Прапанаваны метад двухпрамянёвай зваркі, галоўным чынам для вырашэння праблемы адаптыўнасцілазерная зваркадля дакладнасці зборкі, паляпшэння стабільнасці працэсу зваркі і паляпшэння якасці зваркі, асабліва пры зварцы тонкіх пласцін і алюмініевых сплаваў. Двухпрамянёвая лазерная зварка можа выкарыстоўваць аптычныя метады для падзелу аднаго лазера на два асобныя прамяні святла для зваркі. Яна таксама можа выкарыстоўваць два розныя тыпы лазераў для камбінавання: CO2-лазер, Nd:YAG-лазер і магутны паўправадніковы лазер. Змяняючы энергію прамяня, адлегласць паміж прамянямі і нават схему размеркавання энергіі двух прамянёў, можна зручна і гнутка рэгуляваць тэмпературнае поле зваркі, змяняючы схему наяўнасці адтулін і схему патоку вадкага металу ў расплаўленай ванне, забяспечваючы лепшае рашэнне для працэсу зваркі. Шырокі выбар не мае сабе роўных з аднакаменнай лазернай зваркай. Яна мае не толькі перавагі вялікага пранікнення лазернай зваркі, высокай хуткасці і высокай дакладнасці, але і выдатна адаптуецца да матэрыялаў і злучэнняў, якія цяжка зварваць звычайнай лазернай зваркай.
Прынцыпдвухпрамянёвая лазерная зварка
Двухпрамянёвая зварка азначае выкарыстанне двух лазерных прамянёў адначасова падчас працэсу зваркі. Размяшчэнне прамяня, адлегласць паміж прамянямі, вугал паміж двума прамянямі, становішча факусоўкі і суадносіны энергій двух прамянёў - усё гэта важныя параметры ў двухпрамянёвай лазернай зварцы. Звычайна падчас працэсу зваркі існуе два спосабы размяшчэння падвойных прамянёў. Як паказана на малюнку, адзін з іх размяшчаецца паслядоўна ўздоўж кірунку зваркі. Гэта размяшчэнне можа знізіць хуткасць астуджэння расплаўленай ванны. Змяншае тэндэнцыю да загартоўвання зварнога шва і ўтварэнне пор. Другі спосаб - размясціць іх побач або папярок з абодвух бакоў шва, каб палепшыць адаптацыю да зазору зваркі.
Прынцып двухпрамянёвай лазернай зваркі
Двухпрамянёвая зварка азначае выкарыстанне двух лазерных прамянёў адначасова падчас працэсу зваркі. Размяшчэнне прамяня, адлегласць паміж прамянямі, вугал паміж двума прамянямі, становішча факусоўкі і суадносіны энергій двух прамянёў - усё гэта важныя параметры ў двухпрамянёвай лазернай зварцы. Звычайна падчас працэсу зваркі існуе два спосабы размяшчэння падвойных прамянёў. Як паказана на малюнку, адзін з іх размяшчаецца паслядоўна ўздоўж кірунку зваркі. Гэта размяшчэнне можа знізіць хуткасць астуджэння расплаўленай ванны. Змяншае тэндэнцыю да загартоўвання зварнога шва і ўтварэнне пор. Другі спосаб - размясціць іх побач або папярок з абодвух бакоў шва, каб палепшыць адаптацыю да зазору зваркі.
Для двухпрамянёвай лазернай зварачнай сістэмы з тандэмным размяшчэннем існуюць тры розныя механізмы зваркі ў залежнасці ад адлегласці паміж пярэднім і заднім прамянямі, як паказана на малюнку ніжэй.
1. У першым тыпе зварачнага механізму адлегласць паміж двума прамянямі святла адносна вялікая. Адзін прамень святла мае большую шчыльнасць энергіі і факусуецца на паверхні апрацоўванай дэталі для стварэння замочных адтулін у зварцы; другі прамень святла мае меншую шчыльнасць энергіі. Выкарыстоўваецца толькі як крыніца цяпла для тэрмічнай апрацоўкі перад зваркай або пасля зваркі. З дапамогай гэтага зварачнага механізму можна кантраляваць хуткасць астуджэння зварачнай ванны ў пэўным дыяпазоне, што карысна для зваркі некаторых матэрыялаў з высокай адчувальнасцю да расколін, такіх як высокавугляродзістая сталь, легаваная сталь і г.д., а таксама можа палепшыць трываласць зварнога шва.
2. У другім тыпе зварачнага механізму адлегласць фокуса паміж двума светлавымі прамянямі адносна невялікая. Два прамяні святла ствараюць дзве незалежныя замочныя адтуліны ў зварачнай ванне, што змяняе схему патоку вадкага металу і дапамагае прадухіліць зацісканне. Гэта можа ліквідаваць з'яўленне дэфектаў, такіх як краю і выпукласці зварных швоў, і палепшыць фармаванне шва.
3. У трэцім тыпе зварачнага механізму адлегласць паміж двума прамянямі святла вельмі малая. У гэты час два прамяні святла ўтвараюць адну і тую ж замочную адтуліну ў зварачнай ванне. У параўнанні з аднапрамянёвай лазернай зваркай, паколькі памер замочнай адтуліны становіцца большым і яго не так проста зачыніць, працэс зваркі больш стабільны, а газ лягчэй выходзіць, што спрыяе памяншэнню пор і пырскаў, а таксама атрыманню бесперапынных, аднастайных і прыгожых зварных швоў.
Падчас зваркі два лазерныя прамяні могуць быць накіраваны пад пэўным вуглом адзін да аднаго. Механізм зваркі падобны да механізму паралельнай двухпрамянёвай зваркі. Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што пры выкарыстанні двух магутных лазерных выпраменьвальнікаў з вуглом 30° адзін да аднаго і адлегласцю 1~2 мм лазерны прамень можа атрымаць варонкападобную замочную адтуліну. Памер замочнай адтуліны большы і больш стабільны, што можа эфектыўна палепшыць якасць зваркі. На практыцы ўзаемнае спалучэнне двух прамянёў святла можна змяняць у залежнасці ад розных умоў зваркі для дасягнення розных працэсаў зваркі.
6. Спосаб рэалізацыі двухпрамянёвай лазернай зваркі
Атрыманне падвойных прамянёў можна атрымаць шляхам аб'яднання двух розных лазерных прамянёў, альбо адзін лазерны прамень можна падзяліць на два лазерныя прамяні для зваркі з дапамогай аптычнай спектраметрычнай сістэмы. Для падзелу прамяня святла на два паралельныя лазерныя прамяні рознай магутнасці можна выкарыстоўваць спектраскоп або нейкую спецыяльную аптычную сістэму. На малюнку паказаны дзве схематычныя дыяграмы прынцыпаў падзелу святла з выкарыстаннем факусуючых люстэркаў у якасці падзельнікаў прамяня.
Акрамя таго, адбівальнік можа выкарыстоўвацца ў якасці дзельніка прамяня, а апошні адбівальнік на аптычным шляху можа выкарыстоўвацца ў якасці дзельніка прамяня. Гэты тып адбівальніка таксама называецца адбівальнікам дахавага тыпу. Яго адбівальная паверхня не з'яўляецца плоскай паверхняй, а складаецца з дзвюх плоскасцей. Лінія перасячэння дзвюх адбівальных паверхняў размешчана пасярэдзіне люстраной паверхні, падобна да канька даху, як паказана на малюнку. Прамень святла, які знаходзіцца паралельна і падае на спектраскоп, адлюстроўваецца ад дзвюх плоскасцей пад рознымі вугламі, утвараючы два прамяні святла, і асвятляе розныя пазіцыі факусуючага люстэрка. Пасля факусоўкі на паверхні апрацоўванай дэталі на пэўнай адлегласці атрымліваюцца два прамяні святла. Змяняючы вугал паміж дзвюма адбівальнымі паверхнямі і становішча даху, можна атрымаць падзеленыя прамяні святла з рознай фокуснай адлегласцю і размяшчэннем.
Пры выкарыстанні двух розных тыпаўлазерныя прамяні tКаб сфармаваць падвойны прамень, існуе мноства камбінацый. Для асноўных зварачных работ можна выкарыстоўваць высакаякасны CO2-лазер з гаўсаўскім размеркаваннем энергіі, а для тэрмічнай апрацоўкі — паўправадніковы лазер з прастакутным размеркаваннем энергіі. З аднаго боку, такая камбінацыя больш эканамічная. З іншага боку, магутнасць двух светлавых прамянёў можна рэгуляваць незалежна. Для розных формаў злучэнняў можна атрымаць рэгуляванае тэмпературнае поле, рэгулюючы становішча перакрыцця лазера і паўправадніковага лазера, што вельмі падыходзіць для зваркі. Кіраванне працэсам. Акрамя таго, YAG-лазер і CO2-лазер таксама можна аб'яднаць у падвойны прамень для зваркі, бесперапынны лазер і імпульсны лазер можна аб'яднаць для зваркі, а сфакусаваны і расфакусаваны прамень таксама можна аб'яднаць для зваркі.
7. Прынцып двухпрамянёвай лазернай зваркі
3.1 Двухпрамянёвая лазерная зварка ацынкаваных лістоў
Ацынкаваны сталёвы ліст з'яўляецца найбольш распаўсюджаным матэрыялам у аўтамабільнай прамысловасці. Тэмпература плаўлення сталі складае каля 1500°C, а тэмпература кіпення цынку — усяго 906°C. Таму пры выкарыстанні метаду зваркі плаўленнем звычайна ўтвараецца вялікая колькасць пароў цынку, што прыводзіць да нестабільнасці працэсу зваркі, утвараючы поры ў зварным шве. Пры злучэннях унахлест выпарэнне ацынкаванага пласта адбываецца не толькі на верхняй і ніжняй паверхнях, але і на паверхні злучэння. Падчас працэсу зваркі пары цынку хутка выкідваюцца з паверхні расплаўленай ванны ў некаторых зонах, а ў іншых зонах парам цынку цяжка выйсці з расплаўленай ванны. На паверхні ванны якасць зваркі вельмі нестабільная.
Двухпрамянёвая лазерная зварка можа вырашыць праблемы якасці зваркі, выкліканыя парамі цынку. Адзін з метадаў - кантраляваць час існавання і хуткасць астуджэння расплаўленай ванны шляхам разумнага супастаўлення энергіі двух прамянёў для палягчэння выхаду пароў цынку; другі метад - вызваленне пароў цынку шляхам папярэдняй прабіўкі або нанясення канавок. Як паказана на малюнку 6-31, для зваркі выкарыстоўваецца CO2-лазер. YAG-лазер знаходзіцца перад CO2-лазерам і выкарыстоўваецца для свідравання адтулін або выразання канавок. Папярэдне апрацаваныя адтуліны або канаўкі забяспечваюць шлях выхаду пароў цынку, якія ўтвараюцца падчас наступнай зваркі, перашкаджаючы ім заставацца ў расплаўленай ванне і ўтвараць дэфекты.
3.2 Двухпрамянёвая лазерная зварка алюмініевага сплаву
З-за асаблівых характарыстык алюмініевых сплаваў пры выкарыстанні лазернай зваркі ўзнікаюць наступныя цяжкасці [39]: алюмініевы сплаў мае нізкі каэфіцыент паглынання лазера, а пачатковая адбівальная здольнасць паверхні прамяня CO2-лазера перавышае 90%; швы лазернай зваркі алюмініевых сплаваў лёгка ўтвараюцца: з'яўляецца сітаватасць, расколіны, элементы сплаву могуць выгараць падчас зваркі і г.д. Пры выкарыстанні аднапрамянёвай лазернай зваркі цяжка стварыць замочную свідравіну і падтрымліваць стабільнасць. Двухпрамянёвая лазерная зварка можа павялічыць памер замочнай свідравіны, што ўскладняе яе закрыццё, што спрыяе газаваму разраду. Яна таксама можа знізіць хуткасць астуджэння і паменшыць з'яўленне пор і расколін пры зварцы. Паколькі працэс зваркі больш стабільны, а колькасць распырсквання памяншаецца, форма паверхні зваркі, атрыманая пры двухпрамянёвай зварцы алюмініевых сплаваў, таксама значна лепшая, чым пры аднапрамянёвай зварцы. На малюнку 6-32 паказаны знешні выгляд зварнога шва пры стыкавай зварцы алюмініевага сплаву таўшчынёй 3 мм з выкарыстаннем аднапрамянёвага і двухпрамянёвага лазера CO2.
Даследаванні паказваюць, што пры зварцы алюмініевага сплаву серыі 5000 таўшчынёй 2 мм, калі адлегласць паміж двума прамянямі складае 0,6~1,0 мм, працэс зваркі адносна стабільны, а ўтвораная адтуліна ў выглядзе замочнай свідравіны большая, што спрыяе выпарэнню і выхаду магнію падчас зваркі. Калі адлегласць паміж двума прамянямі занадта малая, працэс зваркі аднаго прамяня будзе нестабільным. Калі адлегласць занадта вялікая, гэта паўплывае на праварку зваркі, як паказана на малюнку 6-33. Акрамя таго, суадносіны энергій двух прамянёў таксама аказвае вялікі ўплыў на якасць зваркі. Калі два прамяні з адлегласцю 0,9 мм размешчаны паслядоўна для зваркі, энергію папярэдняга прамяня неабходна адпаведна павялічыць, каб суадносіны энергій двух прамянёў да і пасля было больш за 1:1. Гэта дапамагае палепшыць якасць зварнога шва, павялічыць плошчу плаўлення і пры гэтым атрымаць гладкі і прыгожы зварны шво пры высокай хуткасці зваркі.
3.3 Двухпрамянёвая зварка пласцін рознай таўшчыні
У прамысловай вытворчасці часта ўзнікае неабходнасць зварваць дзве або больш металічных пласцін рознай таўшчыні і формы для атрымання зрошчанай пласціны. Асабліва ў аўтамабільнай вытворчасці ўсё больш распаўсюджаным становіцца ўжыванне звараных на заказ загатовак. Зварваючы пласціны з рознымі характарыстыкамі, пакрыццём паверхні або ўласцівасцямі, можна павялічыць трываласць, скараціць расходныя матэрыялы і знізіць якасць. Лазерная зварка пласцін рознай таўшчыні звычайна выкарыстоўваецца пры зварцы панэляў. Асноўная праблема заключаецца ў тым, што пласціны, якія падлягаюць зварцы, павінны быць папярэдне адпрацаваны з высокадакладнымі беражкамі і забяспечваць высокую дакладнасць зборкі. Выкарыстанне двухпрамянёвай зваркі пласцін няроўнай таўшчыні дазваляе адаптавацца да розных змен у зазорах паміж пласцінамі, стыковых злучэннях, адноснай таўшчыні і матэрыялах пласцін. Гэта дазваляе зварваць пласціны з большымі допускамі на беражкі і зазоры, а таксама паляпшаць хуткасць і якасць зваркі.
Асноўныя параметры працэсу зваркі пласцін рознай таўшчыні ў Shuangguangdong можна падзяліць на параметры зваркі і параметры пласціны, як паказана на малюнку. Параметры зваркі ўключаюць магутнасць двух лазерных прамянёў, хуткасць зваркі, становішча фокусу, кут зварачнай галоўкі, кут павароту прамяня ўстык двухпрамянёвага злучэння і зрушэнне зваркі і г.д. Параметры дошкі ўключаюць памер матэрыялу, прадукцыйнасць, умовы абрэзкі, зазоры паміж дошкамі і г.д. Магутнасць двух лазерных прамянёў можна рэгуляваць асобна ў залежнасці ад розных мэтаў зваркі. Пазіцыя фокусу звычайна размяшчаецца на паверхні тонкай пласціны для дасягнення стабільнага і эфектыўнага працэсу зваркі. Кут зварачнай галоўкі звычайна выбіраецца каля 6. Калі таўшчыня дзвюх пласцін адносна вялікая, можна выкарыстоўваць станоўчы кут зварачнай галоўкі, гэта значыць лазер нахілены да тонкай пласціны, як паказана на малюнку; калі таўшчыня пласціны адносна невялікая, можна выкарыстоўваць адмоўны кут зварачнай галоўкі. Зрушэнне зваркі вызначаецца як адлегласць паміж фокусам лазера і краем тоўстай пласціны. Рэгулюючы зрушэнне зваркі, можна паменшыць велічыню ўвагнутасці зваркі і атрымаць добры папярочны сячэнне зваркі.
Пры зварцы пласцін з вялікімі зазорамі можна павялічыць эфектыўны дыяметр нагрэву прамяня, павярнуўшы падвойны кут прамяня, каб атрымаць добрую магчымасць запаўнення зазораў. Шырыня верхняй часткі зварнога шва вызначаецца эфектыўным дыяметрам прамяня двух лазерных прамянёў, гэта значыць вуглом павароту прамяня. Чым большы вугал павароту, тым шырэйшы дыяпазон нагрэву падвойнага прамяня і тым большая шырыня верхняй часткі зварнога шва. Два лазерныя прамяні выконваюць розныя ролі ў працэсе зваркі. Адзін у асноўным выкарыстоўваецца для пранікнення ў шво, а другі — для плаўлення матэрыялу тоўстай пласціны для запаўнення зазору. Як паказана на малюнку 6-35, пад станоўчым вуглом павароту прамяня (пярэдні прамень дзейнічае на тоўстую пласціну, задні прамень — на зварны шов) пярэдні прамень падае на тоўстую пласціну, награваючы і плаўляючы матэрыял, а наступны лазерны прамень стварае пранікненне. Першы лазерны прамень спераду можа толькі часткова расплавіць тоўстую пласціну, але ён уносіць значны ўклад у працэс зваркі, бо ён не толькі плавіць бок тоўстай пласціны для лепшага запаўнення зазору, але і папярэдне злучае матэрыял злучэння, каб наступныя прамяні лягчэй зварвалі праз злучэнні, што дазваляе хутчэй зварваць. Пры падвойнай зварцы з адмоўным вуглом павароту (пярэдні прамень дзейнічае на зварны шво, а задні — на тоўстую пласціну) два прамяні маюць прама супрацьлеглы эфект. Першы прамень плавіць злучэнне, а другі — тоўстую пласціну, каб запоўніць яго зазор. У гэтым выпадку пярэдні прамень павінен зварваць праз халодную пласціну, і хуткасць зваркі павольнейшая, чым пры выкарыстанні дадатнага вугла павароту прамяня. А з-за эфекту папярэдняга нагрэву папярэдняга прамяня другі прамень расплавіць больш тоўстага матэрыялу пласціны пры той жа магутнасці. У гэтым выпадку магутнасць другога лазернага прамяня павінна быць адпаведна зніжана. Для параўнання, выкарыстанне дадатнага вугла павароту прамяня можа адпаведна павялічыць хуткасць зваркі, а выкарыстанне адмоўнага вугла павароту прамяня можа дасягнуць лепшага запаўнення зазору. На малюнку 6-36 паказаны ўплыў розных вуглоў павароту прамяня на папярочны сячэнне зварнога шва.
3.4 Двухпрамянёвая лазерная зварка вялікіх тоўстых пласцін З паляпшэннем узроўню магутнасці лазера і якасці прамяня лазерная зварка вялікіх тоўстых пласцін стала рэальнасцю. Аднак, паколькі магутныя лазеры дарагія, а зварка вялікіх тоўстых пласцін звычайна патрабуе прысадачнага металу, існуюць пэўныя абмежаванні ў рэальнай вытворчасці. Выкарыстанне тэхналогіі двухпрамянёвай лазернай зваркі можа не толькі павялічыць магутнасць лазера, але і павялічыць эфектыўны дыяметр нагрэву прамяня, павялічыць здольнасць плаўлення прысадачнага дроту, стабілізаваць лазерную адтуліну, палепшыць стабільнасць зваркі і палепшыць якасць зваркі.
Час публікацыі: 29 красавіка 2024 г.
