Dviejų spindulių suvirinimo metodas siūlomas, daugiausia siekiant išspręsti pritaikomumo problemąlazerinis suvirinimaspadidinti surinkimo tikslumą, pagerinti suvirinimo proceso stabilumą ir pagerinti suvirinimo kokybę, ypač plonų plokščių ir aliuminio lydinių suvirinimo atveju. Dviejų spindulių lazerinis suvirinimas gali naudoti optinius metodus, kad tas pats lazeris būtų padalintas į du atskirus šviesos spindulius suvirinimui. Taip pat galima sujungti dviejų skirtingų tipų lazerius: CO2 lazerį, Nd:YAG lazerį ir didelės galios puslaidininkinį lazerį. Keičiant spindulio energiją, spindulių atstumą ir net dviejų spindulių energijos pasiskirstymo modelį, suvirinimo temperatūros lauką galima patogiai ir lanksčiai reguliuoti, keičiant skylių buvimo modelį ir skysto metalo tekėjimo modelį išlydytame vandenyje, o tai suteikia geresnį suvirinimo proceso sprendimą. Vieno spindulio lazerinis suvirinimas neturi tokios plačios pasirinkimo galimybės. Jis turi ne tik didelės lazerinio suvirinimo skvarbos, greito greičio ir didelio tikslumo privalumus, bet ir puikiai prisitaiko prie medžiagų ir jungčių, kurias sunku suvirinti įprastu lazeriniu suvirinimu.
PrincipasDviejų spindulių lazerinis suvirinimas
Dviejų spindulių suvirinimas reiškia dviejų lazerio spindulių naudojimą vienu metu suvirinimo proceso metu. Spindulių išdėstymas, spindulių atstumas, kampas tarp dviejų spindulių, fokusavimo padėtis ir dviejų spindulių energijos santykis yra svarbūs dviejų spindulių lazerinio suvirinimo parametro nustatymai. Paprastai suvirinimo proceso metu yra du būdai išdėstyti dvigubus spindulius. Kaip parodyta paveikslėlyje, vienas iš jų išdėstomas nuosekliai suvirinimo kryptimi. Toks išdėstymas gali sumažinti išlydyto metalo vonios aušinimo greitį. Sumažina suvirinimo siūlės kietėjimo tendenciją ir porų susidarymą. Kitas būdas – išdėstyti juos greta arba skersai abiejose suvirinimo pusėse, siekiant pagerinti prisitaikymą prie suvirinimo tarpo.
Dvigubo spindulio lazerinio suvirinimo principas
Dviejų spindulių suvirinimas reiškia dviejų lazerio spindulių naudojimą vienu metu suvirinimo proceso metu. Spindulių išdėstymas, spindulių atstumas, kampas tarp dviejų spindulių, fokusavimo padėtis ir dviejų spindulių energijos santykis yra svarbūs dviejų spindulių lazerinio suvirinimo parametro nustatymai. Paprastai suvirinimo proceso metu yra du būdai išdėstyti dvigubus spindulius. Kaip parodyta paveikslėlyje, vienas iš jų išdėstomas nuosekliai suvirinimo kryptimi. Toks išdėstymas gali sumažinti išlydyto metalo vonios aušinimo greitį. Sumažina suvirinimo siūlės kietėjimo tendenciją ir porų susidarymą. Kitas būdas – išdėstyti juos greta arba skersai abiejose suvirinimo pusėse, siekiant pagerinti prisitaikymą prie suvirinimo tarpo.
Tandeminėje dviejų spindulių lazerinio suvirinimo sistemoje yra trys skirtingi suvirinimo mechanizmai, priklausomai nuo atstumo tarp priekinių ir galinių spindulių, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.
1. Pirmojo tipo suvirinimo mechanizme atstumas tarp dviejų šviesos spindulių yra santykinai didelis. Vienas šviesos spindulys turi didesnį energijos tankį ir yra sufokusuotas į ruošinio paviršių, kad suvirinimo siūlėje susidarytų skylutės; kitas šviesos spindulys turi mažesnį energijos tankį. Naudojamas tik kaip šilumos šaltinis terminiam apdorojimui prieš suvirinimą arba po suvirinimo. Naudojant šį suvirinimo mechanizmą, suvirinimo vonios aušinimo greitį galima kontroliuoti tam tikrame diapazone, o tai naudinga suvirinant kai kurias medžiagas, kurios yra jautrios įtrūkimams, pvz., didelio anglies kiekio plieną, legiruotą plieną ir kt., ir taip pat gali pagerinti suvirinimo tvirtumą.
2. Antrojo tipo suvirinimo mechanizme židinio atstumas tarp dviejų šviesos spindulių yra santykinai mažas. Du šviesos spinduliai suvirinimo vonelėje sukuria dvi nepriklausomas skylutes, kurios pakeičia skysto metalo tekėjimo modelį ir padeda išvengti užstrigimo. Tai gali pašalinti defektus, tokius kaip briaunos ir suvirinimo siūlės iškilimai, ir pagerinti suvirinimo formavimąsi.
3. Trečiojo tipo suvirinimo mechanizme atstumas tarp dviejų šviesos spindulių yra labai mažas. Šiuo metu abu šviesos spinduliai suvirinimo vonelėje sukuria tą pačią rakto skylutę. Palyginti su vieno spindulio lazeriniu suvirinimu, rakto skylutės dydis tampa didesnis ir ją sunkiau uždaryti, todėl suvirinimo procesas yra stabilesnis ir dujos lengviau išleidžiamos, o tai naudinga porų ir taškymosi mažinimui, taip pat tolygių, vienodų ir gražių suvirinimo siūlių gavimui.
Suvirinimo proceso metu du lazerio spinduliai taip pat gali būti nukreipti vienas į kitą tam tikru kampu. Suvirinimo mechanizmas yra panašus į lygiagretaus dvigubo spindulio suvirinimo mechanizmą. Bandymų rezultatai rodo, kad naudojant du didelės galios lazerio spindulius, esančius 30° kampu vienas kito atžvilgiu ir 1–2 mm atstumu, lazerio spindulys gali gauti piltuvėlio formos rakto skylutę. Rakto skylutės dydis yra didesnis ir stabilesnis, o tai gali efektyviai pagerinti suvirinimo kokybę. Praktiškai dviejų šviesos spindulių derinys gali būti keičiamas atsižvelgiant į skirtingas suvirinimo sąlygas, kad būtų pasiekti skirtingi suvirinimo procesai.
6. Dvigubo spindulio lazerinio suvirinimo įgyvendinimo metodas
Dvigubų spindulių gavimas gali būti atliekamas sujungiant du skirtingus lazerio spindulius arba vieną lazerio spindulį galima padalyti į du lazerio spindulius suvirinimui naudojant optinės spektrometrijos sistemą. Norint padalinti šviesos spindulį į du lygiagrečius skirtingos galios lazerio spindulius, galima naudoti spektroskopą arba specialią optinę sistemą. Paveikslėlyje parodytos dvi šviesos skaidymo principų scheminės diagramos, kuriose kaip spindulių dalikliai naudojami fokusavimo veidrodžiai.
Be to, reflektorius taip pat gali būti naudojamas kaip spindulio daliklis, o paskutinis reflektorius optiniame kelyje gali būti naudojamas kaip spindulio daliklis. Šis reflektoriaus tipas dar vadinamas stogo tipo reflektoriumi. Jo atspindintis paviršius nėra plokščias, o susideda iš dviejų plokštumų. Dviejų atspindinčių paviršių susikirtimo linija yra veidrodžio paviršiaus viduryje, panašiai kaip stogo kraigas, kaip parodyta paveikslėlyje. Į spektroskopą krinta lygiagrečios šviesos spindulys, atsispindi dviejose skirtingais kampais esančiose plokštumose ir sudaro du šviesos pluoštus, ir apšviečia skirtingas fokusuojančio veidrodžio padėtis. Po fokusavimo tam tikru atstumu ant ruošinio paviršiaus gaunami du šviesos pluoštai. Keičiant kampą tarp dviejų atspindinčių paviršių ir stogo padėtį, galima gauti padalintus šviesos pluoštus su skirtingais fokusavimo atstumais ir išdėstymais.
Kai naudojami du skirtingi tipailazerio spinduliai tDvigubo spindulio sudarymui yra daug kombinacijų. Pagrindiniams suvirinimo darbams galima naudoti aukštos kokybės CO2 lazerį su Gauso energijos paskirstymu, o terminio apdorojimo darbams – puslaidininkinį lazerį su stačiakampiu energijos paskirstymu. Viena vertus, šis derinys yra ekonomiškesnis. Kita vertus, dviejų šviesos spindulių galią galima reguliuoti atskirai. Skirtingoms jungčių formoms galima gauti reguliuojamą temperatūros lauką reguliuojant lazerio ir puslaidininkinio lazerio persidengimo padėtį, o tai labai tinka suvirinimui. Proceso valdymas. Be to, YAG lazerį ir CO2 lazerį taip pat galima sujungti į dvigubą spindulį suvirinimui, nuolatinį lazerį ir impulsinį lazerį galima sujungti suvirinimui, o fokusuotą ir defokusuotą spindulius – suvirinimui.
7. Dviejų spindulių lazerinio suvirinimo principas
3.1 Cinkuotų lakštų dvispindulių lazerinis suvirinimas
Cinkuoto plieno lakštai yra dažniausiai automobilių pramonėje naudojama medžiaga. Plieno lydymosi temperatūra yra apie 1500 °C, o cinko virimo temperatūra – tik 906 °C. Todėl naudojant lydymosi suvirinimo metodą, paprastai susidaro didelis kiekis cinko garų, dėl kurių suvirinimo procesas tampa nestabilus ir suvirinimo siūlėje susidaro poros. Perdengiant jungtis, cinkuoto sluoksnio garavimas vyksta ne tik viršutiniame ir apatiniame paviršiuose, bet ir jungties paviršiuje. Suvirinimo proceso metu cinko garai kai kuriose vietose greitai išsiskiria iš išlydyto metalo paviršiaus, o kitose vietose cinko garams sunku išeiti iš išlydyto metalo paviršiaus. Ant išlydyto metalo paviršiaus suvirinimo kokybė yra labai nestabili.
Dviejų spindulių lazerinis suvirinimas gali išspręsti cinko garų sukeliamas suvirinimo kokybės problemas. Vienas iš būdų – kontroliuoti išlydyto metalo telkinio buvimo laiką ir aušinimo greitį, pagrįstai suderinant dviejų spindulių energiją, kad būtų lengviau išeiti cinko garams; kitas būdas – išleisti cinko garus išankstiniu perforavimu arba grioveliais. Kaip parodyta 6-31 paveiksle, suvirinimui naudojamas CO2 lazeris. YAG lazeris yra priešais CO2 lazerį ir naudojamas skylėms gręžti arba grioveliams pjauti. Iš anksto apdorotos skylės arba grioveliai suteikia išleidimo kelią cinko garams, susidariusiems vėlesnio suvirinimo metu, neleisdami jiems likti išlydytame metale ir susidaryti defektams.
3.2 Aliuminio lydinio dvigubo spindulio lazerinis suvirinimas
Dėl specialių aliuminio lydinių medžiagų eksploatacinių savybių, lazerinio suvirinimo naudojimas yra sudėtingas [39]: aliuminio lydinys pasižymi mažu lazerio sugerties greičiu, o pradinis CO2 lazerio spindulio paviršiaus atspindėjimas viršija 90 %; lengvai susidaro aliuminio lydinio lazerinio suvirinimo siūlės, atsiranda poringumas, įtrūkimai, lydinio elementų degimas suvirinimo metu ir kt. Naudojant vieno spindulio lazerinį suvirinimą, sunku suformuoti rakto skylutę ir išlaikyti jos stabilumą. Dviejų spindulių lazerinis suvirinimas gali padidinti rakto skylutės dydį, todėl jai sunku užsidaryti, o tai naudinga dujų išleidimui. Jis taip pat gali sumažinti aušinimo greitį ir sumažinti porų bei suvirinimo įtrūkimų atsiradimą. Kadangi suvirinimo procesas yra stabilesnis ir sumažėja taškymosi kiekis, dviejų spindulių lazeriu suvirinant aliuminio lydinius gauta suvirinimo paviršiaus forma taip pat yra žymiai geresnė nei vieno spindulio suvirinant. 6-32 paveiksle parodyta 3 mm storio aliuminio lydinio užpakalinio suvirinimo siūlės išvaizda, naudojant CO2 vieno spindulio lazerį ir dviejų spindulių lazerinį suvirinimą.
Tyrimai rodo, kad suvirinant 2 mm storio 5000 serijos aliuminio lydinį, kai atstumas tarp dviejų sijų yra 0,6–1,0 mm, suvirinimo procesas yra gana stabilus, o susidariusi rakto skylės anga yra didesnė, o tai padeda magniui išgaruoti ir išsiskirti suvirinimo proceso metu. Jei atstumas tarp dviejų sijų yra per mažas, vienos sijos suvirinimo procesas nebus stabilus. Jei atstumas per didelis, tai paveiks suvirinimo skverbimąsi, kaip parodyta 6-33 paveiksle. Be to, dviejų sijų energijos santykis taip pat turi didelę įtaką suvirinimo kokybei. Kai dvi sijos suvirinimui išdėstytos nuosekliai 0,9 mm atstumu viena nuo kitos, ankstesnio sijos energija turėtų būti atitinkamai padidinta, kad dviejų prieš ir po sijų energijos santykis būtų didesnis nei 1:1. Tai padeda pagerinti suvirinimo siūlės kokybę, padidinti lydymosi plotą ir vis tiek gauti lygią ir gražią suvirinimo siūlę, kai suvirinimo greitis yra didelis.
3.3 Nevienodo storio plokščių dvigubo spindulio suvirinimas
Pramoninėje gamyboje dažnai reikia suvirinti dvi ar daugiau skirtingo storio ir formos metalinių plokščių, kad būtų suformuota sujungta plokštė. Ypač automobilių gamyboje vis plačiau naudojami pagal užsakymą suvirinti ruošiniai. Suvirinant plokštes su skirtingomis specifikacijomis, paviršiaus danga ar savybėmis, galima padidinti stiprumą, sumažinti eksploatacines medžiagas ir sumažinti kokybę. Lazerinis skirtingo storio plokščių suvirinimas dažniausiai naudojamas suvirinant plokštes. Pagrindinė problema yra ta, kad suvirinamos plokštės turi būti iš anksto suformuotos su didelio tikslumo briaunomis ir užtikrinti didelio tikslumo surinkimą. Dvigubo spindulio suvirinimas nevienodo storio plokštėms leidžia prisitaikyti prie skirtingų plokščių tarpų, užpakalinių jungčių, santykinio storio ir plokščių medžiagų pokyčių. Jis gali suvirinti plokštes su didesniais kraštų ir tarpų tolerancijos nuokrypiais ir pagerinti suvirinimo greitį bei suvirinimo kokybę.
Pagrindinius „Shuangguangdong“ nevienodo storio plokščių suvirinimo proceso parametrus galima suskirstyti į suvirinimo parametrus ir plokštės parametrus, kaip parodyta paveikslėlyje. Suvirinimo parametrai apima dviejų lazerio spindulių galią, suvirinimo greitį, fokusavimo padėtį, suvirinimo galvutės kampą, dvigubo spindulio užpakalinės jungties spindulio sukimosi kampą ir suvirinimo poslinkį ir kt. Plokštės parametrai apima medžiagos dydį, našumą, pjovimo sąlygas, plokštės tarpus ir kt. Dviejų lazerio spindulių galią galima reguliuoti atskirai, atsižvelgiant į skirtingus suvirinimo tikslus. Fokusavimo padėtis paprastai yra plonos plokštės paviršiuje, kad būtų pasiektas stabilus ir efektyvus suvirinimo procesas. Suvirinimo galvutės kampas paprastai parenkamas maždaug 6. Jei dviejų plokščių storis yra santykinai didelis, galima naudoti teigiamą suvirinimo galvutės kampą, t. y. lazeris pakreipiamas link plonos plokštės, kaip parodyta paveikslėlyje; kai plokštės storis yra santykinai mažas, galima naudoti neigiamą suvirinimo galvutės kampą. Suvirinimo poslinkis apibrėžiamas kaip atstumas tarp lazerio fokusavimo taško ir storos plokštės krašto. Reguliuojant suvirinimo poslinkį, galima sumažinti suvirinimo įlenkimų kiekį ir gauti gerą suvirinimo skerspjūvį.
Virinant plokštes su dideliais tarpais, efektyvų lazerio spindulio kaitinimo skersmenį galima padidinti sukant dvigubo spindulio kampą, kad būtų pasiektas geras tarpo užpildymo efektyvumas. Suvirinimo siūlės viršaus plotis nustatomas pagal dviejų lazerio spindulių efektyvų spindulio skersmenį, t. y. spindulio sukimosi kampą. Kuo didesnis sukimosi kampas, tuo platesnis dvigubo spindulio kaitinimo diapazonas ir didesnis suvirinimo siūlės viršutinės dalies plotis. Du lazerio spinduliai suvirinimo procese atlieka skirtingus vaidmenis. Vienas daugiausia naudojamas siūlei prasiskverbti, o kitas – storai plokštei išlydyti, kad būtų užpildytas tarpas. Kaip parodyta 6-35 paveiksle, esant teigiamam spindulio sukimosi kampui (priekinis spindulys veikia storą plokštę, galinis spindulys – suvirinimo siūlę), priekinis spindulys krinta ant storos plokštės, kad ją įkaitintų ir išlydytų, o kitas lazerio spindulys sukuria prasiskverbimą. Pirmasis priekyje esantis lazerio spindulys gali tik iš dalies išlydyti storą plokštę, tačiau tai labai prisideda prie suvirinimo proceso, nes jis ne tik išlydo storos plokštės šoną, kad geriau užpildytų tarpus, bet ir iš anksto sujungia jungties medžiagą, kad sekantys spinduliai lengviau suvirintų per jungtis, o tai leidžia greičiau suvirinti. Dviejų spindulių suvirinimo metu su neigiamu sukimosi kampu (priekinis spindulys veikia suvirinimo siūlę, o galinis spindulys – storą plokštę), abu spinduliai turi visiškai priešingą poveikį. Pirmasis spindulys išlydo jungtį, o antrasis spindulys išlydo storą plokštę, kad užpildytų tarpą. Šiuo atveju priekinis spindulys turi suvirinti per šaltą plokštę, o suvirinimo greitis yra mažesnis nei naudojant teigiamą spindulio sukimosi kampą. Dėl ankstesnio spindulio išankstinio įkaitinimo poveikio antrasis spindulys, esant tokiai pačiai galiai, išlydys daugiau storos plokštės. Tokiu atveju pastarojo lazerio spindulio galią reikia atitinkamai sumažinti. Palyginimui, naudojant teigiamą spindulio sukimosi kampą, galima atitinkamai padidinti suvirinimo greitį, o naudojant neigiamą spindulio sukimosi kampą – geriau užpildyti tarpus. 6-36 paveiksle parodyta skirtingų sijos pasukimo kampų įtaka suvirinimo siūlės skerspjūviui.
3.4 Didelių storų plokščių suvirinimas dvigubo spindulio lazeriu Pagerėjus lazerio galios lygiui ir spindulio kokybei, didelių storų plokščių suvirinimas lazeriu tapo realybe. Tačiau kadangi didelės galios lazeriai yra brangūs, o didelių storų plokščių suvirinimui paprastai reikia užpildomojo metalo, reali gamyba turi tam tikrų apribojimų. Dviejų spindulių lazerinio suvirinimo technologijos naudojimas gali ne tik padidinti lazerio galią, bet ir padidinti efektyvų spindulio kaitinimo skersmenį, padidinti užpildomosios vielos išlydymo galimybę, stabilizuoti lazerio skylutę, pagerinti suvirinimo stabilumą ir pagerinti suvirinimo kokybę.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 29 d.
