Предлагается метод двухлучевой сварки, главным образом для решения проблемы адаптивности.лазерная сваркаДля точности сборки, повышения стабильности процесса сварки и улучшения качества сварного шва, особенно для сварки тонких пластин и сварки алюминиевых сплавов. Двухлучевая лазерная сварка может использовать оптические методы для разделения одного и того же лазера на два отдельных луча света для сварки. Он также может использовать два разных типа лазеров: CO2-лазер, Nd:YAG-лазер и мощный полупроводниковый лазер. можно комбинировать. Изменяя энергию луча, расстояние между лучами и даже характер распределения энергии двух лучей, можно удобно и гибко регулировать поле сварочных температур, изменяя характер существования отверстий и характер течения жидкого металла в ванне расплава. , обеспечивая лучшее решение для процесса сварки. Огромное пространство выбора не имеет себе равных при однолучевой лазерной сварке. Он не только обладает преимуществами большого проникновения лазерной сварки, высокой скорости и высокой точности, но также обладает отличной адаптируемостью к материалам и соединениям, которые трудно сваривать обычной лазерной сваркой.
Принципдвухлучевая лазерная сварка
Двухлучевая сварка означает одновременное использование двух лазерных лучей в процессе сварки. Расположение лучей, расстояние между лучами, угол между двумя лучами, положение фокусировки и соотношение энергий двух лучей — все это важные параметры двухлучевой лазерной сварки. параметр. Обычно в процессе сварки существуют два способа расположения двойных балок. Как показано на рисунке, один из них расположен последовательно вдоль направления сварки. Такое расположение может снизить скорость охлаждения ванны расплава. Уменьшает склонность сварного шва к прокаливанию и образование пор. Другой вариант — расположить их рядом или крест-накрест с обеих сторон сварного шва, чтобы улучшить адаптацию к сварочному зазору.
Принцип двухлучевой лазерной сварки
Двухлучевая сварка означает одновременное использование двух лазерных лучей в процессе сварки. Расположение лучей, расстояние между лучами, угол между двумя лучами, положение фокусировки и соотношение энергий двух лучей — все это важные параметры двухлучевой лазерной сварки. параметр. Обычно в процессе сварки существуют два способа расположения двойных балок. Как показано на рисунке, один из них расположен последовательно вдоль направления сварки. Такое расположение может снизить скорость охлаждения ванны расплава. Уменьшает склонность сварного шва к прокаливанию и образование пор. Другой вариант — расположить их рядом или крест-накрест с обеих сторон сварного шва, чтобы улучшить адаптацию к сварочному зазору.
Для тандемной двухлучевой системы лазерной сварки предусмотрены три различных механизма сварки в зависимости от расстояния между передним и задним лучами, как показано на рисунке ниже.
1. В сварочном механизме первого типа расстояние между двумя лучами света относительно велико. Один луч света имеет большую плотность энергии и фокусируется на поверхности заготовки, образуя замочные скважины при сварке; другой луч света имеет меньшую плотность энергии. Используется только в качестве источника тепла для термообработки перед сваркой или после сварки. Используя этот сварочный механизм, скорость охлаждения сварочной ванны можно контролировать в определенном диапазоне, что полезно при сварке некоторых материалов с высокой чувствительностью к образованию трещин, таких как высокоуглеродистая сталь, легированная сталь и т. д., а также может улучшить ударную вязкость. сварного шва.
2. Во втором типе сварочного механизма фокусное расстояние между двумя световыми лучами относительно невелико. Два луча света создают две независимые замочные скважины в сварочной ванне, что изменяет характер течения жидкого металла и помогает предотвратить схватывание. Это позволяет исключить появление таких дефектов, как края и выпуклости сварных швов, а также улучшить формирование сварного шва.
3. В сварочном механизме третьего типа расстояние между двумя лучами света очень мало. В это время два луча света создают одну и ту же замочную скважину в сварочной ванне. По сравнению с однолучевой лазерной сваркой, поскольку размер замочной скважины становится больше и ее нелегко закрыть, процесс сварки становится более стабильным, а газ легче выпускать, что способствует уменьшению пор и брызг, а также получению непрерывной, однородной и красивые сварные швы.
В процессе сварки два лазерных луча также могут располагаться под определенным углом друг к другу. Механизм сварки аналогичен механизму параллельной двухлучевой сварки. Результаты испытаний показывают, что при использовании двух мощных ОО, расположенных под углом 30° друг к другу и на расстоянии 1-2 мм, лазерный луч может получить замочную скважину в форме воронки. Размер замочной скважины больше и стабильнее, что может эффективно улучшить качество сварки. На практике взаимная комбинация двух лучей света может быть изменена в зависимости от различных условий сварки для достижения различных процессов сварки.
6. Способ реализации двухлучевой лазерной сварки.
Получение двойных лучей можно получить путем объединения двух разных лазерных лучей, или один лазерный луч можно разделить на два лазерных луча для сварки с помощью системы оптической спектрометрии. Чтобы разделить луч света на два параллельных лазерных луча разной мощности, можно использовать спектроскоп или специальную оптическую систему. На рисунке показаны две принципиальные схемы принципов светоделения с использованием фокусирующих зеркал в качестве светоделителей.
Кроме того, отражатель также можно использовать в качестве светоделителя, а последний отражатель на оптическом пути можно использовать в качестве светоделителя. Этот тип отражателя также называют отражателем крышного типа. Его отражающая поверхность не является плоской, а состоит из двух плоскостей. Линия пересечения двух отражающих поверхностей расположена посередине зеркальной поверхности, аналогично коньку крыши, как показано на рисунке. Луч параллельного света падает на спектроскоп, отражается от двух плоскостей под разными углами, образуя два луча света, и попадает в разные положения фокусирующего зеркала. После фокусировки на поверхности заготовки на определенном расстоянии получаются два луча света. Изменяя угол между двумя отражающими поверхностями и положением крыши, можно получить разделенные световые лучи с разными фокусными расстояниями и расположением.
При использовании двух разных типовлазерные лучи тo образуют двойной луч, комбинаций много. Высококачественный CO2-лазер с гауссовым распределением энергии можно использовать для основных сварочных работ, а полупроводниковый лазер с прямоугольным распределением энергии можно использовать для оказания помощи в работах по термообработке. С одной стороны, такое сочетание более экономично. С другой стороны, мощность двух световых лучей можно регулировать независимо. Для различных форм соединения можно получить регулируемое температурное поле, регулируя положение перекрытия лазера и полупроводникового лазера, что очень удобно для сварки. Контроль процесса. Кроме того, YAG-лазер и CO2-лазер также можно объединить в двойной луч для сварки, непрерывный лазер и импульсный лазер можно объединить для сварки, а сфокусированный луч и расфокусированный луч также можно объединить для сварки.
7. Принцип двухлучевой лазерной сварки.
3.1 Двухлучевая лазерная сварка оцинкованных листов
Оцинкованный стальной лист является наиболее часто используемым материалом в автомобильной промышленности. Температура плавления стали составляет около 1500°С, а температура кипения цинка — всего 906°С. Поэтому при использовании метода сварки плавлением обычно образуется большое количество паров цинка, что приводит к нестабильности процесса сварки. , образуя поры в сварном шве. При соединениях внахлест улетучивание оцинкованного слоя происходит не только на верхней и нижней поверхностях, но и на поверхности соединения. В процессе сварки пары цинка на некоторых участках быстро выбрасываются с поверхности ванны расплава, а на других участках парам цинка трудно выйти из ванны расплава. На поверхности бассейна качество сварки очень нестабильно.
Двухлучевая лазерная сварка может решить проблемы качества сварки, вызванные парами цинка. Один из методов состоит в том, чтобы контролировать время существования и скорость охлаждения ванны расплава путем разумного согласования энергии двух лучей, чтобы облегчить выход паров цинка; другой метод — удалить пары цинка путем предварительной штамповки или нарезания канавок. Как показано на Рисунке 6-31, для сварки используется CO2-лазер. YAG-лазер расположен перед CO2-лазером и используется для сверления отверстий или вырезания канавок. Предварительно обработанные отверстия или канавки обеспечивают выход паров цинка, образующихся при последующей сварке, не позволяя им оставаться в ванне расплава и образовывать дефекты.
3.2 Двухлучевая лазерная сварка алюминиевого сплава
Из-за особых эксплуатационных характеристик материалов из алюминиевых сплавов при использовании лазерной сварки возникают следующие трудности [39]: алюминиевый сплав имеет низкую скорость поглощения лазера, а начальная отражательная способность поверхности луча СО2-лазера превышает 90%; швы лазерной сварки алюминиевых сплавов легко изготавливаются. Пористость, трещины; выгорание элементов сплава при сварке и т. д. При использовании одиночной лазерной сварки сложно установить замочную скважину и сохранить устойчивость. Двухлучевая лазерная сварка может увеличить размер замочной скважины, что затруднит ее закрытие, что способствует выбросу газа. Это также может снизить скорость охлаждения и уменьшить появление пор и сварочных трещин. Поскольку процесс сварки более стабилен и уменьшается количество брызг, форма поверхности шва, полученная при двухлучевой сварке алюминиевых сплавов, также значительно лучше, чем при однолучевой сварке. На Рисунке 6-32 показан внешний вид сварного шва стыковой сварки алюминиевого сплава толщиной 3 мм с использованием однолучевой лазерной сварки CO2 и двухлучевой лазерной сварки.
Исследования показывают, что при сварке алюминиевого сплава серии 5000 толщиной 2 мм, когда расстояние между двумя лучами составляет 0,6 ~ 1,0 мм, процесс сварки является относительно стабильным, а образующееся отверстие замочной скважины больше, что способствует испарению и утечке магния во время сварки. процесс сварки. Если расстояние между двумя балками слишком мало, процесс сварки одной балки не будет стабильным. Если расстояние слишком велико, это повлияет на провар сварки, как показано на Рисунке 6-33. Кроме того, соотношение энергий двух лучей также оказывает большое влияние на качество сварки. Когда два луча с расстоянием между ними 0,9 мм расположены последовательно для сварки, энергию предыдущего луча следует соответствующим образом увеличить так, чтобы соотношение энергий двух лучей до и после было больше 1:1. Это полезно для улучшения качества сварного шва, увеличения площади плавления и при этом получения гладкого и красивого сварного шва при высокой скорости сварки.
3.3 Двухлучевая сварка листов разной толщины
В промышленном производстве часто приходится сваривать две и более металлические пластины разной толщины и формы для образования сращенной пластины. Применение сварных заготовок по индивидуальному заказу становится все более распространенным, особенно в автомобильном производстве. Сваривая пластины с различными характеристиками, поверхностными покрытиями или свойствами, можно повысить прочность, сократить расход расходных материалов и снизить качество. При сварке панелей обычно применяют лазерную сварку пластин разной толщины. Основная проблема заключается в том, что свариваемые пластины должны быть предварительно отформованы с высокоточными кромками и обеспечивать высокую точность сборки. Использование двухлучевой сварки листов разной толщины позволяет адаптироваться к различным изменениям зазоров между пластинами, стыковым соединениям, относительной толщине и материалам пластин. Он может сваривать пластины с большими допусками кромок и зазоров, а также повышать скорость и качество сварки.
Основные параметры процесса сварки пластин разной толщины в компании Shuangguangdong можно разделить на параметры сварки и параметры пластины, как показано на рисунке. Параметры сварки включают мощность двух лазерных лучей, скорость сварки, положение фокуса, угол сварочной головки, угол поворота луча двухлучевого стыкового соединения, смещение сварки и т. д. Параметры плиты включают размер материала, производительность, условия обрезки, зазоры между плитами. и т. д. Мощность двух лазерных лучей можно регулировать отдельно в зависимости от целей сварки. Положение фокуса обычно располагается на поверхности тонкой пластины, чтобы обеспечить стабильный и эффективный процесс сварки. Угол сварочной головки обычно выбирается равным примерно 6. Если толщина двух пластин относительно велика, можно использовать положительный угол сварочной головки, то есть лазер наклоняется к тонкой пластине, как показано на рисунке; когда толщина пластины относительно мала, можно использовать отрицательный угол сварочной головки. Смещение сварки определяется как расстояние между фокусом лазера и краем толстой пластины. Регулируя смещение сварки, можно уменьшить количество вмятин и получить хорошее поперечное сечение сварного шва.
При сварке пластин с большими зазорами вы можете увеличить эффективный диаметр нагрева луча, поворачивая угол двойного луча, чтобы обеспечить хорошее заполнение зазора. Ширина вершины сварного шва определяется эффективным диаметром двух лазерных лучей, то есть углом поворота луча. Чем больше угол поворота, тем шире диапазон нагрева двойной балки и больше ширина верхней части сварного шва. Два лазерных луча играют разные роли в процессе сварки. Один в основном используется для проникновения в шов, а другой в основном используется для плавления толстого листового материала и заполнения зазора. Как показано на рисунке 6-35, при положительном угле поворота луча (передний луч воздействует на толстую пластину, задний луч воздействует на сварной шов), передний луч падает на толстую пластину, нагревая и плавя материал, и следующий Лазерный луч создает проникновение. Первый лазерный луч спереди может лишь частично расплавить толстую пластину, но он вносит большой вклад в процесс сварки, поскольку он не только расплавляет боковую часть толстой пластины для лучшего заполнения зазора, но и предварительно соединяет материал соединения, чтобы Следующие балки Легче сваривать стыки, что позволяет ускорить сварку. При двухлучевой сварке с отрицательным углом поворота (передний луч воздействует на сварной шов, а задний — на толстую пластину) два луча оказывают прямо противоположное воздействие. Первый луч расплавляет соединение, а второй — толстую пластину, заполняя ее. зазор. В этом случае передний луч должен проваривать холодную пластину, а скорость сварки ниже, чем при использовании положительного угла поворота луча. А благодаря эффекту предварительного нагрева предыдущего луча последний луч расплавит более толстый пластинчатый материал при той же мощности. В этом случае мощность последнего лазерного луча должна быть соответствующим образом уменьшена. Для сравнения, использование положительного угла поворота луча может соответствующим образом увеличить скорость сварки, а использование отрицательного угла поворота луча может обеспечить лучшее заполнение зазора. На рис. 6-36 показано влияние различных углов поворота луча на поперечное сечение сварного шва.
3.4 Двухлучевая лазерная сварка листов большой толщины С улучшением уровня мощности лазера и качества луча лазерная сварка листов большой толщины стала реальностью. Однако, поскольку мощные лазеры дороги, а для сварки больших толстых листов обычно требуется присадочный металл, в реальном производстве существуют определенные ограничения. Использование технологии двухлучевой лазерной сварки позволяет не только увеличить мощность лазера, но и увеличить эффективный диаметр нагрева луча, повысить способность плавления присадочной проволоки, стабилизировать лазерную замочную скважину, улучшить стабильность сварки и улучшить качество сварки.
Время публикации: 29 апреля 2024 г.
