У параўнанні з традыцыйнай тэхналогіяй зваркі,лазерная зваркамае непераўзыдзеныя перавагі ў дакладнасці зваркі, эфектыўнасці, надзейнасці, аўтаматызацыі і іншых аспектах. У апошнія гады яна хутка развівалася ў аўтамабільнай, энергетычнай, электронічнай і іншых галінах і лічыцца адной з самых перспектыўных вытворчых тэхналогій у 21 стагоддзі.
1. Агляд падвойнай бэлькілазерная зварка
Двухбаковылазерная зварказаключаецца ў выкарыстанні аптычных метадаў для падзелу аднаго лазера на два асобныя прамяні святла для зваркі або ў выкарыстанні двух розных тыпаў лазераў для камбінавання, такіх як CO2-лазер, Nd:YAG-лазер і магутны паўправадніковы лазер. Усе яны могуць быць аб'яднаны. Гэта было прапанавана ў асноўным для вырашэння праблемы адаптацыі лазернай зваркі да дакладнасці зборкі, павышэння стабільнасці працэсу зваркі і паляпшэння якасці зваркі. Двухпрамянёвылазерная зваркаможа зручна і гнутка рэгуляваць тэмпературнае поле зваркі, змяняючы суадносіны энергій прамяня, адлегласць паміж прамянямі і нават схему размеркавання энергіі двух лазерных прамянёў, змяняючы схему існавання замочнай адтуліны і схему патоку вадкага металу ў расплаўленай ванне. Забяспечвае больш шырокі выбар працэсаў зваркі. Ён мае не толькі перавагі вялікагалазерная зваркапранікненне, высокая хуткасць і высокая дакладнасць, але таксама падыходзіць для матэрыялаў і злучэнняў, якія цяжка зварваць звычайнымі зварнымі тэхнікамілазерная зварка.
Для падвойнай бэлькілазерная зваркаСпачатку мы абмяркуем метады рэалізацыі двухпрамянёвага лазера. Шматлікія літаратурныя даследаванні паказваюць, што існуе два асноўныя спосабы дасягнення двухпрамянёвай зваркі: прапускальная факусоўка і адлюстраваная факусоўка. Адзін з іх дасягаецца шляхам рэгулявання вугла і адлегласці паміж двума лазерамі з дапамогай факусуючых люстэркаў і каліміруючых люстэркаў. Другі спосаб дасягаецца выкарыстаннем лазернай крыніцы, а затым факусоўкай праз адбівальныя люстэркі, прапускальныя люстэркі і клінападобныя люстэркі для атрымання падвойных прамянёў. Першы метад мае тры асноўныя формы. Першая форма заключаецца ў злучэнні двух лазераў праз аптычныя валокны і падзеле іх на два розныя прамяні пад адным каліміруючым люстэркам і факусуючым люстэркам. Другая заключаецца ў тым, што два лазеры выпраменьваюць лазерныя прамяні праз адпаведныя зварачныя галоўкі, і падвойны прамень фарміруецца шляхам рэгулявання прасторавага становішча зварачных галовак. Трэці спосаб заключаецца ў тым, што лазерны прамень спачатку падзяляецца паміж двума люстэркамі 1 і 2, а затым факусуецца двума факусуючымі люстэркамі 3 і 4 адпаведна. Палажэнне і адлегласць паміж двума факальнымі плямамі можна рэгуляваць, змяняючы вуглы двух факусіруючых люстэркаў 3 і 4. Другі метад заключаецца ў выкарыстанні цвёрдацельнага лазера для падзелу святла для атрымання падвойных прамянёў, а таксама ў рэгуляванні вугла і адлегласці паміж імі з дапамогай перспектыўнага люстэрка і факусіруючага люстэрка. Апошнія два малюнкі ў першым радку ніжэй паказваюць спектраскапічную сістэму CO2-лазера. Плоскае люстэрка замяняецца клінападобным люстэркам і размяшчаецца перад факусіруючым люстэркам для падзелу святла і атрымання падвойнага паралельнага святла.
Пасля таго, як мы разабраліся з рэалізацыяй падвойных бэлек, коратка разгледзім прынцыпы і метады зваркі. У падвойнай бэльцылазерная зваркаУ працэсе зваркі існуюць тры распаўсюджаныя спосабы размяшчэння прамянёў: паслядоўнае размяшчэнне, паралельнае размяшчэнне і гібрыднае размяшчэнне. тканіна, гэта значыць, ёсць адлегласць як у кірунку зваркі, так і ў вертыкальным кірунку зваркі. Як паказана ў апошнім радку малюнка, у залежнасці ад розных формаў невялікіх адтулін і расплавленых ванн, якія з'яўляюцца пад рознай адлегласцю паміж кропкамі падчас паслядоўнай зваркі, іх можна далей падзяліць на асобныя расплавы. Існуюць тры станы: ванна, агульная расплавленая ванна і асобная расплавленая ванна. Характарыстыкі асобнай расплавленай ванны і асобнай расплавленай ванны падобныя да характарыстык асобных расплавленых ванн.лазерная зварка, як паказана на дыяграме лікавага мадэлявання. Для розных тыпаў існуюць розныя эфекты працэсу.
Тып 1: Пры пэўным інтэрвале паміж кропкамі дзве замочныя адтуліны прамяня ўтвараюць агульную вялікую замочную адтуліну ў адной расплаўленай ванне; для тыпу 1 паведамляецца, што адзін прамень святла выкарыстоўваецца для стварэння невялікай адтуліны, а другі прамень святла выкарыстоўваецца для зваркі і тэрмічнай апрацоўкі, што можа эфектыўна палепшыць структурныя ўласцівасці высокавугляродзістай сталі і легаванай сталі.
Тып 2: Павелічэнне адлегласці паміж кропкамі ў адной і той жа расплаўленай ванне, падзел двух прамянёў на дзве незалежныя замочныя свідравіны і змяненне схемы патоку ў расплаўленай ванне; для тыпу 2 яго функцыя эквівалентная двухэлектроннай зварцы, памяншэнне разбрызгвання зварнога шва і нераўнамерных зварных швоў пры адпаведнай фокуснай адлегласці.
Тып 3: Далейшае павелічэнне адлегласці паміж кропкамі і змяненне суадносін энергіі двух прамянёў, каб адзін з двух прамянёў выкарыстоўваўся ў якасці крыніцы цяпла для выканання папярэдняй або паслязварачнай апрацоўкі падчас працэсу зваркі, а другі прамень выкарыстоўваўся для стварэння невялікіх адтулін. Даследаванне паказала, што для тыпу 3 два прамяні ўтвараюць замочную свідравіну, невялікую адтуліну не так лёгка разбураць, а зварны шво не так лёгка стварае пары.
2. Уплыў працэсу зваркі на якасць зваркі
Уплыў паслядоўнага суадносін энергіі прамяня на фарміраванне зварнога шва
Калі магутнасць лазера складае 2 кВт, хуткасць зваркі — 45 мм/с, ступень расфакусоўкі — 0 мм, а адлегласць паміж прамянямі — 3 мм, форма паверхні зваркі пры змене RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) выглядае так, як паказана на малюнку. Пры RS = 0,50 і 2,00 зварка мае большую ўвагнутасць, і на краі шва ўтвараецца больш пырскаў, без утварэння рэгулярных узораў рыбнай лускі. Гэта адбываецца таму, што пры занадта малым або занадта вялікім суадносінах энергій прамяня лазерная энергія занадта канцэнтраваная, што прыводзіць да больш сур'ёзных ваганняў лазернай адтуліны падчас працэсу зваркі, а ціск аддачы пары выклікае выкід і разбрызгванне расплаўленага металу ванны ў расплаўленую ванну; празмернае падвядзенне цяпла прыводзіць да занадта вялікай глыбіні пранікнення расплаўленага металу з боку алюмініевага сплаву, што выклікае паніжэнне пад дзеяннем сілы цяжару. Пры RS=0,67 і 1,50 малюнак рыбнай лускі на паверхні зваркі аднастайны, форма шва больш прыгожая, і на паверхні зваркі няма бачных гарачых расколін, пор і іншых дэфектаў зваркі. Формы папярочнага сячэння зварных швоў з рознымі суадносінамі энергій прамяня RS паказаны на малюнку. Папярочны сячэнне зварных швоў мае тыповую форму «келіха для віна», што сведчыць аб тым, што працэс зваркі выконваецца ў рэжыме лазернай зваркі з глыбокім пранікненнем. RS аказвае істотны ўплыў на глыбіню пранікнення P2 шва з боку алюмініевага сплаву. Пры суадносінах энергій прамяня RS=0,5 P2 складае 1203,2 мікрона. Пры суадносінах энергій прамяня RS=0,67 і 1,5 P2 значна памяншаецца і складае 403,3 мікрона і 93,6 мікрона адпаведна. Пры суадносінах энергій прамяня RS=2 глыбіня пранікнення шва ў папярочным сячэнні шва складае 1151,6 мікрона.
Уплыў паралельнага суадносін энергіі прамяня на фарміраванне зварнога шва
Калі магутнасць лазера складае 2,8 кВт, хуткасць зваркі — 33 мм/с, велічыня расфакусоўкі — 0 мм, а адлегласць паміж прамянямі — 1 мм, паверхня зваркі атрымліваецца шляхам змены суадносін энергій прамяня (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Знешні выгляд паказаны на малюнку. Пры RS=2 малюнак рыбнай лускі на паверхні зваркі адносна няроўны. Паверхня зваркі, атрыманая пры выкарыстанні пяці іншых розных суадносін энергій прамяня, добра сфармавана, і на ёй няма бачных дэфектаў, такіх як поры і пырскі. Такім чынам, у параўнанні з серыйным двухпрамянёвым зварваннем...лазерная зваркаПаверхня зварнога шва пры выкарыстанні паралельных падвойных прамянёў атрымліваецца больш аднастайнай і прыгожай. Пры RS=0,25 у шве ёсць невялікае паглыбленне; па меры паступовага павелічэння суадносін энергій прамяня (RS=0,5, 0,67 і 1,5) паверхня шва аднастайная і паглыбленняў не ўтвараецца; аднак, пры далейшым павелічэнні суадносін энергій прамяня (RS=1,50, 2,00), паглыбленні на паверхні шва ўсё ж з'яўляюцца. Пры суадносінах энергій прамяня RS=0,25, 1,5 і 2 форма папярочнага сячэння шва мае форму «келіха для віна»; пры RS=0,50, 0,67 і 1 форма папярочнага сячэння шва мае форму «варонкі». Пры RS=4 утвараюцца не толькі расколіны ў ніжняй частцы шва, але і некаторыя поры ў сярэдняй і ніжняй частках шва. Пры RS=2 унутры шва з'яўляюцца вялікія тэхналагічныя поры, але расколіны не з'яўляюцца. Пры RS=0,5, 0,67 і 1,5 глыбіня пранікнення P2 шва з боку алюмініевага сплаву меншая, папярочны сячэнне шва добра сфармаванае і не ўтвараецца відавочных дэфектаў зваркі. Гэта паказвае, што суадносіны энергій прамяня падчас паралельнай двухпрамянёвай лазернай зваркі таксама аказвае важны ўплыў на пранікненне шва і дэфекты зваркі.
Паралельная бэлька - уплыў адлегласці паміж бэлькамі на фарміраванне зварнога шва
Калі магутнасць лазера складае 2,8 кВт, хуткасць зваркі — 33 мм/с, ступень расфакусоўкі — 0 мм, а каэфіцыент энергіі прамяня RS = 0,67, змяняйце адлегласць паміж прамянямі (d = 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм), каб атрымаць марфалогію паверхні зваркі, як паказана на малюнку. Пры d = 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм паверхня зваркі гладкая і плоская, а форма прыгожая; малюнак рыбнай лускі рэгулярны і прыгожы, і няма бачных пор, расколін і іншых дэфектаў. Такім чынам, пры ўмовах адлегласці паміж чатырма прамянямі паверхня зваркі добра сфармавана. Акрамя таго, пры d = 2 мм утвараюцца два розныя зварныя швы, што паказвае, што два паралельныя лазерныя прамяні больш не ўздзейнічаюць на расплаўленую ванну і не могуць утвараць эфектыўную двухпрамянёвую лазерную гібрыдную зварку. Калі адлегласць паміж прамянямі складае 0,5 мм, зварны шво мае форму «варонкі», глыбіня пранікнення P2 шва з боку алюмініевага сплаву складае 712,9 мікрона, і ўнутры шва няма расколін, пор і іншых дэфектаў. Па меры павелічэння адлегласці паміж прамянямі глыбіня пранікнення P2 шва з боку алюмініевага сплаву значна памяншаецца. Калі адлегласць паміж прамянямі складае 1 мм, глыбіня пранікнення шва з боку алюмініевага сплаву складае ўсяго 94,2 мікрона. Па меры далейшага павелічэння адлегласці паміж прамянямі эфектыўнае пранікненне шва з боку алюмініевага сплаву не ўтварае. Такім чынам, пры адлегласці паміж прамянямі 0,5 мм эфект двухпрамянёвай рэкамбінацыі з'яўляецца найлепшым. Па меры павелічэння адлегласці паміж прамянямі падвод цяпла пры зварцы рэзка памяншаецца, і эфект двухпрамянёвай лазернай рэкамбінацыі паступова пагаршаецца.
Розніца ў марфалогіі зварнога шва абумоўлена розным патокам і астуджэннем пры зацвярдзенні расплаўленай ванны падчас працэсу зваркі. Метад лікавага мадэлявання можа не толькі зрабіць аналіз напружанняў расплаўленай ванны больш інтуітыўна зразумелым, але і знізіць кошт эксперыменту. На малюнку ніжэй паказаны змены ў бакавой ванне расплаўленага шва пры выкарыстанні аднаго прамяня, розных размяшчэнняў і адлегласці паміж кропкамі. Асноўныя высновы ўключаюць: (1) Падчас зваркі адным прамянёмлазерная зваркаУ працэсе расплаўленай ванны глыбокі пласт найбольшы, назіраецца з'ява калапсу адтуліны, сценкі адтуліны нераўнамерныя, а размеркаванне поля патоку каля сценкі адтуліны нераўнамернае; каля задняй паверхні ванны расплаўленай ванны назіраецца моцны аплаўлены пласт, і ў ніжняй частцы ванны расплаўленай ванны назіраецца ўзыходзячы аплаўлены пласт; размеркаванне поля патоку паверхні ванны расплаўленай ванны адносна раўнамернае і павольнае, а шырыня ванны расплаўленай ванны нераўнамерная па кірунку глыбіні. У расплаўленай ванне паміж невялікімі адтулінамі ў падвойнай бэльцы назіраюцца абурэнні, выкліканыя ціскам аддачы сценкі.лазерная зварка, і яна заўсёды існуе ўздоўж кірунку глыбіні малых адтулін. Па меры павелічэння адлегласці паміж двума прамянямі шчыльнасць энергіі прамяня паступова пераходзіць з аднаго піка ў стан з падвойным пікам. Паміж двума пікамі існуе мінімальнае значэнне, і шчыльнасць энергіі паступова памяншаецца. (2) Для падвойнага прамянялазерная зварка, калі адлегласць паміж плямамі складае 0-0,5 мм, глыбіня невялікіх адтулін у расплаўленай ванне некалькі памяншаецца, і агульная паводзіны патоку ў расплаўленай ванне падобныя да паводзін аднапрамянёвагалазерная зварка; калі адлегласць паміж кропкамі перавышае 1 мм, малыя адтуліны цалкам падзеленыя, і падчас працэсу зваркі практычна няма ўзаемадзеяння паміж двума лазерамі, што эквівалентна двум паслядоўным/двум паралельным аднапрамянёвым лазерным зваркам магутнасцю 1750 Вт. Эфект папярэдняга нагрэву практычна адсутнічае, і паводзіны патоку расплаўленай ванны падобныя да паводзін пры аднапрамянёвай лазернай зварцы. (3) Калі адлегласць паміж кропкамі складае 0,5-1 мм, паверхня сценкі малых адтулін больш плоская ў абодвух размяшчэннях, глыбіня малых адтулін паступова памяншаецца, а дно паступова аддзяляецца. Перашкоды паміж малымі адтулінамі і патокам паверхні расплаўленай ванны складаюць 0,8 мм. Найбольшыя. Пры серыйнай зварцы даўжыня расплаўленай ванны паступова павялічваецца, шырыня найбольшая, калі адлегласць паміж кропкамі складае 0,8 мм, а эфект папярэдняга нагрэву найбольш відавочны, калі адлегласць паміж кропкамі складае 0,8 мм. Эфект сілы Марангоні паступова слабее, і больш металічнай вадкасці цячэ па абодвух баках расплаўленай ванны. Зрабіце размеркаванне шырыні расплаву больш раўнамерным. Пры паралельнай зварцы шырыня расплаўленай ванны паступова павялічваецца, а даўжыня максімальная — 0,8 мм, але эфект папярэдняга нагрэву адсутнічае; аплаўленне паблізу паверхні, выкліканае сілай Марангоні, заўсёды існуе, а аплаўленне ўніз на дне невялікай адтуліны паступова знікае; поле папярочнага патоку не такое добрае, як пры паслядоўнай зварцы, абурэнне амаль не ўплывае на паток з абодвух бакоў расплаўленай ванны, а шырыня расплаўленага пласта размеркавана нераўнамерна.
Час публікацыі: 12 кастрычніка 2023 г.
