V primerjavi s tradicionalno varilno tehnologijo,lasersko varjenjeima neprimerljive prednosti pri natančnosti varjenja, učinkovitosti, zanesljivosti, avtomatizaciji in drugih vidikih. V zadnjih letih se hitro razvija na področju avtomobilizma, energetike, elektronike in drugih področjih ter velja za eno najbolj obetavnih proizvodnih tehnologij v 21. stoletju.
1. Pregled dvojnega žarkalasersko varjenje
Dvojni žareklasersko varjenjeje uporaba optičnih metod za ločevanje istega laserja na dva ločena žarka svetlobe za varjenje ali uporaba dveh različnih vrst laserjev za kombiniranje, kot so CO2 laser, Nd:YAG laser in polprevodniški laser visoke moči. Vse se lahko kombinira. Predlagano je bilo predvsem reševanje prilagodljivosti laserskega varjenja natančnosti montaže, izboljšanje stabilnosti varilnega procesa in izboljšanje kakovosti zvara. Dvojni žareklasersko varjenjelahko priročno in prilagodljivo prilagodi temperaturno polje varjenja s spreminjanjem razmerja energije žarka, razmika med žarkom in celo vzorca porazdelitve energije dveh laserskih žarkov, spreminja vzorec obstoja ključavnice in vzorec toka tekoče kovine v staljeni bazenu. Omogoča večjo izbiro varilnih postopkov. Nima le prednosti velikegalasersko varjenjepenetracijo, hitro hitrostjo in visoko natančnostjo, vendar je primeren tudi za materiale in spoje, ki jih je težko variti z običajnimilasersko varjenje.
Za dvojni žareklasersko varjenje, najprej razpravljamo o metodah izvedbe laserja z dvojnim žarkom. Izčrpna literatura kaže, da obstajata dva glavna načina za doseganje dvožarkovnega varjenja: fokusiranje transmisije in fokusiranje refleksije. Natančneje, enega dosežemo s prilagajanjem kota in razmika dveh laserjev s pomočjo zrcal za ostrenje in kolimacijskih zrcal. Drugi se doseže z uporabo laserskega vira in nato fokusiranjem z odbojnimi zrcali, prepustnimi zrcali in klinastimi zrcali, da se dosežejo dvojni žarki. Pri prvi metodi obstajajo predvsem tri oblike. Prva oblika je združiti dva laserja skozi optična vlakna in ju razdeliti na dva različna žarka pod istim kolimacijskim zrcalom in zrcalom za ostrenje. Drugi je ta, da dva laserja oddajata laserska žarka skozi vsaka varilna glava, dvojni žarek pa nastane s prilagajanjem prostorskega položaja varilnih glav. Tretja metoda je, da se laserski žarek najprej razdeli skozi dve ogledali 1 in 2, nato pa se fokusira z dvema fokusirnima ogledaloma 3 oziroma 4. Položaj in razdaljo med dvema goriščnima točkama je mogoče prilagoditi s prilagoditvijo kotov obeh zrcal za ostrenje 3 in 4. Druga metoda je uporaba polprevodniškega laserja za razdelitev svetlobe, da se dosežejo dvojni žarki, ter prilagoditev kota in razmik skozi perspektivno zrcalo in zrcalo za ostrenje. Zadnji dve sliki v prvi vrstici spodaj prikazujeta spektroskopski sistem CO2 laserja. Ravno zrcalo je zamenjano s klinastim zrcalom in postavljeno pred zrcalo za ostrenje, da se svetloba razdeli, da se doseže vzporedna svetloba z dvojnim žarkom.
Po razumevanju izvedbe dvojnih nosilcev na kratko predstavimo principe in metode varjenja. V dvojnem žarkulasersko varjenjeObstajajo tri skupne razporeditve žarkov, in sicer serijska razporeditev, vzporedna razporeditev in hibridna razporeditev. tkanino, kar pomeni, da obstaja razdalja tako v smeri varjenja kot v navpični smeri varjenja. Kot je prikazano v zadnji vrstici slike, jih lahko glede na različne oblike majhnih lukenj in staljenih bazenčkov, ki se med postopkom serijskega varjenja pojavijo pod različnimi razmiki točk, nadalje razdelimo na posamezne taline. Obstajajo tri stanja: bazen, skupni bazen staline in ločen bazen staline. Značilnosti posameznega staljenega bazena in ločenega staljenega bazena so podobne tistim pri enojnemlasersko varjenje, kot je prikazano v diagramu numerične simulacije. Za različne vrste obstajajo različni učinki procesa.
Tip 1: Pod določenim razmikom točk dve ključavnici snopa tvorita skupno veliko ključavnico v istem staljenem bazenu; za tip 1 poročajo, da se en žarek svetlobe uporablja za ustvarjanje majhne luknje, drugi žarek svetlobe pa se uporablja za toplotno obdelavo pri varjenju, kar lahko učinkovito izboljša strukturne lastnosti jekla z visoko vsebnostjo ogljika in legiranega jekla.
Tip 2: Povečajte razmik točk v istem bazenu staljene raztopine, ločite dva žarka v dve neodvisni ključavnici in spremenite vzorec toka bazena staljene raztopine; za tip 2 je njegova funkcija enakovredna varjenju z dvema elektronskima žarkoma, Zmanjša brizganje zvarov in nepravilne zvare pri ustrezni goriščni razdalji.
Tip 3: Dodatno povečajte razmik točk in spremenite energijsko razmerje obeh žarkov, tako da se eden od obeh žarkov uporablja kot vir toplote za izvedbo obdelave pred varjenjem ali po varjenju med postopkom varjenja, drugi žarek pa se uporablja za ustvarjanje majhnih lukenj. Pri tipu 3 je študija pokazala, da oba žarka tvorita ključavnico, majhne luknje ni enostavno zrušiti, zvara pa ni enostavno ustvariti por.
2. Vpliv varilnega postopka na kvaliteto varjenja
Vpliv serijskega razmerja žarek-energija na tvorbo zvarnega šiva
Ko je moč laserja 2kW, hitrost varjenja 45 mm/s, stopnja defokusiranja 0 mm in razmik žarka 3 mm, je oblika površine zvara pri spreminjanju RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) kot prikazano na sliki. Pri RS=0,50 in 2,00 je zvar bolj udrt in na robu zvara je več brizganja, ne da bi se oblikovali pravilni vzorci ribjih lusk. To je zato, ker ko je energijsko razmerje žarka premajhno ali preveliko, je laserska energija preveč koncentrirana, zaradi česar laserska luknjica med postopkom varjenja resneje niha, povratni tlak pare pa povzroči izmet in brizganje staljene snovi. bazenska kovina v staljenem bazenu; Prekomerni vnos toplote povzroči, da je globina prodiranja staljenega bazena na strani aluminijeve zlitine prevelika, kar povzroči vdolbino pod delovanjem gravitacije. Pri RS=0,67 in 1,50 je vzorec ribje luske na površini vara enoten, oblika vara je lepša, na površini vara ni vidnih vročih razpok, por in drugih napak pri varjenju. Oblike prereza zvarov z različnimi energijskimi razmerji žarkov RS so kot na sliki. Prečni prerez zvarov je v tipični obliki "vinskega kozarca", kar pomeni, da postopek varjenja poteka v načinu laserskega varjenja z globokim prebojem. RS ima pomemben vpliv na globino preboja P2 zvara na strani aluminijeve zlitine. Ko je energijsko razmerje žarka RS=0,5, je P2 1203,2 mikronov. Ko je energijsko razmerje žarka RS=0,67 in 1,5, se P2 znatno zmanjša, kar je 403,3 mikronov oziroma 93,6 mikronov. Ko je energijsko razmerje žarka RS=2, je globina preboja zvara prereza spoja 1151,6 mikronov.
Vpliv razmerja vzporedni žarek-energija na tvorbo zvarnega šiva
Ko je moč laserja 2,8 kW, hitrost varjenja 33 mm/s, količina defokusiranja 0 mm in razmik žarka 1 mm, se zvarna površina pridobi s spremembo energijskega razmerja žarka (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) Videz je prikazan na sliki. Ko je RS=2, je vzorec ribje luske na površini zvara relativno nepravilen. Površina zvara, dobljena z drugimi petimi različnimi energijskimi razmerji žarkov, je dobro oblikovana in ni vidnih napak, kot so pore in brizganje. Zato v primerjavi s serijskim dvojnim žarkomlasersko varjenje, je površina zvara z uporabo vzporednih dvojnih žarkov bolj enotna in lepa. Pri RS=0,25 je v zvaru rahla vdolbina; ko se energijsko razmerje žarka postopoma povečuje (RS=0,5, 0,67 in 1,5), je površina zvara enakomerna in ne nastane vdolbina; ko pa se energijsko razmerje žarka še poveča ( RS=1,50, 2,00), pa so na površini zvara vdolbine. Ko je energijsko razmerje žarka RS=0,25, 1,5 in 2, je oblika prečnega prereza zvara "v obliki kozarca za vino"; pri RS=0,50, 0,67 in 1 je oblika prečnega prereza zvara "lijakasta". Ko je RS=4, ne nastanejo le razpoke na dnu zvara, temveč tudi nekaj por v srednjem in spodnjem delu zvara. Ko je RS=2, se znotraj zvara pojavijo velike procesne pore, vendar se ne pojavijo razpoke. Ko je RS=0,5, 0,67 in 1,5, je globina preboja P2 zvara na strani aluminijeve zlitine manjša, prečni prerez zvara je dobro oblikovan in ne nastanejo očitne napake pri varjenju. Ti kažejo, da ima razmerje energij žarka pri vzporednem dvožarkovnem laserskem varjenju pomemben vpliv tudi na preboj zvara in napake pri varjenju.
Vzporedni snop – vpliv razmika snopa na nastanek varilnega šiva
Ko je moč laserja 2,8 kW, hitrost varjenja 33 mm/s, količina defokusiranja 0 mm in energijsko razmerje žarka RS=0,67, spremenite razmik žarka (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), da dobite morfologijo površine zvara, kot prikazuje slika. Ko je d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, je površina zvara gladka in ravna, oblika pa lepa; vzorec ribje luske na zvaru je pravilen in lep ter ni vidnih por, razpok in drugih napak. Zato je pod pogoji razmika štirih žarkov površina zvara dobro oblikovana. Poleg tega, ko d=2 mm, nastaneta dva različna zvara, kar kaže, da dva vzporedna laserska žarka ne delujeta več na bazo staline in ne moreta tvoriti učinkovitega dvožarkovnega laserskega hibridnega varjenja. Ko je razmik snopa 0,5 mm, je zvar v obliki lijaka, globina preboja P2 zvara na strani aluminijeve zlitine je 712,9 mikronov, znotraj zvara pa ni razpok, por in drugih napak. Ko se razmik žarkov še naprej povečuje, se globina preboja P2 zvara na strani aluminijeve zlitine znatno zmanjša. Ko je razmik žarkov 1 mm, je globina preboja zvara na strani aluminijeve zlitine samo 94,2 mikronov. Ko se razmik žarka še povečuje, zvar ne tvori učinkovite penetracije na strani aluminijeve zlitine. Zato je učinek rekombinacije dvojnega žarka najboljši, če je razmik med žarki 0,5 mm. Ko se razmik med žarki poveča, se vnos toplote pri varjenju močno zmanjša, učinek dvožarkovne laserske rekombinacije pa postopoma postane slabši.
Razlika v morfologiji zvara je posledica različnega toka in strjevanja pri hlajenju staljene mase med postopkom varjenja. Metoda numerične simulacije lahko ne le naredi analizo napetosti bazena staline bolj intuitivno, ampak tudi zmanjša stroške eksperimenta. Spodnja slika prikazuje spremembe v stranskem talilnem bazenu z enim žarkom, različnimi razporeditvami in razmikom točk. Glavni sklepi vključujejo: (1) Med enosmernim žarkomlasersko varjenjeproces, globina luknje staljenega bazena je najgloblja, obstaja pojav zrušitve luknje, stena luknje je nepravilna in porazdelitev polja toka v bližini stene luknje je neenakomerna; blizu zadnje površine bazena staljene plasti. Ponovni tok je močan in na dnu bazena staline je povratni tok navzgor; porazdelitev polja toka površinskega staljenega bazena je relativno enakomerna in počasna, širina staljenega bazena pa je neenakomerna vzdolž smeri globine. Obstaja motnja, ki jo povzroča povratni tlak stene v bazenu staline med majhnimi luknjami v dvojnem nosilculasersko varjenje, in vedno obstaja vzdolž smeri globine majhnih lukenj. Ko se razdalja med obema žarkoma še naprej povečuje, energijska gostota žarka postopoma prehaja iz stanja z enim vrhom v stanje z dvojnim vrhom. Med obema vrhovoma je minimalna vrednost, energijska gostota pa se postopoma zmanjšuje. (2) Za dvojni žareklasersko varjenje, ko je razmik med točkami 0-0,5 mm, se globina majhnih lukenj staljenega bazena nekoliko zmanjša, splošno obnašanje toka staljenega bazena pa je podobno kot pri enosmernem pretoku.lasersko varjenje; ko je razmik točk nad 1 mm, so majhne luknjice popolnoma ločene, med postopkom varjenja pa skoraj ni interakcije med dvema laserjema, kar je enakovredno dvema zaporednima/dvema vzporednima enožarkovnima laserskima varjenjem z močjo 1750W. Učinka predgretja skoraj ni, obnašanje toka bazena staline pa je podobno kot pri laserskem varjenju z enim žarkom. (3) Ko je razmik med točkami 0,5-1 mm, je površina stene majhnih lukenj bolj ravna v obeh razporeditvah, globina majhnih lukenj se postopoma zmanjšuje, dno pa se postopoma loči. Motnja med majhnimi luknjami in pretokom površinske staljene mase je 0,8 mm. Najmočnejši. Pri serijskem varjenju se dolžina bazena staline postopoma povečuje, širina je največja, ko je razmik točk 0,8 mm, učinek predgretja pa je najbolj očiten, ko je razmik točk 0,8 mm. Učinek Marangonijeve sile postopoma oslabi in več kovinske tekočine teče na obe strani bazena staline. Naj bo porazdelitev taline po širini bolj enakomerna. Pri vzporednem varjenju se širina bazena staline postopoma povečuje, dolžina pa je največja pri 0,8 mm, vendar ni učinka predgretja; povratni tok blizu površine, ki ga povzroča Marangonijeva sila, vedno obstaja, povratni tok navzdol na dnu majhne luknje pa postopoma izgine; polje prečnega pretoka ni tako dobro kot Močno je v serijah, motnja skoraj ne vpliva na tok na obeh straneh bazena staline, širina staline pa je neenakomerno porazdeljena.
Čas objave: 12. oktober 2023
