У поређењу са традиционалном технологијом заваривања,ласерско заваривањеима ненадмашне предности у тачности заваривања, ефикасности, поузданости, аутоматизацији и другим аспектима. Последњих година се брзо развија у областима аутомобила, енергетике, електронике и других области и сматра се једном од најперспективнијих производних технологија у 21. веку.
1. Преглед двоструке гределасерско заваривање
Двострука гредаласерско заваривањејесте коришћење оптичких метода за раздвајање истог ласера у два одвојена снопа светлости за заваривање или коришћење два различита типа ласера за комбиновање, као што су CO2 ласер, Nd:YAG ласер и полупроводнички ласер велике снаге. Сви се могу комбиновати. Предложено је углавном да би се решила прилагодљивост ласерског заваривања тачности склапања, побољшала стабилност процеса заваривања и побољшао квалитет завара. Двоструки снопласерско заваривањеможе практично и флексибилно подесити температурно поље заваривања променом односа енергије снопа, размака између снопова, па чак и обрасца расподеле енергије два ласерска снопа, мењајући образац постојања отвора за кључаоницу и образац тока течног метала у растопљеном базену. Пружа шири избор процеса заваривања. Не само да има предности великогласерско заваривањепенетрација, велика брзина и висока прецизност, али је такође погодан за материјале и спојеве које је тешко заварити конвенционалнимласерско заваривање.
За двоструку гредуласерско заваривањеПрво ћемо размотрити методе имплементације двоструког ласера. Свеобухватна литература показује да постоје два главна начина за постизање двоструког заваривања: трансмисионо фокусирање и рефлексивно фокусирање. Конкретно, један се постиже подешавањем угла и размака два ласера помоћу фокусирајућих огледала и колиматорних огледала. Други се постиже коришћењем ласерског извора, а затим фокусирањем помоћу рефлектујућих огледала, трансмисивних огледала и клинасто обликованих огледала да би се постигли двоструки снопови. За први метод, углавном постоје три облика. Први облик је спајање два ласера кроз оптичка влакна и њихово дељење у два различита снопа испод истог колиматорног огледала и фокусирајућег огледала. Други је да два ласера емитују ласерске снопове кроз своје одговарајуће главе за заваривање, а двоструки сноп се формира подешавањем просторног положаја глава за заваривање. Трећи метод је да се ласерски сноп прво подели кроз два огледала 1 и 2, а затим фокусира помоћу два фокусирајућа огледала 3 и 4 респективно. Положај и растојање између две фокалне тачке могу се подесити подешавањем углова два фокусирајућа огледала 3 и 4. Друга метода је коришћење чврстог ласера за раздвајање светлости ради постизања двоструких снопова, а подешавање угла и размака помоћу перспективног огледала и фокусирајућег огледала. Последње две слике у првом реду испод приказују спектроскопски систем CO2 ласера. Равно огледало је замењено клинастим огледалом и постављено испред фокусирајућег огледала како би се светлост раздвојила и постигла паралелна светлост са двоструким снопом.
Након што разумемо имплементацију двоструких греда, укратко ћемо представити принципе и методе заваривања. Код двоструке гределасерско заваривањеУ процесу заваривања постоје три уобичајена распореда снопа, наиме серијски распоред, паралелни распоред и хибридни распоред. Тканина, односно постоји растојање и у правцу заваривања и у вертикалном правцу заваривања. Као што је приказано у последњем реду слике, према различитим облицима малих рупа и растопљених базена који се појављују под различитим размацима тачака током серијског процеса заваривања, они се даље могу поделити на појединачне растопе. Постоје три стања: базен, заједнички растопљени базен и одвојени растопљени базен. Карактеристике појединачног растопљеног базена и одвојеног растопљеног базена су сличне карактеристикама појединачних...ласерско заваривање, као што је приказано на дијаграму нумеричке симулације. Постоје различити ефекти процеса за различите типове.
Тип 1: Под одређеним размаком тачака, две кључаонице за сноп формирају заједничку велику кључаоницу у истом растопљеном базену; за тип 1 се наводи да се један сноп светлости користи за стварање мале рупе, а други сноп светлости се користи за термичку обраду заваривања, што може ефикасно побољшати структурна својства високоугљеничног челика и легираног челика.
Тип 2: Повећајте размак између тачака у истој растопљеној базени, раздвојите два снопа у два независна отвора и промените образац протока растопљене базе; за тип 2, његова функција је еквивалентна заваривању са два електронска снопа, смањује прскање завара и неправилне заваре на одговарајућој жижној даљини.
Тип 3: Даље повећање размака између тачака и промена енергетског односа два снопа, тако да се један од два снопа користи као извор топлоте за обављање обраде пре или након заваривања током процеса заваривања, а други сноп се користи за стварање малих рупа. За тип 3, студија је открила да два снопа формирају кључаоницу, мала рупа се не може лако срушити, а завар се не може лако створити за поре.
2. Утицај процеса заваривања на квалитет заваривања
Утицај односа серијске енергије снопа на формирање заварног шава
Када је снага ласера 2kW, брзина заваривања 45 mm/s, степен дефокусирања 0 mm, а размак снопа 3 mm, облик површине завара при промени RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) је као што је приказано на слици. Када је RS=0,50 и 2,00, завар је у већој мери удубљен и има више прскања на ивици завара, без формирања правилних шара рибље крљушти. То је зато што када је однос енергије снопа премали или превелики, енергија ласера је превише концентрисана, што узрокује да ласерска рупица озбиљније осцилује током процеса заваривања, а притисак трзаја паре узрокује избацивање и прскање растопљеног метала у растопљеном базену; Прекомерни унос топлоте узрокује да дубина продирања растопљеног базена на страни легуре алуминијума буде превелика, што узрокује удубљење под дејством гравитације. Када је RS=0,67 и 1,50, шара рибље крљушти на површини завара је уједначена, облик завара је лепши и нема видљивих врућих пукотина, пора и других дефеката завара на површини завара. Облици попречних пресека завара са различитим односима енергије снопа RS су као што је приказано на слици. Попречни пресек завара је у типичном облику „винске чаше“, што указује да се процес заваривања изводи у режиму дубоког продирања ласера. RS има важан утицај на дубину продирања P2 завара на страни легуре алуминијума. Када је однос енергије снопа RS=0,5, P2 је 1203,2 микрона. Када је однос енергије снопа RS=0,67 и 1,5, P2 је значајно смањен, који износе 403,3 микрона и 93,6 микрона респективно. Када је однос енергије снопа RS=2, дубина продирања завара попречног пресека споја је 1151,6 микрона.
Утицај односа енергије паралелног снопа на формирање заварног шава
Када је снага ласера 2,8 kW, брзина заваривања 33 mm/s, количина дефокусирања 0 mm, а размак између снопа 1 mm, површина завара се добија променом односа енергије снопа (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Изглед је приказан на слици. Када је RS=2, образац рибље крљушти на површини завара је релативно неправилан. Површина завара добијена осталих пет различитих односа енергије снопа је добро обликована и нема видљивих дефеката као што су поре и прскање. Стога, у поређењу са серијским двоструким снопом...ласерско заваривање, површина завара коришћењем паралелних двоструких снопова је равномернија и лепша. Када је RS=0,25, постоји благо удубљење у завару; како се однос енергије снопа постепено повећава (RS=0,5, 0,67 и 1,5), површина завара је равномерна и не формира се удубљење; међутим, када се однос енергије снопа додатно повећава (RS=1,50, 2,00), али постоје удубљења на површини завара. Када је однос енергије снопа RS=0,25, 1,5 и 2, облик попречног пресека завара је „у облику чаше за вино“; када је RS=0,50, 0,67 и 1, облик попречног пресека завара је „у облику левка“. Када је RS=4, не само да се пукотине стварају на дну завара, већ се стварају и неке поре у средњем и доњем делу завара. Када је RS=2, велике процесне поре се појављују унутар завара, али се не појављују пукотине. Када је RS=0,5, 0,67 и 1,5, дубина продирања P2 завара на страни алуминијумске легуре је мања, а попречни пресек завара је добро обликован и не формирају се очигледни дефекти заваривања. Ово показује да однос енергије снопа током паралелног двослојног ласерског заваривања такође има важан утицај на продирање завара и дефекте заваривања.
Паралелни сноп – утицај размака између снопова на формирање завареног шава
Када је снага ласера 2,8 kW, брзина заваривања 33 mm/s, степен дефокусирања 0 mm и однос енергије снопа RS=0,67, промените размак снопа (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) да бисте добили морфологију површине завара као што је приказано на слици. Када је d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, површина завара је глатка и равна, а облик леп; шара рибљих крљушти на завару је правилан и леп, и нема видљивих пора, пукотина и других дефеката. Стога, под условима размака четири снопа, површина завара је добро обликована. Поред тога, када је d=2 mm, формирају се два различита завара, што показује да два паралелна ласерска снопа више не делују на растопљени базен и не могу да формирају ефикасно хибридно заваривање са два снопа ласера. Када је размак између снопова 0,5 мм, завар је „левкастог облика“, дубина продора P2 завара на страни легуре алуминијума је 712,9 микрона, и нема пукотина, пора и других дефеката унутар завара. Како се размак између снопова наставља повећавати, дубина продора P2 завара на страни легуре алуминијума значајно се смањује. Када је размак између снопова 1 мм, дубина продора завара на страни легуре алуминијума је само 94,2 микрона. Како се размак између снопова даље повећава, завар не формира ефикасно продор на страни легуре алуминијума. Стога, када је размак између снопова 0,5 мм, ефекат рекомбинације двоструког снопа је најбољи. Како се размак између снопова повећава, унос топлоте заваривања нагло се смањује, а ефекат ласерске рекомбинације двоструког снопа постепено се погоршава.
Разлика у морфологији завара је узрокована различитим протоком и хлађењем и очвршћавањем растопљеног купатила током процеса заваривања. Метода нумеричке симулације не само да може учинити анализу напона растопљеног купатила интуитивнијом, већ и смањити трошкове експеримента. Слика испод приказује промене у бочном растопљеном купатилу са једним снопом, различитим распоредима и размаком тачака. Главни закључци укључују: (1) Током једног снопаласерско заваривањеУ процесу, дубина рупе растопљеног базена је најдубља, постоји феномен колапса рупе, зид рупе је неправилан, а расподела поља протока близу зида рупе је неравномерна; близу задње површине растопљеног базена поновно струјање је јако, а на дну растопљеног базена постоји поновно струјање навише; расподела поља протока површинског растопљеног базена је релативно равномерна и спора, а ширина растопљеног базена је неравномерна дуж правца дубине. Постоје поремећаји узроковани притиском трзаја зида у растопљеном базену између малих рупа у двострукој греди.ласерско заваривање, и увек постоји дуж правца дубине малих рупа. Како се растојање између два снопа наставља повећавати, густина енергије снопа постепено прелази из једног врха у стање са два врха. Постоји минимална вредност између два врха, а густина енергије постепено опада. (2) За двоструки снопласерско заваривање, када је размак између тачака 0-0,5 мм, дубина малих рупа у растопљеном базену се благо смањује, а укупно понашање тока у растопљеном базену је слично понашању код једног снопаласерско заваривање; када је размак између тачака већи од 1 мм, мале рупе су потпуно раздвојене и током процеса заваривања готово да нема интеракције између два ласера, што је еквивалентно два узастопна/два паралелна једнозрачна ласерска заваривања снаге 1750 W. Готово да нема ефекта претходног загревања, а понашање тока растопљеног базена је слично као код једнозрачног ласерског заваривања. (3) Када је размак између тачака 0,5-1 мм, површина зида малих рупа је равнија у оба распореда, дубина малих рупа се постепено смањује, а дно се постепено раздваја. Поремећај између малих рупа и тока површинског растопљеног базена је на 0,8 мм. Најјачи је. Код серијског заваривања, дужина растопљеног базена постепено се повећава, ширина је највећа када је размак између тачака 0,8 мм, а ефекат претходног загревања је најочигледнији када је размак између тачака 0,8 мм. Ефекат Марангонијеве силе постепено слаби и више металне течности тече на обе стране растопљеног базена. Расподела ширине растопљеног базена постаје равномернија. Код паралелног заваривања, ширина растопљеног базена се постепено повећава, а дужина је максимална на 0,8 мм, али нема ефекта претходног загревања; рефлукс близу површине изазван Марангонијевом силом увек постоји, а рефлукс надоле на дну мале рупе постепено нестаје; поље протока попречног пресека није тако добро као у серији, јако је, поремећај једва утиче на проток са обе стране растопљеног базена, а ширина растопљеног базена је неравномерно распоређена.
Време објаве: 12. октобар 2023.
