Предлаже се метод заваривања са два снопа, углавном да би се решила прилагодљивостласерско заваривањеда се побољша тачност склапања, стабилност процеса заваривања и квалитет завара, посебно код заваривања танких плоча и легура алуминијума. Двоструко ласерско заваривање може користити оптичке методе за раздвајање истог ласера у два одвојена снопа светлости за заваривање. Такође може комбиновати две различите врсте ласера: CO2 ласер, Nd:YAG ласер и полупроводнички ласер велике снаге. Променом енергије снопа, размака између снопова, па чак и расподеле енергије два снопа, температурно поље заваривања може се практично и флексибилно подесити, мењајући образац постојања рупа и образац протока течног метала у растопљеном базену, пружајући боље решење за процес заваривања. Огроман избор је неупоредив са једноструким ласерским заваривањем. Не само да има предности велике пенетрације ласерског заваривања, велике брзине и високе прецизности, већ има и велику прилагодљивост материјалима и спојевима које је тешко заварити конвенционалним ласерским заваривањем.
Принципдвоструко ласерско заваривање
Заваривање са два снопа значи коришћење два ласерска снопа истовремено током процеса заваривања. Распоред снопа, размак између снопа, угао између два снопа, положај фокусирања и однос енергије два снопа су све релевантна подешавања у ласерском заваривању са два снопа. Нормално, током процеса заваривања, углавном постоје два начина распоређивања двоструких снопа. Као што је приказано на слици, један је распоређен серијски дуж правца заваривања. Овај распоред може смањити брзину хлађења растопљеног купатила. Смањује тенденцију каљења завара и стварање пора. Други је да се распореде један поред другог или попречно са обе стране завара како би се побољшала прилагодљивост заварном размаку.
Принцип двоструког ласерског заваривања
Заваривање са два снопа значи коришћење два ласерска снопа истовремено током процеса заваривања. Распоред снопа, размак између снопа, угао између два снопа, положај фокусирања и однос енергије два снопа су све релевантна подешавања у ласерском заваривању са два снопа. Нормално, током процеса заваривања, углавном постоје два начина распоређивања двоструких снопа. Као што је приказано на слици, један је распоређен серијски дуж правца заваривања. Овај распоред може смањити брзину хлађења растопљеног купатила. Смањује тенденцију каљења завара и стварање пора. Други је да се распореде један поред другог или попречно са обе стране завара како би се побољшала прилагодљивост заварном размаку.
За тандемски распоређени систем за ласерско заваривање са два снопа, постоје три различита механизма заваривања у зависности од растојања између предњег и задњег снопа, као што је приказано на слици испод.
1. Код првог типа механизма за заваривање, растојање између два светлосна снопа је релативно велико. Један светлосни сноп има већу густину енергије и фокусиран је на површину радног предмета како би створио кључаонице у заварењу; други светлосни сноп има мању густину енергије. Користи се само као извор топлоте за термичку обраду пре или после заваривања. Коришћењем овог механизма заваривања, брзина хлађења заваривачког базена може се контролисати у одређеном опсегу, што је корисно за заваривање неких материјала са високом осетљивошћу на пукотине, као што су високоугљенични челик, легирани челик итд., а такође може побољшати жилавост завара.
2. Код другог типа механизма заваривања, фокусна удаљеност између два светлосна снопа је релативно мала. Два светлосна снопа стварају два независна отвора у заваривачком базену, што мења образац тока течног метала и помаже у спречавању заглављивања. То може елиминисати појаву дефеката као што су ивице и испупчења заварених зрна и побољшати формирање завара.
3. Код трећег типа механизма заваривања, растојање између два светлосна снопа је веома мало. У овом тренутку, два светлосна снопа стварају исту кључаоницу у заваривачком базену. У поређењу са једнослојним ласерским заваривањем, због тога што величина кључаонице постаје већа и није је лако затворити, процес заваривања је стабилнији и гас се лакше испушта, што је корисно за смањење пора и прскања и добијање континуираних, уједначених и лепих завара.
Током процеса заваривања, два ласерска снопа могу бити постављена под одређеним углом један у односу на други. Механизам заваривања је сличан механизму заваривања са паралелним двоструким снопом. Резултати испитивања показују да коришћењем два снажна OO под углом од 30° један у односу на други и растојањем од 1~2 мм, ласерски сноп може добити левкасти облик кључаонице. Величина кључаонице је већа и стабилнија, што може ефикасно побољшати квалитет заваривања. У практичним применама, међусобна комбинација два светлосна снопа може се мењати у складу са различитим условима заваривања како би се постигли различити процеси заваривања.
6. Метод имплементације двослојног ласерског заваривања
Добијање двоструких снопова може се постићи комбиновањем два различита ласерска снопа, или се један ласерски сноп може поделити на два ласерска снопа за заваривање коришћењем оптичког спектрометријског система. Да би се сноп светлости поделио на два паралелна ласерска снопа различитих снага, може се користити спектроскоп или неки посебан оптички систем. Слика приказује два шематска дијаграма принципа раздвајања светлости коришћењем фокусирајућих огледала као разделника снопа.
Поред тога, рефлектор се такође може користити као разделник снопа, а последњи рефлектор у оптичком путу може се користити као разделник снопа. Ова врста рефлектора се назива и рефлектор кровног типа. Његова рефлектујућа површина није равна површина, већ се састоји од две равни. Линија пресека две рефлектујуће површине налази се у средини површине огледала, слично кровном слемену, као што је приказано на слици. Сноп паралелне светлости пада на спектроскоп, рефлектује се од две равни под различитим угловима да би се формирала два снопа светлости, и пада на различите положаје фокусирајућег огледала. Након фокусирања, добијају се два снопа светлости на одређеној удаљености на површини радног предмета. Променом угла између две рефлектујуће површине и положаја крова могу се добити подељени светлосни снопови са различитим фокусним даљинама и распоредом.
Када се користе две различите врстеласерски зраци то формирању двоструког снопа, постоји много комбинација. Висококвалитетни CO2 ласер са Гаусовом расподелом енергије може се користити за главне радове заваривања, а полупроводнички ласер са правоугаоном расподелом енергије може се користити као помоћ у радовима термичке обраде. С једне стране, ова комбинација је економичнија. С друге стране, снага два светлосна снопа може се подесити независно. За различите облике спојева, подесиво температурно поље може се добити подешавањем преклапајућег положаја ласера и полупроводничког ласера, што је веома погодно за заваривање. Контрола процеса. Поред тога, YAG ласер и CO2 ласер се такође могу комбиновати у двоструки сноп за заваривање, континуирани ласер и импулсни ласер се могу комбиновати за заваривање, а фокусирани сноп и дефокусирани сноп се такође могу комбиновати за заваривање.
7. Принцип двослојног ласерског заваривања
3.1 Двоструко ласерско заваривање поцинкованих лимова
Поцинковани челични лим је најчешће коришћени материјал у аутомобилској индустрији. Тачка топљења челика је око 1500°C, док је тачка кључања цинка само 906°C. Стога се при коришћењу методе заваривања топљењем обично ствара велика количина цинкове паре, што узрокује нестабилност процеса заваривања, стварајући поре у завару. Код преклопних спојева, испарење поцинкованог слоја се не дешава само на горњој и доњој површини, већ се дешава и на површини споја. Током процеса заваривања, цинкова пара брзо излази из површине растопљеног купатила у неким областима, док је у другим областима цинковој пари тешко да изађе из растопљеног купатила. На површини купатила, квалитет заваривања је веома нестабилан.
Двоструко ласерско заваривање може решити проблеме квалитета заваривања изазване цинковим парама. Једна метода је контрола времена постојања и брзине хлађења растопљеног базена разумним усклађивањем енергије два зрака како би се олакшало излазак цинкових пара; друга метода је ослобађање цинкових пара претходним бушењем или жлебљењем. Као што је приказано на слици 6-31, CO2 ласер се користи за заваривање. YAG ласер се налази испред CO2 ласера и користи се за бушење рупа или сечење жлебова. Претходно обрађене рупе или жлебови обезбеђују пут за излазак цинкових пара генерисаних током накнадног заваривања, спречавајући их да остану у растопљеном базену и формирају дефекте.
3.2 Двоструко ласерско заваривање алуминијумске легуре
Због посебних карактеристика перформанси материјала од легура алуминијума, постоје следеће потешкоће при коришћењу ласерског заваривања [39]: легура алуминијума има ниску стопу апсорпције ласера, а почетна рефлективност површине CO2 ласерског снопа прелази 90%; шавови ласерског заваривања легура алуминијума се лако стварају. Порозност, пукотине; сагоревање елемената легуре током заваривања итд. Приликом коришћења једноструког ласерског заваривања, тешко је успоставити отвор за кључаоницу и одржати стабилност. Двоструко ласерско заваривање може повећати величину отвора за кључаоницу, што отежава затварање отвора за кључаоницу, што је корисно за пражњење гаса. Такође може смањити брзину хлађења и смањити појаву пора и пукотина при заваривању. Пошто је процес заваривања стабилнији и количина прскања је смањена, облик површине завара добијен двоструким заваривањем легура алуминијума је такође знатно бољи од оног код једноструког заваривања. Слика 6-32 приказује изглед завара завареног шава алуминијумске легуре дебљине 3 мм чеоним заваривањем једноструким и двоструким ласерским заваривањем.
Истраживања показују да је при заваривању легуре алуминијума серије 5000 дебљине 2 мм, када је растојање између два снопа 0,6~1,0 мм, процес заваривања релативно стабилан, а формирани отвор кључаонице је већи, што погодује испаравању и изласку магнезијума током процеса заваривања. Ако је растојање између два снопа премало, процес заваривања једног снопа неће бити стабилан. Ако је растојање превелико, продор заваривања ће бити погођен, као што је приказано на слици 6-33. Поред тога, однос енергије два снопа такође има велики утицај на квалитет заваривања. Када су два снопа са размаком од 0,9 мм постављена у серију за заваривање, енергија претходног снопа треба да се на одговарајући начин повећа тако да однос енергије два снопа пре и после буде већи од 1:1. Корисно је побољшати квалитет заваривања, повећати површину топљења, а и даље добити глатко и лепо заваривање када је брзина заваривања велика.
3.3 Заваривање двоструким снопом плоча неједнаке дебљине
У индустријској производњи, често је потребно заварити две или више металних плоча различитих дебљина и облика да би се формирала спојена плоча. Посебно у производњи аутомобила, примена заварених бланкова по мери постаје све распрострањенија. Заваривањем плоча са различитим спецификацијама, површинским премазима или својствима, може се повећати чврстоћа, смањити потрошни материјал и смањити квалитет. Ласерско заваривање плоча различитих дебљина се обично користи код заваривања панела. Главни проблем је што плоче које се заварују морају бити претходно обликоване са високо прецизним ивицама и осигурати високо прецизну монтажу. Употреба двоструког снопа заваривања плоча неједнаке дебљине може се прилагодити различитим променама у размацима плоча, чеоним спојевима, релативним дебљинама и материјалима плоча. Може заваривати плоче са већим толеранцијама ивица и размака и побољшати брзину заваривања и квалитет заваривања.
Главни параметри процеса заваривања плоча неједнаке дебљине у Шуанггуангдонгу могу се поделити на параметре заваривања и параметре плоче, као што је приказано на слици. Параметри заваривања укључују снагу два ласерска зрака, брзину заваривања, положај фокуса, угао главе за заваривање, угао ротације зрака двоструког чеоног споја и помак заваривања итд. Параметри плоче укључују величину материјала, перформансе, услове сечења, размаке између плоче итд. Снага два ласерска зрака може се подесити одвојено према различитим наменама заваривања. Положај фокуса се генерално налази на површини танке плоче како би се постигао стабилан и ефикасан процес заваривања. Угао главе за заваривање се обично бира да буде око 6. Ако је дебљина две плоче релативно велика, може се користити позитиван угао главе за заваривање, односно ласер је нагнут према танкој плочи, као што је приказано на слици; када је дебљина плоче релативно мала, може се користити негативан угао главе за заваривање. Помак заваривања је дефинисан као растојање између фокуса ласера и ивице дебеле плоче. Подешавањем помака заваривања може се смањити количина удубљења завара и добити добар попречни пресек завара.
Приликом заваривања плоча са великим размацима, можете повећати ефективни пречник загревања снопа ротирањем угла двоструког снопа како бисте постигли добре могућности попуњавања размака. Ширина врха завара одређена је ефективним пречником снопа два ласерска снопа, односно углом ротације снопа. Што је већи угао ротације, то је шири опсег загревања двоструког снопа и већа је ширина горњег дела завара. Два ласерска снопа играју различите улоге у процесу заваривања. Један се углавном користи за продирање шава, док се други углавном користи за топљење материјала дебеле плоче ради попуњавања размака. Као што је приказано на слици 6-35, под позитивним углом ротације снопа (предњи сноп делује на дебелу плочу, задњи сноп делује на завар), предњи сноп пада на дебелу плочу да би загрејао и отопио материјал, а следећи ласерски сноп ствара продор. Први ласерски сноп на предњој страни може само делимично да отопи дебелу плочу, али значајно доприноси процесу заваривања, јер не само да топи страну дебеле плоче ради бољег попуњавања зазора, већ и претходно спаја материјал споја тако да следећи снопови лакше заварују спојеве, што омогућава брже заваривање. Код заваривања са два снопа са негативним углом ротације (предњи сноп делује на завар, а задњи сноп на дебелу плочу), два снопа имају управо супротан ефекат. Први сноп топи спој, а други сноп топи дебелу плочу да би га попунио. У овом случају, предњи сноп је потребан да завари хладну плочу, а брзина заваривања је спорија него код коришћења позитивног угла ротације снопа. А због ефекта претходног загревања претходног снопа, други сноп ће отопити више материјала дебље плоче под истом снагом. У овом случају, снага другог ласерског снопа треба да се на одговарајући начин смањи. Поређења ради, коришћење позитивног угла ротације снопа може на одговарајући начин повећати брзину заваривања, а коришћење негативног угла ротације снопа може постићи боље попуњавање зазора. Слика 6-36 приказује утицај различитих углова ротације зрака на попречни пресек завара.
3.4 Двоструко ласерско заваривање великих дебелих плоча Са побољшањем нивоа снаге ласера и квалитета снопа, ласерско заваривање великих дебелих плоча постало је стварност. Међутим, пошто су ласери велике снаге скупи, а заваривање великих дебелих плоча генерално захтева додатни метал, постоје одређена ограничења у стварној производњи. Употреба технологије двоструког ласерског заваривања не само да може повећати снагу ласера, већ и повећати ефективни пречник загревања снопа, повећати могућност топљења додатне жице, стабилизовати ласерски отвор, побољшати стабилност заваривања и побољшати квалитет заваривања.
Време објаве: 29. април 2024.
