Predlagana je metoda varjenja z dvojnim žarkom, predvsem za rešitev prilagodljivostilasersko varjenjeza natančnost montaže, izboljšanje stabilnosti varilnega postopka in izboljšanje kakovosti zvara, zlasti pri varjenju tankih plošč in varjenju aluminijevih zlitin. Lasersko varjenje z dvojnim žarkom lahko uporablja optične metode za ločevanje istega laserja na dva ločena žarka svetlobe za varjenje. Uporablja lahko tudi dve različni vrsti laserjev za kombiniranje, CO2 laser, Nd:YAG laser in polprevodniški laser visoke moči. lahko kombiniramo. S spreminjanjem energije žarka, razmika žarka in celo vzorca porazdelitve energije obeh žarkov je mogoče temperaturno polje varjenja prilagoditi priročno in prilagodljivo, spremeniti vzorec obstoja lukenj in vzorec toka tekoče kovine v staljeni bazenu , ki zagotavlja boljšo rešitev za postopek varjenja. Ogromen prostor izbire je neprimerljiv z enožarkovnim laserskim varjenjem. Ne le, da ima prednosti velike penetracije laserskega varjenja, visoke hitrosti in visoke natančnosti, ampak ima tudi veliko prilagodljivost materialom in spojem, ki jih je težko variti z običajnim laserskim varjenjem.
Načelolasersko varjenje z dvojnim žarkom
Dvožarno varjenje pomeni uporabo dveh laserskih žarkov hkrati med postopkom varjenja. Razporeditev žarkov, razmik med žarki, kot med žarkoma, položaj ostrenja in energijsko razmerje med žarkoma so vse pomembne nastavitve pri laserskem varjenju z dvojnim žarkom. parameter. Običajno obstajata med postopkom varjenja dva načina za razporeditev dvojnih nosilcev. Kot je prikazano na sliki, je eden razporejen zaporedno vzdolž smeri varjenja. Ta ureditev lahko zmanjša hitrost ohlajanja bazena staline. Zmanjša nagnjenost kaljenosti zvara in nastanek por. Drugi je, da jih razporedite enega ob drugem ali navzkrižno na obeh straneh zvara, da izboljšate prilagodljivost na zvarno režo.
Načelo laserskega varjenja z dvojnim žarkom
Dvožarno varjenje pomeni uporabo dveh laserskih žarkov hkrati med postopkom varjenja. Razporeditev žarkov, razmik med žarki, kot med žarkoma, položaj ostrenja in energijsko razmerje med žarkoma so vse pomembne nastavitve pri laserskem varjenju z dvojnim žarkom. parameter. Običajno obstajata med postopkom varjenja dva načina za razporeditev dvojnih nosilcev. Kot je prikazano na sliki, je eden razporejen zaporedno vzdolž smeri varjenja. Ta ureditev lahko zmanjša hitrost ohlajanja bazena staline. Zmanjša nagnjenost kaljenosti zvara in nastanek por. Drugi je, da jih razporedite enega ob drugem ali navzkrižno na obeh straneh zvara, da izboljšate prilagodljivost na zvarno režo.
Za tandemsko razporejen laserski varilni sistem z dvojnim žarkom obstajajo trije različni varilni mehanizmi glede na razdaljo med sprednjim in zadnjim žarkom, kot je prikazano na spodnji sliki.
1. Pri prvem tipu varilnega mehanizma je razdalja med dvema svetlobnima žarkoma relativno velika. En žarek svetlobe ima večjo energijsko gostoto in je usmerjen na površino obdelovanca, da ustvari ključavnice v varjenju; drugi snop svetlobe ima manjšo energijsko gostoto. Uporablja se le kot vir toplote za toplotno obdelavo pred in po varjenju. Z uporabo tega varilnega mehanizma je mogoče nadzorovati hitrost hlajenja varilnega bazena v določenem območju, kar je koristno za varjenje nekaterih materialov z visoko občutljivostjo na razpoke, kot je visokoogljično jeklo, legirano jeklo itd., in lahko tudi izboljša žilavost zvara.
2. Pri drugi vrsti varilnega mehanizma je razdalja fokusa med dvema svetlobnima žarkoma relativno majhna. Dva žarka svetlobe ustvarita dve neodvisni ključavnici v varilnem bazenu, kar spremeni vzorec toka tekoče kovine in pomaga preprečiti zaseg. Odpravi lahko pojav napak, kot so robovi in izbokline zvarov, ter izboljša nastanek zvara.
3. Pri tretjem tipu varilnega mehanizma je razdalja med svetlobnima snopoma zelo majhna. V tem času oba žarka svetlobe ustvarita isto ključavnico v varilnem bazenu. V primerjavi z laserskim varjenjem z enim žarkom, ker velikost ključavnice postane večja in je ni enostavno zapreti, je postopek varjenja bolj stabilen in plin se lažje odvaja, kar je koristno za zmanjšanje por in brizganja ter pridobivanje neprekinjenega, enakomernega in lepi zvari.
Med postopkom varjenja lahko dva laserska žarka izvedemo tudi pod določenim kotom drug na drugega. Varilni mehanizem je podoben vzporednemu varilnemu mehanizmu z dvojnim žarkom. Rezultati testiranja kažejo, da lahko z uporabo dveh visokozmogljivih OO s kotom 30° drug proti drugemu in razdaljo 1~2 mm laserski žarek ustvari ključavnico v obliki lijaka. Velikost ključavnice je večja in bolj stabilna, kar lahko učinkovito izboljša kakovost varjenja. V praktičnih aplikacijah se lahko medsebojna kombinacija obeh svetlobnih žarkov spreminja glede na različne varilne pogoje, da se dosežejo različni varilni postopki.
6. Način izvedbe dvožarkovnega laserskega varjenja
Zajem dvojnih žarkov lahko dosežemo s kombiniranjem dveh različnih laserskih žarkov ali pa en laserski žarek razdelimo na dva laserska žarka za varjenje z uporabo optičnega spektrometričnega sistema. Za razdelitev žarka svetlobe na dva vzporedna laserska žarka različnih moči lahko uporabimo spektroskop ali kakšen poseben optični sistem. Na sliki sta prikazana dva shematična diagrama principov cepitve svetlobe z uporabo fokusnih zrcal kot cepilnikov žarkov.
Poleg tega lahko reflektor uporabimo tudi kot cepilnik žarka, zadnji reflektor na optični poti pa lahko uporabimo kot cepilnik žarka. To vrsto reflektorja imenujemo tudi strešni reflektor. Njegova odsevna površina ni ravna površina, ampak je sestavljena iz dveh ravnin. Presek obeh odsevnih površin se nahaja na sredini zrcalne površine, podobno kot sleme strehe, kot je prikazano na sliki. Žarek vzporedne svetlobe sveti na spektroskop, odbije ga dve ravnini pod različnimi koti, da tvorita dva svetlobna žarka, in sveti na različne položaje zrcala za fokusiranje. Po fokusiranju dobimo dva svetlobna snopa na določeni razdalji na površini obdelovanca. S spreminjanjem kota med obema zrcalnima površinama in položajem strehe lahko dobimo razcepljene svetlobne snope z različnimi goriščnimi razdaljami in razporeditvami.
Pri uporabi dveh različnih vrstlaserski žarki to tvorijo dvojni žarek, kombinacij je veliko. Visokokakovosten CO2 laser z Gaussovo porazdelitvijo energije se lahko uporablja za glavno varilno delo, polprevodniški laser s pravokotno porazdelitvijo energije pa lahko uporabimo kot pomoč pri toplotni obdelavi. Po eni strani je ta kombinacija bolj ekonomična. Po drugi strani pa je moč obeh svetlobnih žarkov mogoče nastaviti neodvisno. Za različne oblike spojev je mogoče doseči nastavljivo temperaturno polje z nastavitvijo prekrivajočega se položaja laserja in polprevodniškega laserja, kar je zelo primerno za varjenje. Nadzor procesa. Poleg tega je YAG laser in CO2 laser mogoče kombinirati tudi v dvojni žarek za varjenje, zvezni laser in pulzni laser je mogoče kombinirati za varjenje, fokusirani žarek in defokusiran žarek pa je mogoče kombinirati tudi za varjenje.
7. Princip dvožarkovnega laserskega varjenja
3.1 Dvožarno lasersko varjenje pocinkane pločevine
Pocinkana jeklena pločevina je najpogosteje uporabljen material v avtomobilski industriji. Tališče jekla je okoli 1500°C, medtem ko je vrelišče cinka le 906°C. Zato pri uporabi metode varjenja s taljenjem običajno nastane velika količina cinkove pare, zaradi česar je postopek varjenja nestabilen. , ki tvorijo pore v zvaru. Pri prekrivnih spojih se izhlapevanje pocinkanega sloja ne pojavi le na zgornji in spodnji površini, temveč tudi na površini spoja. Med postopkom varjenja cinkova para na nekaterih območjih hitro izstopi iz površine bazena staline, na drugih področjih pa cinkova para težko uide iz bazena staline. Na površini bazena je kakovost varjenja zelo nestabilna.
Lasersko varjenje z dvojnim žarkom lahko reši težave s kakovostjo varjenja, ki jih povzročajo cinkove pare. Ena metoda je nadzor nad časom obstoja in hitrostjo ohlajanja bazena staline z razumnim usklajevanjem energije obeh žarkov, da se olajša uhajanje cinkovih hlapov; druga metoda je sprostitev cinkovih hlapov s predhodnim luknjanjem ali utorom. Kot je prikazano na sliki 6-31, se za varjenje uporablja CO2 laser. YAG laser je pred CO2 laserjem in se uporablja za vrtanje lukenj ali rezanje utorov. Vnaprej obdelane luknje ali utori zagotavljajo izhod za cinkove pare, ki nastanejo med kasnejšim varjenjem, in preprečujejo, da ostanejo v bazenu staline in tvorijo napake.
3.2 Dvožarno lasersko varjenje aluminijeve zlitine
Zaradi posebnih lastnosti materialov iz aluminijevih zlitin obstajajo naslednje težave pri uporabi laserskega varjenja [39]: aluminijeva zlitina ima nizko stopnjo absorpcije laserja in začetna odbojnost površine laserskega žarka CO2 presega 90 %; Lasersko varjene šive iz aluminijeve zlitine je enostavno izdelati Poroznost, razpoke; vžiganje legiranih elementov med varjenjem itd. Pri uporabi enojnega laserskega varjenja je težko vzpostaviti ključavnico in ohraniti stabilnost. Lasersko varjenje z dvojnim žarkom lahko poveča velikost ključavnice, zaradi česar se ključavnica težko zapre, kar je koristno za izpust plina. Prav tako lahko zmanjša hitrost hlajenja in zmanjša nastanek por in varilnih razpok. Ker je postopek varjenja bolj stabilen in se zmanjša količina brizganja, je tudi oblika zvarne površine, ki jo dobimo pri dvožarkovnem varjenju aluminijevih zlitin, bistveno boljša kot pri enožarkovnem varjenju. Slika 6-32 prikazuje videz zvara pri sočelnem varjenju aluminijeve zlitine debeline 3 mm z enožarkovnim in dvožarkovnim laserskim varjenjem s CO2.
Raziskave kažejo, da je pri varjenju 2 mm debele aluminijeve zlitine serije 5000, ko je razdalja med obema žarkoma 0,6 ~ 1,0 mm, varilni postopek razmeroma stabilen in je oblikovana odprtina ključavnice večja, kar vodi do izhlapevanja in uhajanja magnezija med postopek varjenja. Če je razdalja med nosilcema premajhna, postopek varjenja posameznega nosilca ne bo stabilen. Če je razdalja prevelika, bo to vplivalo na preboj varjenja, kot je prikazano na sliki 6-33. Poleg tega ima na kakovost varjenja velik vpliv energijsko razmerje obeh žarkov. Ko sta dva žarka z razmikom 0,9 mm za varjenje razporejena zaporedno, je treba energijo prejšnjega žarka ustrezno povečati, tako da je energijsko razmerje obeh žarkov pred in za njim večje od 1:1. Koristno je izboljšati kakovost varilnega šiva, povečati območje taljenja in še vedno dobiti gladek in lep varilni šiv, ko je hitrost varjenja visoka.
3.3 Dvožarno varjenje neenakomernih plošč
V industrijski proizvodnji je pogosto potrebno zvariti dve ali več kovinskih plošč različnih debelin in oblik, da se tvori spojena plošča. Predvsem v avtomobilski proizvodnji je uporaba po meri varjenih surovcev čedalje bolj razširjena. Z varjenjem plošč z različnimi specifikacijami, površinskimi prevlekami ali lastnostmi je mogoče povečati trdnost, zmanjšati potrošni material in zmanjšati kakovost. Pri varjenju plošč se običajno uporablja lasersko varjenje plošč različnih debelin. Velika težava je, da morajo biti plošče, ki jih je treba zvariti, vnaprej oblikovane z visoko natančnimi robovi in zagotoviti visoko natančno montažo. Uporaba dvožarkovnega varjenja plošč neenake debeline se lahko prilagodi različnim spremembam v režah med ploščami, čelnih spojih, relativnih debelinah in materialih plošč. Vari lahko plošče z večjimi tolerancami robov in rež ter izboljša hitrost varjenja in kakovost zvara.
Glavne procesne parametre Shuangguangdongovega varjenja plošč neenake debeline lahko razdelimo na varilne parametre in parametre plošč, kot je prikazano na sliki. Varilni parametri vključujejo moč dveh laserskih žarkov, hitrost varjenja, položaj žarišča, kot varilne glave, kot vrtenja žarka čelnega spoja z dvojnim žarkom in odmik pri varjenju itd. Parametri plošče vključujejo velikost materiala, zmogljivost, pogoje obrezovanja, vrzeli med ploščami , itd. Moč obeh laserskih žarkov je mogoče prilagoditi ločeno glede na različne namene varjenja. Položaj fokusa je običajno na površini tanke plošče, da se doseže stabilen in učinkovit postopek varjenja. Kot varilne glave je običajno izbran okoli 6. Če je debelina obeh plošč razmeroma velika, se lahko uporabi pozitiven kot varilne glave, kar pomeni, da je laser nagnjen proti tanki plošči, kot je prikazano na sliki; kadar je debelina plošče relativno majhna, se lahko uporabi negativni kot varilne glave. Varilni odmik je opredeljen kot razdalja med žariščem laserja in robom debele plošče. S prilagoditvijo varilnega odmika je mogoče zmanjšati količino zvarnih udrtin in doseči dober prerez zvara.
Pri varjenju plošč z velikimi režami lahko povečate efektivni premer segrevanja žarka z vrtenjem dvojnega kota žarka, da dosežete dobre zmogljivosti zapolnjevanja rež. Širina vrha zvara je določena z efektivnim premerom žarka dveh laserskih žarkov, to je rotacijskim kotom žarka. Večji kot je vrtenje, širše je območje segrevanja dvojnega nosilca in večja je širina zgornjega dela zvara. Oba laserska žarka imata v procesu varjenja različni vlogi. Ena se v glavnem uporablja za prodiranje šiva, medtem ko se druga v glavnem uporablja za taljenje materiala debele plošče, da zapolni vrzel. Kot je prikazano na sliki 6-35, pod pozitivnim kotom vrtenja žarka (sprednji žarek deluje na debelo ploščo, zadnji žarek deluje na zvar), sprednji žarek vpada na debelo ploščo, da segreje in stopi material, in naslednji Laserski žarek ustvari prodor. Prvi laserski žarek na sprednji strani lahko le delno stopi debelo ploščo, vendar pa veliko prispeva k procesu varjenja, saj ne stopi le stranice debele plošče za boljše zapolnjevanje reže, temveč tudi predhodno spoji spojni material, tako da naslednje tramove Lažje je variti skozi spoje, kar omogoča hitrejše varjenje. Pri varjenju z dvojnim žarkom z negativnim rotacijskim kotom (prednji žarek deluje na zvar, zadnji žarek pa na debelo ploščo) imata žarka ravno nasproten učinek. Prvi žarek topi spoj, drugi žarek pa debelo ploščo, da jo zapolni. vrzel. V tem primeru je za varjenje skozi hladno ploščo potreben sprednji žarek, hitrost varjenja pa je počasnejša kot pri pozitivnem kotu vrtenja žarka. In zaradi učinka predgretja prejšnjega žarka bo zadnji žarek stopil več debelega ploščatega materiala z enako močjo. V tem primeru je treba moč slednjega laserskega žarka ustrezno zmanjšati. Za primerjavo, uporaba pozitivnega kota vrtenja žarka lahko ustrezno poveča hitrost varjenja, uporaba negativnega kota vrtenja žarka pa lahko doseže boljše zapolnjevanje vrzeli. Slika 6-36 prikazuje vpliv različnih kotov zasuka žarka na presek zvara.
3.4 Dvožarno lasersko varjenje velikih debelih plošč Z izboljšanjem moči laserja in kakovosti žarka je postalo lasersko varjenje velikih debelih plošč resničnost. Ker pa so visokozmogljivi laserji dragi in varjenje velikih debelih plošč običajno zahteva dodajno kovino, obstajajo določene omejitve pri dejanski proizvodnji. Uporaba tehnologije laserskega varjenja z dvojnim žarkom lahko ne samo poveča moč laserja, ampak tudi poveča efektivni premer ogrevanja žarka, poveča sposobnost taljenja polnilne žice, stabilizira lasersko ključavnico, izboljša stabilnost varjenja in izboljša kakovost varjenja.
Čas objave: 29. aprila 2024
