In vergelyking met tradisionele sweistegnologie,lasersweiswerkhet ongeëwenaarde voordele in sweisakkuraatheid, doeltreffendheid, betroubaarheid, outomatisering en ander aspekte. In onlangse jare het dit vinnig ontwikkel in die velde van motors, energie, elektronika en ander velde, en word beskou as een van die mees belowende vervaardigingstegnologieë in die 21ste eeu.
1. Oorsig van dubbelbalklasersweiswerk
Dubbelbalklasersweiswerkis om optiese metodes te gebruik om dieselfde laser in twee aparte ligstrale vir sweiswerk te skei, 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 samestellingsakkuraatheid op te los, die stabiliteit van die sweisproses te verbeter en die kwaliteit van die sweislas te verbeter. Dubbelstraallasersweiswerkkan die sweistemperatuurveld gerieflik en buigsaam aanpas deur die straalenergieverhouding, straalafstand en selfs die energieverspreidingspatroon van die twee laserstrale te verander, wat die bestaanspatroon van die sleutelgat en die vloeipatroon van vloeibare metaal in die gesmelte poel verander. Bied 'n wyer keuse van sweisprosesse. Dit het nie net die voordele van grootlasersweiswerkpenetrasie, vinnige spoed en hoë presisie, maar is ook geskik vir materiale en verbindings wat moeilik is om met konvensionele lasse te sweislasersweiswerk.
Vir dubbelbalklasersweiswerk, bespreek ons eers die implementeringsmetodes van dubbelstraallasers. Omvattende literatuur toon dat daar twee hoofmaniere is om dubbelstraalsweiswerk te bereik: transmissiefokusering en refleksiefokusering. Spesifiek word een bereik deur die hoek en spasiëring van twee lasers aan te pas deur fokusserende spieëls en kollimerende spieëls. Die ander word bereik deur 'n laserbron te gebruik en dan te fokus deur reflekterende spieëls, transmissiewe 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 hulle in twee verskillende strale onder dieselfde kollimerende spieël en fokusserende spieël te verdeel. Die tweede is dat twee lasers laserstrale deur hul onderskeie sweiskoppe uitvoer, en 'n dubbelstraal 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 fokusserende spieëls 3 en 4 onderskeidelik gefokus word. Die posisie en afstand tussen die twee fokuspunte kan aangepas word deur die hoeke van die twee fokusspieëls 3 en 4 aan te pas. Die tweede metode is om 'n vastetoestandlaser te gebruik om die lig te verdeel om dubbele strale te verkry, en die hoek en spasiëring aan te pas deur 'n perspektiefspieël en 'n fokusspieël. Die laaste twee prente in die eerste ry hieronder toon die spektroskopiese stelsel van 'n CO2-laser. Die plat spieël word vervang met 'n wigvormige spieël en voor die fokusspieël geplaas om die lig te verdeel om dubbele straal parallelle lig te verkry.
Nadat ons die implementering van dubbelbalke verstaan het, kom ons kortliks die sweisbeginsels en -metodes bekendstel. In die dubbelbalk-sweisproseslasersweiswerkproses, is daar drie algemene balkrangskikkings, naamlik seriële rangskikking, parallelle rangskikking en hibriede rangskikking. lap, dit wil sê, daar is 'n afstand in beide die sweisrigting en die vertikale sweisrigting. Soos in die laaste ry van die figuur getoon, volgens die verskillende vorms van klein gaatjies en gesmelte poele wat onder verskillende puntspasiëring tydens die seriële sweisproses verskyn, kan hulle verder verdeel word in enkelsmelte. Daar is drie toestande: poel, gemeenskaplike gesmelte poel en geskeide gesmelte poel. Die eienskappe van 'n enkele gesmelte poel en geskeide gesmelte poel is soortgelyk aan dié van enkelsmeltelasersweiswerk, soos getoon in die numeriese simulasiediagram. Daar is verskillende proseseffekte vir verskillende tipes.
Tipe 1: Onder 'n sekere plekafstand 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 sweishittebehandeling, wat die strukturele eienskappe van hoë koolstofstaal en legeringsstaal effektief kan verbeter.
Tipe 2: Verhoog die puntafstand in dieselfde smeltpoel, skei die twee strale in twee onafhanklike sleutelgate en verander die vloeipatroon van die smeltpoel; vir tipe 2 is die funksie daarvan gelykstaande aan twee-elektronstraalsweising, verminder lasspatsels en onreëlmatige sweislasse by die toepaslike brandpuntsafstand.
Tipe 3: Verhoog die puntafstand verder en verander die energieverhouding van die twee strale, sodat een van die twee strale as 'n hittebron gebruik word om voor- of na-sweisverwerking tydens die sweisproses uit te voer, en die ander balk gebruik word om klein gaatjies te genereer. Vir tipe 3 het die studie bevind dat die twee strale 'n sleutelgat vorm, die klein gaatjie nie maklik ineenstort nie, en die sweislas nie maklik porieë produseer nie.
2. Die invloed van die sweisproses op sweiskwaliteit
Effek van seriële straal-energieverhouding op sweisnaadvorming
Wanneer die laserkrag 2 kW is, is die sweisspoed 45 mm/s, die defokushoeveelheid 0 mm en die straalafstand 3 mm. Die sweisoppervlakvorm wanneer RS verander word (RS = 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) is soos in die figuur getoon. Wanneer RS = 0.50 en 2.00 is die sweislas meer ingedeuk, en daar is meer spatsels op die rand van die sweislas, sonder om gereelde visskaalpatrone te vorm. Dit is omdat wanneer die straalenergieverhouding te klein of te groot is, die laserenergie te gekonsentreerd is, wat veroorsaak dat die laserpengaatjie meer ernstig ossilleer tydens die sweisproses, en die terugslagdruk van die stoom veroorsaak die uitwerping en spatsel van die gesmelte poelmetaal in die gesmelte poel; Oormatige hitte-invoer veroorsaak dat die penetrasiediepte van die gesmelte poel aan die aluminiumlegeringkant te groot is, wat 'n depressie onder die werking van swaartekrag veroorsaak. Wanneer RS=0.67 en 1.50 is, is die visskaalpatroon 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 dwarssnit van die sweislasse is in 'n tipiese "wynglasvorm", wat aandui dat die sweisproses in laser-dieppenetrasiesweismodus uitgevoer word. RS het 'n belangrike invloed op die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringkant. Wanneer die straalenergieverhouding RS=0.5 is, 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 straalenergieverhouding RS=2 is, is die sweispenetrasiediepte van die lasdwarssnit 1151.6 mikron.
Effek van parallelle straal-energieverhouding op sweisnaadvorming
Wanneer die laserkrag 2.8 kW is, die sweisspoed 33 mm/s, die defokushoeveelheid 0 mm en die straalafstand 1 mm 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 visskubpatroon 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 dubbelstraal-lasersweiswerk, die sweisoppervlak met parallelle dubbelbalke is meer uniform en mooi. Wanneer RS=0.25 is, is daar 'n effense depressie in die sweislas; soos die balkenergieverhouding geleidelik toeneem (RS=0.5, 0.67 en 1.5), is die oppervlak van die sweislas uniform en word geen depressie gevorm nie; wanneer die balkenergieverhouding egter verder toeneem (RS=1.50, 2.00), is daar depressies op die oppervlak van die sweislas. Wanneer die balkenergieverhouding RS=0.25, 1.5 en 2 is, is die deursnitvorm van die sweislas "wynglasvormig"; wanneer RS=0.50, 0.67 en 1 is, is die deursnitvorm van die sweislas "tregtervormig". Wanneer RS=4 word nie net krake aan die onderkant van die sweislas gegenereer nie, maar ook porieë in die middelste en onderste deel van die sweislas. Wanneer RS=2 verskyn groot prosesporieë binne die sweislas, maar geen krake verskyn nie. Wanneer RS=0.5, 0.67 en 1.5 is, is die penetrasiediepte P2 van die sweislas aan die aluminiumlegeringkant kleiner, en die dwarssnit van die sweislas is goed gevorm en geen ooglopende sweisdefekte word gevorm nie. Dit toon dat die straalenergieverhouding tydens parallelle dubbelstraal-lasersweiswerk ook 'n belangrike impak op sweispenetrasie en sweisdefekte het.
Parallelle balk – die effek van balkafstand op sweisnaadvorming
Wanneer die laserkrag 2.8 kW is, die sweisspoed 33 mm/s, die defokushoeveelheid 0 mm is, en die straalenergieverhouding RS=0.67 is, verander die straalafstand (d=0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm) om die sweisoppervlakmorfologie te verkry soos die prentjie wys. Wanneer d=0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm is die oppervlak van die sweislas glad en plat, en die vorm is pragtig; die visskaalpatroon van die sweislas is gereeld en mooi, en daar is geen sigbare porieë, krake en ander defekte nie. Daarom, onder die vier straalafstandtoestande, is die sweisoppervlak goed gevorm. Daarbenewens, wanneer d=2 mm, word twee verskillende sweislasse gevorm, wat toon dat die twee parallelle laserstrale nie meer op 'n gesmelte poel inwerk nie, en nie 'n effektiewe dubbelstraal-laserhibriede sweising kan vorm nie. Wanneer die balkafstand 0.5 mm is, is die las "tregtervormig", die penetrasiediepte P2 van die las aan die aluminiumlegeringkant is 712.9 mikron, en daar is geen krake, porieë en ander defekte binne die las nie. Soos die balkafstand aanhou toeneem, neem die penetrasiediepte P2 van die las aan die aluminiumlegeringkant aansienlik af. Wanneer die balkafstand 1 mm is, is die penetrasiediepte van die las aan die aluminiumlegeringkant slegs 94.2 mikron. Soos die balkafstand verder toeneem, vorm die las nie effektiewe penetrasie aan die aluminiumlegeringkant nie. Daarom, wanneer die balkafstand 0.5 mm is, is die dubbelstraal-rekombinasie-effek die beste. Soos die balkafstand toeneem, neem die sweishitte-invoer skerp af, en die tweestraal-laser-rekombinasie-effek word geleidelik erger.
Die verskil in sweismorfologie word veroorsaak deur die verskillende vloei en verkoeling, stolling van die smeltpoel tydens die sweisproses. Die numeriese simulasiemetode kan nie net die spanningsanalise van die smeltpoel meer intuïtief maak nie, maar ook die eksperimentele koste verminder. Die onderstaande prentjie toon die veranderinge in die sysmeltpoel met 'n enkele balk, verskillende rangskikkings en puntspasiëring. Die belangrikste gevolgtrekkings sluit in: (1) Gedurende die enkelbalk-sweisproseslasersweiswerkproses, die diepte van die gesmelte poelgat is die diepste, daar is 'n verskynsel van gatineenstorting, die gatwand is onreëlmatig, en die vloeiveldverspreiding naby die gatwand is oneweredig; naby die agterste oppervlak van die gesmelte poel is die hervloei sterk, en daar is opwaartse hervloei aan die onderkant van die gesmelte poel; die vloeiveldverspreiding van die oppervlakgesmelte poel is relatief eenvormig en stadig, en die breedte van die gesmelte poel is oneweredig langs die diepterigting. Daar is versteuring veroorsaak deur wandterugslagdruk in die gesmelte poel tussen die klein gaatjies in dubbelbalklasersweiswerk, en dit bestaan altyd langs die diepterigting van die klein gaatjies. Soos die afstand tussen die twee strale aanhou toeneem, gaan die energiedigtheid van die straal geleidelik oor van 'n enkele piek na 'n dubbele piektoestand. Daar is 'n minimumwaarde tussen die twee pieke, en die energiedigtheid neem geleidelik af. (2) Vir dubbelstraallasersweiswerk, wanneer die plekafstand 0-0.5 mm is, neem die diepte van die klein gaatjies in die smeltpoel effens af, en die algehele vloeigedrag van die smeltpoel is soortgelyk aan dié van enkelbalk-lasersweiswerk; wanneer die puntafstand bo 1 mm 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 enkelstraal-lasersweiswerk met 'n krag van 1750 W. Daar is byna geen voorverhittingseffek nie, en die vloeigedrag van die smeltpoel is soortgelyk aan dié van enkelstraal-lasersweiswerk. (3) Wanneer die puntafstand 0.5-1 mm is, is die wandoppervlak 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 oppervlaksmeltpoel is 0.8 mm. Die sterkste. Vir seriesweiswerk neem die lengte van die smeltpoel geleidelik toe, die breedte is die grootste wanneer die puntafstand 0.8 mm is, en die voorverhittingseffek is die duidelikste wanneer die puntafstand 0.8 mm is. Die effek van Marangoni-krag verswak geleidelik, en meer metaalvloeistof vloei na beide kante van die smeltpoel. Maak die smeltwydteverspreiding meer eenvormig. Vir parallelle sweiswerk neem die breedte van die gesmelte poel geleidelik toe, en die lengte is maksimum 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 dwarssnitvloeiveld is nie so goed soos in serie nie, die versteuring beïnvloed skaars die vloei aan beide kante van die gesmelte poel, en die gesmelte breedte is oneweredig versprei.
Plasingstyd: 12 Okt-2023
