Лазер, как передовой инструмент обработки, играет все более важную роль в области промышленной сварки. Хотя традиционная технология лазерной сварки позволяет в определенной степени контролировать эти дефекты, ее эффективность часто ограничена фиксированными параметрами и процессами сварки. В последние годы появление технологии лазерной сварки с качающимся лучом предлагает новое решение для контроля сварочных дефектов. Введение качающегося лазерного луча в процессе сварки позволяет значительно улучшить динамические характеристики сварочной ванны, тем самым оптимизируя качество сварки. Технология лазерной сварки с качающимся лучом в основном основана на точном контроле лазерного луча и технологии качания для достижения эффективной и высококачественной сварки.
Улучшить внешний вид:
В течениепроцесс сваркиЛазерный луч быстро и точно перемещается, охватывая всю зону сварки. При движении луча вдоль направления сварного шва он колеблется в различных формах, таких как круг, восьмерка и спираль. Чен и др. использовали лазер с изменяющимся направлением для сварки разнородных алюминиевых сплавов, и по сравнению со сваркой без изменяющегося лазера, морфология переднего и заднего сварного шва при сварке с изменяющимся направлением значительно улучшилась. Кроме того, поперечная сварка с изменяющимся направлением используется для повышения адаптивности зазора в канавке. На некоторых заготовках с проводящим соединением необходимо расширить зону перегрузки по току, а также расширить поверхность металлического соединения, и для придания поверхности металлического соединения U-образной формы необходимо использовать лазер с изменяющимся направлением.
1. (a) и (b) статистические данные о морфологии поперечного сечения сварного шва и размерах сварного шва при различных режимах качания; (c) Формирование верхней поверхности сварного шва при различных режимах качания.
Улучшить состояние при плохом сращении боковой стенки:
Дефект несплавления боковых стенок легко возникает при традиционной лазерной сварке пластин средней толщины с узким зазором. Он вызван неравномерным распределением лазерной энергии в канавке, большим подводом тепла в центре канавки и малым подводом тепла к боковым стенкам канавки, что препятствует образованию качественного соединения. Ключевым решением проблемы несплавления боковых стенок является увеличение подвода тепла к боковым стенкам. В процессе лазерной сварки более рациональное распределение энергии лазерного луча на поверхности заготовки может быть достигнуто за счет изменения амплитуды луча. При изменении ширины канавки амплитуда изменения амплитуды луча регулируется в соответствии с шириной канавки, что обеспечивает эффективный подвод тепла к боковым стенкам.
2. Макроскопическое изображение сварного шва от первого слоя (L1) до седьмого слоя (L7) при лазерной сварке с осцилляцией или без нее.
Уменьшить дефекты пористости:
Механизм подавления образования сварочных пор под действием колебаний лазерного луча можно объяснить повышением стабильности малых отверстий и улучшением текучести жидкого металла. На рисунке 3 показано поведение расплавленной ванны, наблюдаемое с помощью трассирующих частиц в процессе сварки. Колебания светового луча вызывают высокочастотное и высокоскоростное вращательное перемешивающее движение в малых отверстиях, что способствует переливу пузырьков и оказывает «захватывающее» воздействие на затвердевшие поры. В то же время колебания светового луча увеличивают площадь малых отверстий и снижают вероятность их нестабильного схлопывания с образованием пузырьков.
3. (a) и (b) траектории частиц-трассеров во время сварки; область отверстия типа «замочная скважина»: (c) без качающегося лазера (d) с качающимся лазером.
Уменьшить количество трещин:
Термические трещины — это дефекты, образующиеся в процессе сварки вследствие взаимодействия внутренних напряжений и металлургических факторов, которые часто встречаются в зоне термического воздействия (ЗТВ) сварного шва. Образование таких трещин связано с уязвимостью материала при высоких температурах, сварочными напряжениями и химическим составом материала. Традиционная технология лазерной сварки может приводить к образованию термических трещин в процессе сварки, главным образом по следующим причинам: во-первых, из-за высокой энергии, затрачиваемой на лазерную сварку, что приводит к быстрому нагреву и охлаждению зоны сварки, вызывая большой температурный градиент и термические напряжения; во-вторых, металлургическая реакция в процессе сварки может привести к сегрегации примесных элементов с низкой температурой плавления, образованию хрупкой фазы и повышению чувствительности к трещинам; наконец, быстрое затвердевание материала может привести к неоднородности микроструктуры, а направление роста столбчатых кристаллов — от расплавленной ванны к центру, как показано на рисунке 4. В этом случае чувствительность к растрескиванию значительно возрастает.
4. Режимы затвердевания при лазерной сварке: (a) обычная лазерная сварка; (b) сварка с качающимся лазером.
Технология лазерной сварки с осциллирующим лазерным излучением позволяет эффективно уменьшить или исключить образование горячих трещин за счет использования осциллирующего лазерного луча. В процессе лазерной сварки с осциллирующим лазерным излучением периодические колебания лазерного луча способствуют течению металла в расплавленной ванне, улучшая тем самым однородность микроструктуры, а зерна растут соосно в центре расплавленной ванны, как показано на рисунке 5. Эти соосные зерна действуют как защитный барьер, предотвращающий распространение трещин, и как теплоизоляционный слой, предотвращающий дальнейшее распространение трещин. В то же время осциллирующий лазер помогает уменьшить образование хрупкой фазы из-за сегрегации компонентов, снижая риск термического растрескивания.
5. (A) Характеристики микроструктуры затвердевания обычных сварных швов, полученных лазерной сваркой (B) Характеристики микроструктуры затвердевания сварных швов, полученных лазерной сваркой с вращательным движением (против часовой стрелки).
По сравнению с лазерной самосваркой, технология лазерной сварки с качающимся лучом признана эффективным способом снижения склонности к пористости и улучшения таких дефектов, как несплавление боковых стенок. Благодаря перемешивающему эффекту лазерного луча в расплавленной ванне, она обладает значительными преимуществами в улучшении соответствия зазоров, повышении однородности микроструктуры и измельчении зерна. Применение технологии лазерной сварки с качающимся лучом может способствовать более широкому распространению лазерной сварки, а также позволяет достичь высокоточной лазерной сварки крупных заготовок и широких сварных швов, что снижает требования к точности основного процесса и сборки изделия.
Дата публикации: 21 февраля 2025 г.
