In vergelyking met tradisionele sweistegnologie,laser sweiswerkhet ongeëwenaarde voordele in sweis akkuraatheid, doeltreffendheid, betroubaarheid, outomatisering en ander aspekte. In onlangse jare het dit vinnig ontwikkel op die gebied van motors, energie, elektronika en ander velde, en word beskou as een van die mees belowende vervaardigingstegnologieë in die 21ste eeu.
1. Oorsig van dubbelbalklaser sweiswerk
Dubbelbalklaser sweiswerkis om optiese metodes te gebruik om dieselfde laser in twee afsonderlike ligstrale te skei vir sweiswerk, of om twee verskillende tipes lasers te gebruik om te kombineer, soos CO2-laser, Nd: YAG-laser en hoëkrag-halfgeleierlaser. Almal kan gekombineer word. Dit is hoofsaaklik voorgestel om die aanpasbaarheid van lasersweiswerk tot samestelling akkuraatheid op te los, die stabiliteit van die sweisproses te verbeter en die kwaliteit van die sweislas te verbeter. Dubbelbalklaser sweiswerkkan die sweistemperatuurveld gerieflik en buigsaam aanpas deur die straalenergieverhouding, straalspasiëring en selfs die energieverspreidingspatroon van die twee laserstrale te verander, die bestaanspatroon van die sleutelgat en die vloeipatroon van vloeibare metaal in die gesmelte swembad te verander. Bied 'n wyer keuse van sweisprosesse. Dit het nie net die voordele van groot nielaser sweiswerkpenetrasie, vinnige spoed en hoë presisie, maar is ook geskik vir materiale en lasse wat moeilik is om te sweis met konvensionelelaser sweiswerk.
Vir dubbelbalklaser sweiswerk, bespreek ons eers die implementeringsmetodes van dubbelstraallaser. Omvattende literatuur toon dat daar twee hoof maniere is om dubbelbalksweiswerk te bewerkstellig: transmissiefokusering en refleksiefokusering. Spesifiek word een bereik deur die hoek en spasiëring van twee lasers aan te pas deur fokusspieëls en kollimerende spieëls. Die ander word bereik deur 'n laserbron te gebruik en dan te fokus deur reflekterende spieëls, deurlaatbare spieëls en wigvormige spieëls om dubbele strale te verkry. Vir die eerste metode is daar hoofsaaklik drie vorme. Die eerste vorm is om twee lasers deur optiese vesels te koppel en dit in twee verskillende strale onder dieselfde kollimerende spieël en fokusspieël te verdeel. Die tweede is dat twee lasers laserstrale deur hul onderskeie sweiskoppe uitstuur, en 'n dubbele straal word gevorm deur die ruimtelike posisie van die sweiskoppe aan te pas. Die derde metode is dat die laserstraal eers deur twee spieëls 1 en 2 verdeel word, en dan deur twee fokusspieëls 3 en 4 onderskeidelik gefokus word. Die posisie en afstand tussen die twee brandpunte kan aangepas word deur die hoeke van die twee fokusspieëls 3 en 4 aan te pas. Die tweede metode is om 'n vastestoflaser te gebruik om die lig te verdeel om dubbele strale te verkry, en die hoek en spasiëring deur 'n perspektiefspieël en 'n fokusspieël. Die laaste twee prente in die eerste ry hieronder wys die spektroskopiese stelsel van 'n CO2-laser. Die plat spieël word met 'n wigvormige spieël vervang en voor die fokusspieël geplaas om die lig te verdeel om dubbelstraal-parallelle lig te verkry.
Nadat ons die implementering van dubbele balke verstaan het, kom ons stel kortliks die sweisbeginsels en -metodes bekend. In die dubbelbalklaser sweiswerkproses, is daar drie algemene balkrangskikkings, naamlik reeksrangskikking, parallelle rangskikking en hibriede rangskikking. lap, dit wil sê, daar is 'n afstand in beide die sweisrigting en die sweis vertikale rigting. Soos in die laaste ry van die figuur getoon, kan hulle volgens die verskillende vorms van klein gaatjies en gesmelte poele wat onder verskillende kolspasiëring tydens die reekssweisproses voorkom, verder in enkelsmeltings verdeel word. Daar is drie state: swembad, gemeenskaplike gesmelte swembad en geskeide gesmelte swembad. Die eienskappe van enkel gesmelte swembad en geskeide gesmelte swembad is soortgelyk aan dié van enkellaser sweiswerk, soos getoon in die numeriese simulasiediagram. Daar is verskillende proses-effekte vir verskillende tipes.
Tipe 1: Onder 'n sekere kolspasiëring vorm twee balksleutelgate 'n gemeenskaplike groot sleutelgat in dieselfde gesmelte poel; vir tipe 1 word berig dat een ligstraal gebruik word om 'n klein gaatjie te skep, en die ander ligstraal word gebruik vir sweis hittebehandeling, wat die strukturele eienskappe van hoëkoolstofstaal en legeringstaal effektief kan verbeter.
Tipe 2: Verhoog die kolspasiëring in dieselfde gesmelte swembad, skei die twee balke in twee onafhanklike sleutelgate, en verander die vloeipatroon van die gesmelte swembad; vir tipe 2, sy funksie is gelykstaande aan twee elektronstraal sweiswerk, Verminder sweisspatsels en onreëlmatige sweislasse by die toepaslike brandpunt.
Tipe 3: Vermeerder die kolspasiëring verder en verander die energieverhouding van die twee balke, sodat een van die twee balke as 'n hittebron gebruik word om voorsweis- of na-sweisprosessering tydens die sweisproses uit te voer, en die ander balk word gebruik om klein gaatjies te genereer. Vir tipe 3 het die studie bevind dat die twee balke 'n sleutelgat vorm, die klein gaatjie is nie maklik om in te stort nie, en die sweislas is nie maklik om porieë te produseer nie.
2. Die invloed van sweisproses op sweiskwaliteit
Effek van seriële balk-energie-verhouding op sweisnaatvorming
Wanneer die laserkrag 2kW is, die sweisspoed 45 mm/s, die defokushoeveelheid 0 mm is, en die straalspasiëring 3 mm is, is die sweisoppervlakvorm wanneer RS verander word (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) as in die figuur getoon. Wanneer RS=0.50 en 2.00, is die sweislas in 'n groter mate ingeduik, en daar is meer spatsels op die rand van die sweislas, sonder om gereelde visdopluispatrone te vorm. Dit is omdat wanneer die straalenergieverhouding te klein of te groot is, die laserenergie te gekonsentreer is, wat veroorsaak dat die laserpengat ernstiger oscilleer tydens die sweisproses, en die terugslagdruk van die stoom veroorsaak die uitstoot en spat van die gesmelte swembad metaal in die gesmelte swembad; Oormatige hitte-toevoer veroorsaak dat die penetrasiediepte van die gesmelte swembad aan die kant van die aluminiumlegering te groot is, wat 'n depressie onder die werking van swaartekrag veroorsaak. Wanneer RS=0.67 en 1.50, is die visdopluispatroon op die sweisoppervlak uniform, die sweisvorm is mooier, en daar is geen sigbare sweiswarm krake, porieë en ander sweisdefekte op die sweisoppervlak nie. Die dwarssnitvorms van die sweislasse met verskillende straalenergieverhoudings RS is soos in die figuur getoon. Die deursnee van die sweislasse is in 'n tipiese "wynglasvorm", wat aandui dat die sweisproses in laser-dieppenetrasie-sweismodus uitgevoer word. RS het 'n belangrike invloed op die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringskant. Wanneer die bundelenergieverhouding RS=0.5, is P2 1203.2 mikron. Wanneer die straalenergieverhouding RS=0.67 en 1.5 is, word P2 aansienlik verminder, wat onderskeidelik 403.3 mikron en 93.6 mikron is. Wanneer die balkenergieverhouding RS=2 is, is die sweispenetrasiediepte van die lasdeursnit 1151.6 mikron.
Effek van parallelle balk-energie-verhouding op sweisnaatvorming
Wanneer die laserkrag 2.8kW is, die sweisspoed 33mm/s is, die defokushoeveelheid 0mm is, en die straalspasiëring 1mm is, word die sweisoppervlak verkry deur die straalenergieverhouding te verander (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5 , 2, 4) Die voorkoms word in die figuur getoon. Wanneer RS=2, is die visdopluispatroon op die oppervlak van die sweislas relatief onreëlmatig. Die oppervlak van die sweislas wat deur die ander vyf verskillende straalenergieverhoudings verkry word, is goed gevorm, en daar is geen sigbare defekte soos porieë en spatsels nie. Daarom, in vergelyking met seriële dual-beamlaser sweiswerk, die sweisoppervlak met parallelle dubbele balke is meer eenvormig en mooi. Wanneer RS=0.25 is daar 'n effense indrukking in die sweislas; namate die straalenergieverhouding geleidelik toeneem (RS=0.5, 0.67 en 1.5), is die oppervlak van die sweislas eenvormig en word geen depressie gevorm nie; wanneer die bundelenergieverhouding egter verder toeneem ( RS=1.50, 2.00), maar daar is depressies op die oppervlak van die sweislas. Wanneer die bundelenergieverhouding RS=0.25, 1.5 en 2, is die dwarssnitvorm van die sweislas "wynglasvormig"; wanneer RS=0.50, 0.67 en 1, is die deursneevorm van die sweislas "tregtervormig". Wanneer RS=4, word nie net krake aan die onderkant van die sweislas gegenereer nie, maar ook sommige porieë word in die middel en onderste deel van die sweislas gegenereer. Wanneer RS=2 verskyn groot prosesporieë binne die sweislas, maar geen krake verskyn nie. Wanneer RS=0.5, 0.67 en 1.5 is die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringskant kleiner, en die dwarssnit van die sweislas is goed gevorm en geen ooglopende sweisdefekte word gevorm nie. Dit toon dat die straalenergieverhouding tydens parallelle dubbelstraallasersweiswerk ook 'n belangrike impak op sweispenetrasie en sweisdefekte het.
Parallelle balk – die effek van balkspasiëring op sweisnaatvorming
Wanneer die laserkrag 2.8kW is, die sweisspoed 33mm/s is, die defokushoeveelheid 0mm is, en die straalenergieverhouding RS=0.67, verander die straalspasiëring (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) om te verkry die sweisoppervlakmorfologie soos die prentjie toon. Wanneer d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, is die oppervlak van die sweislas glad en plat, en die vorm is pragtig; die visdopluispatroon van die sweislas is gereeld en pragtig, en daar is geen sigbare porieë, krake en ander defekte nie. Daarom, onder die vier balkspasiëringstoestande, is die sweisoppervlak goed gevorm. Boonop, wanneer d=2 mm, word twee verskillende sweislasse gevorm, wat wys dat die twee parallelle laserstrale nie meer op 'n gesmelte poel inwerk nie, en nie 'n effektiewe dubbelstraallaserbastersweiswerk kan vorm nie. Wanneer die balkspasiëring 0,5 mm is, is die sweislas "tregtervormig", die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringskant is 712,9 mikron, en daar is geen krake, porieë en ander defekte binne die sweislas nie. Soos die balkspasiëring aanhou toeneem, verminder die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringskant aansienlik. Wanneer die balkspasiëring 1 mm is, is die penetrasiediepte van die sweislas aan die aluminiumlegeringskant slegs 94,2 mikron. Soos die balkspasiëring verder toeneem, vorm die sweislas nie effektiewe penetrasie aan die aluminiumlegeringskant nie. Daarom, wanneer die balkspasiëring 0,5 mm is, is die dubbelbalk-rekombinasie-effek die beste. Soos die straalspasiëring toeneem, neem die sweishitte-insette skerp af, en die tweestraal-laser-rekombinasie-effek word geleidelik erger.
Die verskil in sweismorfologie word veroorsaak deur die verskillende vloei en verkoelingsstolling van die gesmelte poel tydens die sweisproses. Die numeriese simulasiemetode kan nie net die spanningsanalise van die gesmelte swembad meer intuïtief maak nie, maar ook die eksperimentele koste verminder. Die prentjie hieronder toon die veranderinge in die sysmeltpoel met 'n enkele balk, verskillende rangskikkings en kolspasiëring. Die belangrikste gevolgtrekkings sluit in: (1) Tydens die enkelstraallaser sweiswerkproses, die diepte van die gesmelte swembad gat is die diepste, daar is 'n verskynsel van gat ineenstorting, die gat muur is onreëlmatig, en die vloei veld verspreiding naby die gat muur is ongelyk; naby die agterste oppervlak van die gesmelte swembad Die hervloei is sterk, en daar is opwaartse hervloei aan die onderkant van die gesmelte swembad; die vloeiveldverspreiding van die oppervlak gesmelte poel is relatief eenvormig en stadig, en die breedte van die gesmelte poel is ongelyk langs die diepte rigting. Daar is versteuring veroorsaak deur muurterugslagdruk in die gesmelte poel tussen die klein gaatjies in dubbelbalklaser sweiswerk, en dit bestaan altyd langs die diepte rigting van die klein gaatjies. Soos die afstand tussen die twee balke aanhou toeneem, gaan die energiedigtheid van die balk geleidelik oor van 'n enkele piek na 'n dubbelpiek toestand. Daar is 'n minimum waarde tussen die twee pieke, en die energiedigtheid neem geleidelik af. (2) Vir dubbelbalklaser sweiswerk, wanneer die kolspasiëring 0-0.5 mm is, verminder die diepte van die gesmelte swembad klein gaatjies effens, en die algehele gesmelte swembad vloeigedrag is soortgelyk aan dié van enkelbalklaser sweiswerk; wanneer die kolspasiëring bo 1mm is, is die klein gaatjies heeltemal geskei, en tydens die sweisproses is daar byna geen interaksie tussen die twee lasers nie, wat gelykstaande is aan twee opeenvolgende/twee parallelle enkelstraallasersweisings met 'n krag van 1750W. Daar is amper geen voorverhittingseffek nie, en die gesmelte swembadvloeigedrag is soortgelyk aan dié van enkelstraallasersweiswerk. (3) Wanneer die kolspasiëring 0.5-1mm is, is die muuroppervlak van die klein gaatjies platter in die twee rangskikkings, die diepte van die klein gaatjies neem geleidelik af en die bodem skei geleidelik. Die versteuring tussen die klein gaatjies en die vloei van die oppervlak gesmelte swembad is op 0,8 mm. Die sterkste. Vir reekssweiswerk neem die lengte van die gesmelte swembad geleidelik toe, die breedte is die grootste wanneer die kolspasiëring 0,8 mm is, en die voorverhittingseffek is die duidelikste wanneer die kolspasiëring 0,8 mm is. Die effek van Marangoni-krag verswak geleidelik, en meer metaalvloeistof vloei na beide kante van die gesmelte poel. Maak die smeltwydteverspreiding meer eenvormig. Vir parallelle sweiswerk neem die breedte van die gesmelte swembad geleidelik toe, en die lengte is maksimum op 0,8 mm, maar daar is geen voorverhittingseffek nie; die hervloei naby die oppervlak wat deur die Marangoni-krag veroorsaak word, bestaan altyd, en die afwaartse hervloei aan die onderkant van die klein gaatjie verdwyn geleidelik; die deursneevloeiveld is nie so goed soos Dit is sterk in serie nie, die versteuring beïnvloed skaars die vloei aan beide kante van die gesmelte poel, en die gesmelte breedte is oneweredig versprei.
Postyd: 12 Oktober 2023
