Palyginti su tradicine suvirinimo technologija,lazerinis suvirinimasturi neprilygstamų pranašumų suvirinimo tikslumo, efektyvumo, patikimumo, automatizavimo ir kitais aspektais. Pastaraisiais metais jis sparčiai vystėsi automobilių, energetikos, elektronikos ir kitose srityse ir yra laikomas viena perspektyviausių gamybos technologijų XXI amžiuje.
1. Dvigubos sijos apžvalgalazerinis suvirinimas
Dviguba sijalazerinis suvirinimasyra naudoti optinius metodus tam pačiam lazeriui atskirti į du atskirus šviesos spindulius suvirinimui arba naudoti dviejų skirtingų tipų lazerius, tokius kaip CO2 lazeris, Nd:YAG lazeris ir didelės galios puslaidininkinis lazeris, derinimui. Visi jie gali būti derinami. Buvo pasiūlyta daugiausia spręsti lazerinio suvirinimo pritaikomumo surinkimo tikslumui problemas, pagerinti suvirinimo proceso stabilumą ir pagerinti suvirinimo kokybę. Dvigubas spindulyslazerinis suvirinimasgalima patogiai ir lanksčiai reguliuoti suvirinimo temperatūros lauką keičiant spindulio energijos santykį, spindulių atstumą ir net dviejų lazerio spindulių energijos pasiskirstymo modelį, keičiant rakto skylutės egzistavimo modelį ir skysto metalo tekėjimo modelį išlydyto metalo vonelėje. Suteikia platesnį suvirinimo procesų pasirinkimą. Tai ne tik turi didelių privalumųlazerinis suvirinimasįsiskverbimas, didelis greitis ir didelis tikslumas, tačiau taip pat tinka medžiagoms ir jungtims, kurias sunku suvirinti įprastais virinimo būdaislazerinis suvirinimas.
Dvigubos sijoslazerinis suvirinimasPirmiausia aptarsime dvigubo spindulio lazerio įgyvendinimo metodus. Išsami literatūra rodo, kad yra du pagrindiniai dvigubo spindulio suvirinimo būdai: pralaidinis fokusavimas ir atspindžio fokusavimas. Tiksliau, vienas iš jų pasiekiamas reguliuojant dviejų lazerių kampą ir atstumą per fokusavimo ir kolimavimo veidrodžius. Kitas būdas pasiekiamas naudojant lazerio šaltinį, o tada fokusuojant per atspindinčius, praleidžiančius ir pleišto formos veidrodžius, kad būtų gauti dvigubi spinduliai. Pirmasis metodas pasiekiamas trimis pagrindiniais pavidalais. Pirmasis būdas – sujungti du lazerius per optines skaidulas ir padalinti juos į du skirtingus spindulius po tuo pačiu kolimavimo ir fokusavimo veidrodžiais. Antrasis – du lazeriai skleidžia lazerio spindulius per atitinkamas suvirinimo galvutes, o dvigubas spindulys suformuojamas reguliuojant suvirinimo galvučių erdvinę padėtį. Trečiasis būdas – lazerio spindulys pirmiausia padalijamas per du veidrodžius 1 ir 2, o tada fokusuojamas atitinkamai dviem fokusavimo veidrodžiais 3 ir 4. Dviejų židinio taškų padėtį ir atstumą tarp jų galima reguliuoti keičiant dviejų fokusavimo veidrodžių 3 ir 4 kampus. Antrasis metodas – naudoti kietakūnį lazerį šviesai padalinti ir gauti dvigubus spindulius, o kampą ir atstumą reguliuoti naudojant perspektyvinį veidrodį ir fokusavimo veidrodį. Paskutinėse dviejose pirmoje eilutėje pateiktose nuotraukose parodyta CO2 lazerio spektroskopinė sistema. Plokščiasis veidrodis pakeičiamas pleišto formos veidrodžiu ir dedamas priešais fokusavimo veidrodį, kad šviesa būtų padalinta ir gautas dvigubas lygiagretus spindulys.
Supratę dvigubų sijų įgyvendinimą, trumpai pristatykime suvirinimo principus ir metodus. Dvigubos sijos atvejulazerinis suvirinimasŠiame procese yra trys įprasti pluošto išdėstymai: nuoseklusis išdėstymas, lygiagretusis išdėstymas ir hibridinis išdėstymas. Audinys, t. y. yra atstumas tiek suvirinimo kryptimi, tiek suvirinimo vertikalia kryptimi. Kaip parodyta paskutinėje paveikslo eilutėje, pagal skirtingas mažų skylučių ir išlydyto metalo vonių, atsirandančių esant skirtingam taškų atstumui nuosekliojo suvirinimo proceso metu, formas, jas galima toliau suskirstyti į pavienius lydalus. Yra trys būsenos: vona, bendra išlydyto metalo vona ir atskira išlydyto metalo vona. Pavienio išlydyto metalo vonos ir atskiros išlydyto metalo vonos savybės yra panašios į pavienio išlydyto metalo vonos savybes.lazerinis suvirinimas, kaip parodyta skaitmeninio modeliavimo diagramoje. Skirtingiems tipams būdingi skirtingi proceso efektai.
1 tipas: Esant tam tikram atstumui tarp taškų, dvi spindulių skylės tame pačiame išlydytame baseine sudaro bendrą didelę skylę; 1 tipo atveju pranešama, kad vienas šviesos spindulys naudojamas mažai skylutei sukurti, o kitas šviesos spindulys naudojamas suvirinimo terminiam apdorojimui, kuris gali efektyviai pagerinti didelio anglies kiekio plieno ir legiruotojo plieno konstrukcines savybes.
2 tipas: padidinamas taškų atstumas toje pačioje išlydyto metalo vonelėje, du spinduliai atskiriami į dvi nepriklausomas skylutes ir pakeičiamas išlydyto metalo tekėjimo modelis; 2 tipo atveju jo funkcija yra lygiavertė dviejų elektronų pluoštų suvirinimui, sumažinamas suvirinimo taškymasis ir netaisyklingi suvirinimo siūlės esant tinkamam židinio nuotoliui.
3 tipas: dar labiau padidinkite taškų atstumą ir pakeiskite dviejų spindulių energijos santykį taip, kad vienas iš dviejų spindulių būtų naudojamas kaip šilumos šaltinis atliekant suvirinimo arba povirinimo apdorojimą suvirinimo proceso metu, o kitas spindulys būtų naudojamas mažoms skylutėms generuoti. 3 tipo tyrime nustatyta, kad du spinduliai sudaro rakto skylutę, maža skylutė nėra lengvai sugriūva, o suvirinimo siūlėje nėra lengva susidaryti poroms.
2. Suvirinimo proceso įtaka suvirinimo kokybei
Nuoseklaus pluošto ir energijos santykio įtaka suvirinimo siūlės formavimuisi
Kai lazerio galia yra 2 kW, suvirinimo greitis yra 45 mm/s, defokusavimo laipsnis yra 0 mm, o spindulio atstumas yra 3 mm, suvirinimo paviršiaus forma, keičiant RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00), yra tokia, kaip parodyta paveikslėlyje. Kai RS = 0,50 ir 2,00, suvirinimo siūlė yra labiau įlenkta, o suvirinimo kraštuose yra daugiau taškymosi, nesudarant taisyklingų žuvų žvynų raštų. Taip yra todėl, kad kai spindulio energijos santykis yra per mažas arba per didelis, lazerio energija yra per daug koncentruota, todėl lazerio adata suvirinimo proceso metu labiau svyruoja, o garų atatrankos slėgis sukelia išlydyto metalo išmetimą ir taškymąsi išlydyto metalo vonelėje; per didelis šilumos tiekimas lemia per didelį išlydyto metalo įsiskverbimo gylį aliuminio lydinio pusėje, todėl gravitacijos veikiama susidaro įdubimas. Kai RS = 0,67 ir 1,50, žuvų žvynų raštas suvirinimo paviršiuje yra vienodas, suvirinimo forma gražesnė, nėra matomų suvirinimo įtrūkimų, porų ir kitų suvirinimo defektų. Suvirinimo siūlių, turinčių skirtingus pluošto energijos santykius RS, skerspjūvio formos yra tokios, kaip parodyta paveikslėlyje. Suvirinimo siūlių skerspjūvis yra tipiškos „vyno taurės“ formos, o tai rodo, kad suvirinimo procesas atliekamas lazerinio gilaus įsiskverbimo suvirinimo režimu. RS turi didelę įtaką suvirinimo siūlės įsiskverbimo gyliui P2 aliuminio lydinio pusėje. Kai pluošto energijos santykis RS = 0,5, P2 yra 1203,2 mikrono. Kai pluošto energijos santykis RS = 0,67 ir 1,5, P2 žymiai sumažėja iki atitinkamai 403,3 mikrono ir 93,6 mikrono. Kai pluošto energijos santykis RS = 2, jungties skerspjūvio suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis yra 1151,6 mikrono.
Lygiagretaus pluošto ir energijos santykio įtaka suvirinimo siūlės formavimuisi
Kai lazerio galia yra 2,8 kW, suvirinimo greitis yra 33 mm/s, defokusavimo laipsnis yra 0 mm, o spindulių atstumas yra 1 mm, suvirinimo paviršius gaunamas keičiant spindulio energijos santykį (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Išvaizda parodyta paveikslėlyje. Kai RS = 2, žuvų žvynų raštas suvirinimo paviršiuje yra santykinai netolygus. Suvirinimo paviršius, gautas naudojant kitus penkis skirtingus spindulio energijos santykius, yra gerai suformuotas, nėra matomų defektų, tokių kaip poros ir taškymasis. Todėl, palyginti su nuosekliu dviejų spindulių...lazerinis suvirinimas, suvirinimo paviršius, naudojant lygiagrečius dvigubus pluoštus, yra vienodesnis ir gražesnis. Kai RS = 0,25, suvirinimo siūlėje yra nedidelis įdubimas; pluošto energijos santykiui palaipsniui didėjant (RS = 0,5, 0,67 ir 1,5), suvirinimo siūlės paviršius yra vienodas ir įdubimų nesusidaro; tačiau, kai pluošto energijos santykis toliau didėja (RS = 1,50, 2,00), suvirinimo siūlės paviršiuje yra įdubimų. Kai pluošto energijos santykis RS = 0,25, 1,5 ir 2, suvirinimo siūlės skerspjūvio forma yra „vyno taurės formos“; kai RS = 0,50, 0,67 ir 1, suvirinimo siūlės skerspjūvio forma yra „piltuvo formos“. Kai RS = 4, suvirinimo siūlės apačioje atsiranda ne tik įtrūkimų, bet ir porų vidurinėje bei apatinėje dalyje. Kai RS = 2, suvirinimo siūlės viduje atsiranda didelių proceso porų, bet įtrūkimų neatsiranda. Kai RS = 0,5, 0,67 ir 1,5, suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis P2 aliuminio lydinio pusėje yra mažesnis, o suvirinimo siūlės skerspjūvis yra gerai suformuotas ir nesusidaro akivaizdžių suvirinimo defektų. Tai rodo, kad lazerinio suvirinimo metu lazerio pluošto energijos santykis taip pat turi didelę įtaką suvirinimo siūlės įsiskverbimui ir suvirinimo defektams.
Lygiagreti sija – sijų išdėstymo įtaka suvirinimo siūlės formavimuisi
Kai lazerio galia yra 2,8 kW, suvirinimo greitis yra 33 mm/s, defokusavimo laipsnis yra 0 mm, o spindulio energijos santykis RS = 0,67, reikia pakeisti spindulių atstumą (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), kad būtų gauta paveikslėlyje parodyta suvirinimo paviršiaus morfologija. Kai d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, suvirinimo paviršius yra lygus ir plokščias, o forma graži; suvirinimo siūlės žuvų žvynų raštas yra taisyklingas ir gražus, nėra matomų porų, įtrūkimų ir kitų defektų. Todėl, esant keturių spindulių atstumui, suvirinimo paviršius yra gerai suformuotas. Be to, kai d = 2 mm, susidaro du skirtingi suvirinimo siūlai, o tai rodo, kad du lygiagretūs lazerio spinduliai nebeveikia išlydytos vonios ir negali sudaryti efektyvaus dviejų spindulių lazerinio hibridinio suvirinimo. Kai atstumas tarp pluoštų yra 0,5 mm, suvirinimo siūlė yra „piltuvo formos“, suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis P2 aliuminio lydinio pusėje yra 712,9 mikrono, o suvirinimo viduje nėra įtrūkimų, porų ir kitų defektų. Didėjant atstumui tarp pluoštų, suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis P2 aliuminio lydinio pusėje žymiai sumažėja. Kai atstumas tarp pluoštų yra 1 mm, suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis aliuminio lydinio pusėje yra tik 94,2 mikrono. Toliau didėjant atstumui tarp pluoštų, suvirinimo siūlė nesudaro efektyvaus įsiskverbimo aliuminio lydinio pusėje. Todėl, kai atstumas tarp pluoštų yra 0,5 mm, dvigubo pluošto rekombinacijos efektas yra geriausias. Didėjant atstumui tarp pluoštų, suvirinimo šilumos tiekimas smarkiai sumažėja, o dviejų pluoštų lazerio rekombinacijos efektas palaipsniui blogėja.
Suvirinimo siūlės morfologijos skirtumus lemia skirtingas išlydyto vandens tekėjimas ir aušinimas bei kietėjimas suvirinimo proceso metu. Skaitmeninio modeliavimo metodas gali ne tik padaryti išlydyto vandens įtempių analizę intuityvesnę, bet ir sumažinti eksperimentines sąnaudas. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyti šoninio išlydyto vandens pokyčiai naudojant vieną siją, skirtingus išdėstymus ir taškų tarpus. Pagrindinės išvados: (1) Vienos sijos metulazerinis suvirinimasProceso metu išlydyto metalo telkinio angos gylis yra didžiausias, stebimas skylės griūties reiškinys, skylės sienelė yra netaisyklinga, o srauto lauko pasiskirstymas prie skylės sienelės yra netolygus; prie išlydyto metalo telkinio galinio paviršiaus tekėjimas yra stiprus, o išlydyto metalo telkinio apačioje yra tekėjimas aukštyn; paviršinio išlydyto metalo telkinio srauto lauko pasiskirstymas yra santykinai tolygus ir lėtas, o išlydyto metalo telkinio plotis gylio kryptimi yra netolygus. Dvigubo spindulio išlydyto metalo telkinyje tarp mažų skylių yra trikdžių, kuriuos sukelia sienelės atatrankos slėgis.lazerinis suvirinimas, ir jis visada egzistuoja mažų skylučių gylio kryptimi. Didėjant atstumui tarp dviejų pluoštų, pluošto energijos tankis palaipsniui pereina iš vienos smailės į dvigubos smailės būseną. Tarp dviejų smailių yra minimali vertė, o energijos tankis palaipsniui mažėja. (2) Dvigubo pluošto atvejulazerinis suvirinimas, kai taškų tarpai yra 0–0,5 mm, išlydyto metalo baseino mažų skylučių gylis šiek tiek sumažėja, o bendras išlydyto metalo baseino tekėjimo elgesys yra panašus į vieno spindulio.lazerinis suvirinimasKai atstumas tarp taškų yra didesnis nei 1 mm, mažos skylutės yra visiškai atskirtos, ir suvirinimo proceso metu tarp dviejų lazerių beveik nėra sąveikos, o tai atitinka du iš eilės einančius / du lygiagrečius vieno spindulio lazerinius suvirinimus, kurių galia yra 1750 W. Beveik nėra išankstinio pašildymo efekto, o išlydyto metalo telkinio tekėjimo elgsena yra panaši į vieno spindulio lazerinio suvirinimo elgseną. (3) Kai atstumas tarp taškų yra 0,5–1 mm, mažų skylučių sienelės paviršius abiejuose išdėstymuose yra plokštesnis, mažų skylučių gylis palaipsniui mažėja, o dugnas palaipsniui atsiskiria. Mažų skylučių ir paviršinės išlydyto metalo telkinio tekėjimo trukdis yra 0,8 mm. Stipriausias. Nuosekliojo suvirinimo metu išlydyto metalo telkinio ilgis palaipsniui didėja, plotis yra didžiausias, kai atstumas tarp taškų yra 0,8 mm, o išankstinio pašildymo efektas yra akivaizdžiausias, kai atstumas tarp taškų yra 0,8 mm. Marangoni jėgos poveikis palaipsniui silpnėja, ir daugiau metalo skysčio teka į abi išlydyto metalo telkinio puses. Lydymo metalo pločio pasiskirstymas tampa tolygesnis. Lygiagretaus suvirinimo metu išlydyto metalo plotis palaipsniui didėja, o ilgis siekia 0,8 mm, tačiau nėra išankstinio pašildymo efekto; Marangoni jėgos sukeltas pakartotinis tekėjimas prie paviršiaus visada egzistuoja, o mažos skylės apačioje esantis grįžtamasis tekėjimas palaipsniui išnyksta; skerspjūvio srauto laukas nėra toks geras, kaip stiprus nuosekliai, trikdžiai beveik neturi įtakos srautui abiejose išlydyto metalo pusėse, o išlydyto metalo plotis pasiskirsto netolygiai.
Įrašo laikas: 2023 m. spalio 12 d.
