцца вялікія тэхналагічныя пары, але расколіны не з'яўляюцца. Калі RS=0,5, 0,67 і 1,5, глыбіня праварвання P2 зварнога шва на баку алюмініевага сплаву меншая, а папярочны перасек зварнога шва добра сфарміраваны і не ўтворыцца відавочных дэфектаў зваркі. Яны паказваюць, што суадносіны энергіі прамяня падчас паралельнай двухпрамянёвай лазернай зваркі таксама аказвае важны ўплыў на праварванне шва і дэфекты зваркі.
Паралельны прамень – уплыў адлегласці прамянёў на фарміраванне зварачнага шва
Калі магутнасць лазера роўная 2,8 кВт, хуткасць зваркі роўная 33 мм/с, велічыня дэфакусіроўкі роўная 0 мм і каэфіцыент энергіі прамяня RS = 0,67, змяніце адлегласць прамяня (d = 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм), каб атрымаць Марфалогія паверхні зварнога шва, як паказана на малюнку. Калі d=0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм, паверхня зварнога шва гладкая і роўная, а форма прыгожая; малюнак рыбінай лускі зварнога шва правільны і прыгожы, на ім няма бачных пор, расколін і іншых дэфектаў. Такім чынам, ва ўмовах інтэрвалу паміж чатырма пучкамі зварная паверхня добра сфарміравана. Акрамя таго, калі d=2 мм, утвараюцца два розныя зварныя швы, што паказвае, што два паралельныя лазерныя прамяні больш не дзейнічаюць на расплаўленую ванну і не могуць стварыць эфектыўную двухпрамянёвую лазерную гібрыдную зварку. Калі адлегласць паміж пучкамі складае 0,5 мм, зварны шво мае «варонкападобны», глыбіня праварвання P2 зварнога шва з боку алюмініевага сплаву складае 712,9 мкм, і ўнутры шва няма расколін, пор і іншых дэфектаў. Калі адлегласць паміж пучкамі працягвае павялічвацца, глыбіня праварвання P2 зварнога шва на баку алюмініевага сплаву значна памяншаецца. Калі адлегласць паміж пучкамі складае 1 мм, глыбіня праплавлення шва з боку алюмініевага сплаву складае ўсяго 94,2 мікрон. Па меры далейшага павелічэння адлегласці паміж пучкамі зварны шво не стварае эфектыўнага правару на баку алюмініевага сплаву. Такім чынам, калі адлегласць паміж прамянямі складае 0,5 мм, эфект рэкамбінацыі двух прамянёў з'яўляецца лепшым. Па меры павелічэння адлегласці пучка цеплаўкладанне зваркі рэзка памяншаецца, і эфект рэкамбінацыі двухпрамянёвага лазера паступова пагаршаецца.
Розніца ў марфалогіі зварнога шва выклікана розным патокам і астываннем расплаўленай ванны ў працэсе зваркі. Метад лікавага мадэлявання можа не толькі зрабіць аналіз напружання расплаўленай ванны больш інтуітыўна зразумелым, але і знізіць кошт эксперыменту. На малюнку ніжэй паказаны змены ў бакавым басейне плаўлення з адным пучком, розным размяшчэннем і інтэрвалам плям. Асноўныя высновы ўключаюць у сябе: (1) Падчас аднаго прамянялазерная зваркапрацэсу, глыбіня адтуліны для расплаўленага басейна самая глыбокая, ёсць з'ява калапсу адтуліны, сценка адтуліны нерэгулярная, а размеркаванне поля патоку каля сценкі адтуліны нераўнамернае; каля задняй паверхні ванны з расплаўленым плаўленнем. Аплаўленне моцнае, і на дне ванны з расплаўленым рэчывам адбываецца аплаўленне ўверх; размеркаванне поля патоку павярхоўнай ванны расплаўленага расплаўлення адносна раўнамернае і павольнае, а шырыня ванны расплаўленага расплаўленага пласта нераўнамерная па напрамку глыбіні. Існуе парушэнне, выкліканае ціскам аддачы сценкі ў расплаўленай лужыне паміж невялікімі адтулінамі ў падвойнай бэльцылазерная зварка, і ён заўсёды існуе ўздоўж напрамку глыбіні невялікіх адтулін. Калі адлегласць паміж двума пучкамі працягвае павялічвацца, шчыльнасць энергіі пучка паступова пераходзіць ад стану з адным пікам да стану з двайным пікам. Паміж двума пікамі знаходзіцца мінімальнае значэнне, і шчыльнасць энергіі паступова памяншаецца. (2) Для двухбэлькілазерная зварка, калі адлегласць паміж плямамі складае 0-0,5 мм, глыбіня невялікіх адтулін у лужыне расплаўленага плаўлення крыху памяншаецца, і агульныя паводзіны патоку ў лужыне расплаўленага плаўлення падобныя на паводзіны аднапрамянёвайлазерная зварка; калі адлегласць паміж кропкамі складае больш за 1 мм, невялікія адтуліны цалкам раз'ядноўваюцца, і падчас працэсу зваркі паміж двума лазерамі практычна няма ўзаемадзеяння, што эквівалентна двум паслядоўным/двум паралельным аднапрамянёвым лазерным зваркам магутнасцю 1750 Вт. Эфекту папярэдняга нагрэву практычна няма, а паводзіны патоку расплаўленага басейна падобныя на паводзіны аднапрамянёвай лазернай зваркі. (3) Калі адлегласць паміж плямамі складае 0,5-1 мм, паверхня сценкі невялікіх адтулін больш плоская ў двух размяшчэннях, глыбіня невялікіх адтулін паступова памяншаецца, а дно паступова аддзяляецца. Парушэнні паміж невялікімі адтулінамі і патокам паверхні расплаўленага басейна складаюць 0,8 мм. Самы моцны. Для паслядоўнай зваркі даўжыня расплаўленай ванны паступова павялічваецца, шырыня найбольшая, калі адлегласць паміж плямамі складае 0,8 мм, а эфект папярэдняга нагрэву найбольш відавочны, калі адлегласць паміж плямамі складае 0,8 мм. Эфект сілы Марангоні паступова слабее, і больш металічнай вадкасці цячэ па абодва бакі расплаўленай лужыны. Зрабіце размеркаванне расплаву па шырыні больш раўнамерным. Пры паралельнай зварцы шырыня расплаўленай ванны паступова павялічваецца, а даўжыня складае максімальна 0,8 мм, але эфект папярэдняга нагрэву адсутнічае; аплаўленне паблізу паверхні, выкліканае сілай Марангоні, заўсёды існуе, а аплаўленне ўніз на дне маленькай адтуліны паступова знікае; поле патоку папярочнага перасеку не такое добрае, як Яно моцнае паслядоўна, парушэнне амаль не ўплывае на паток па абодва бакі расплаўленай ванны, а шырыня расплаўленага расплаўленага пласта размяркоўваецца нераўнамерна.
Час публікацыі: 12 кастрычніка 2023 г
