En comparació amb la tecnologia de soldadura tradicional,soldadura per làserté avantatges incomparables en la precisió de soldadura, eficiència, fiabilitat, automatització i altres aspectes. En els darrers anys, s'ha desenvolupat ràpidament en els camps de l'automòbil, l'energia, l'electrònica i altres camps, i es considera una de les tecnologies de fabricació més prometedores del segle XXI.
1. Visió general del doble feixsoldadura per làser
Doble bigasoldadura per làserés utilitzar mètodes òptics per separar el mateix làser en dos feixos de llum separats per a la soldadura, o utilitzar dos tipus diferents de làsers per combinar, com ara làser CO2, làser Nd:YAG i làser semiconductor d'alta potència. Tot es pot combinar. Es va proposar principalment per resoldre l'adaptabilitat de la soldadura làser a la precisió del muntatge, millorar l'estabilitat del procés de soldadura i millorar la qualitat de la soldadura. Doble bigasoldadura per làserpot ajustar de manera còmoda i flexible el camp de la temperatura de soldadura canviant la relació d'energia del feix, l'espai del feix i fins i tot el patró de distribució d'energia dels dos raigs làser, canviant el patró d'existència del forat i el patró de flux de metall líquid a la piscina fosa. Ofereix una selecció més àmplia de processos de soldadura. No només té els avantatges de gransoldadura per làserpenetració, velocitat ràpida i alta precisió, però també és adequat per a materials i juntes difícils de soldar amb els convencionals.soldadura per làser.
Per a doble bigasoldadura per làser, primer discutim els mètodes d'implementació del làser de doble feix. La literatura exhaustiva mostra que hi ha dues maneres principals d'aconseguir la soldadura de doble feix: l'enfocament de transmissió i l'enfocament de reflexió. Concretament, s'aconsegueix ajustant l'angle i l'espaiat de dos làsers mitjançant miralls d'enfocament i miralls col·limadors. L'altre s'aconsegueix mitjançant l'ús d'una font làser i després enfocant mitjançant miralls reflectants, miralls transmissius i miralls en forma de falca per aconseguir feixos duals. Per al primer mètode, principalment hi ha tres formes. La primera forma és acoblar dos làsers a través de fibres òptiques i dividir-los en dos feixos diferents sota el mateix mirall de col·limació i mirall d'enfocament. El segon és que dos làsers emeten feixos làser a través dels seus respectius capçals de soldadura, i es forma un doble feix ajustant la posició espacial dels capçals de soldadura. El tercer mètode és que el raig làser es divideix primer a través de dos miralls 1 i 2, i després es focalitza amb dos miralls d'enfocament 3 i 4 respectivament. La posició i la distància entre els dos punts focals es poden ajustar ajustant els angles dels dos miralls d'enfocament 3 i 4. El segon mètode és utilitzar un làser d'estat sòlid per dividir la llum per aconseguir feixos duals i ajustar l'angle i espaiat a través d'un mirall en perspectiva i un mirall d'enfocament. Les dues últimes imatges de la primera fila a continuació mostren el sistema espectroscòpic d'un làser de CO2. El mirall pla es substitueix per un mirall en forma de falca i es col·loca davant del mirall d'enfocament per dividir la llum per aconseguir llum paral·lela de doble feix.
Després d'entendre la implementació de bigues dobles, introduïm breument els principis i mètodes de soldadura. A la doble bigasoldadura per làserprocés, hi ha tres disposicions de feix comuns, a saber, disposició en sèrie, disposició paral·lela i disposició híbrida. tela, és a dir, hi ha una distància tant en la direcció de soldadura com en la direcció vertical de soldadura. Com es mostra a l'última fila de la figura, d'acord amb les diferents formes de petits forats i piscines foses que apareixen sota diferents espais de punts durant el procés de soldadura en sèrie, es poden dividir encara més en foses individuals. Hi ha tres estats: piscina, piscina fosa comuna i piscina fosa separada. Les característiques de la piscina fosa única i la piscina fosa separada són similars a les de la piscina fosa únicasoldadura per làser, tal com es mostra al diagrama de simulació numèrica. Hi ha diferents efectes de procés per a diferents tipus.
Tipus 1: sota un espai determinat, dos forats de pany formen un forat gran comú a la mateixa piscina fosa; per al tipus 1, s'informa que un feix de llum s'utilitza per crear un petit forat i l'altre feix de llum s'utilitza per al tractament tèrmic de soldadura, que pot millorar de manera efectiva les propietats estructurals de l'acer d'alt carboni i l'acer aliat.
Tipus 2: augmenteu l'espaiat de punts a la mateixa piscina fosa, separeu les dues bigues en dos forats de pany independents i canvieu el patró de flux de la piscina fosa; per al tipus 2, la seva funció és equivalent a la soldadura de dos feixos d'electrons, redueix les esquitxades de soldadura i les soldadures irregulars a la distància focal adequada.
Tipus 3: augmenta encara més l'espaiat de punts i canvia la relació d'energia dels dos feixos, de manera que un dels dos feixos s'utilitza com a font de calor per realitzar el processament de soldadura prèvia o posterior durant el procés de soldadura, i l'altre feix. s'utilitza per generar petits forats. Per al tipus 3, l'estudi va trobar que les dues bigues formen un forat de pany, el forat petit no és fàcil de col·lapsar i la soldadura no és fàcil de produir porus.
2. La influència del procés de soldadura en la qualitat de la soldadura
Efecte de la relació feix-energia en sèrie sobre la formació de cordons de soldadura
Quan la potència del làser és de 2kW, la velocitat de soldadura és de 45 mm/s, la quantitat de desenfocament és de 0 mm i l'espai del feix és de 3 mm, la forma de la superfície de soldadura quan es canvia RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) és igual. mostrat a la figura. Quan RS=0,50 i 2,00, la soldadura s'abolla en major mesura i hi ha més esquitxades a la vora de la soldadura, sense formar patrons regulars d'escala de peix. Això es deu al fet que quan la relació d'energia del feix és massa petita o massa gran, l'energia del làser està massa concentrada, cosa que fa que el forat làser oscil·li més seriosament durant el procés de soldadura i la pressió de retrocés del vapor provoca l'expulsió i les esquitxades de la fosa. metall de la piscina a la piscina fosa; L'entrada de calor excessiva fa que la profunditat de penetració de la piscina fosa pel costat de l'aliatge d'alumini sigui massa gran, provocant una depressió sota l'acció de la gravetat. Quan RS = 0,67 i 1,50, el patró d'escala de peix a la superfície de soldadura és uniforme, la forma de la soldadura és més bella i no hi ha esquerdes calentes de soldadura visibles, porus i altres defectes de soldadura a la superfície de soldadura. Les formes de secció transversal de les soldadures amb diferents proporcions d'energia del feix RS són com es mostra a la figura. La secció transversal de les soldadures té la típica "forma de copa de vi", cosa que indica que el procés de soldadura es realitza en mode de soldadura de penetració profunda per làser. RS té una influència important en la profunditat de penetració P2 de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini. Quan la relació d'energia del feix RS = 0,5, P2 és de 1203,2 micres. Quan la relació d'energia del feix és RS=0,67 i 1,5, P2 es redueix significativament, que són 403,3 micres i 93,6 micres respectivament. Quan la relació d'energia del feix és RS = 2, la profunditat de penetració de la soldadura de la secció transversal de la junta és de 1151,6 micres.
Efecte de la relació feix paral·lel-energia en la formació de la soldadura
Quan la potència del làser és de 2,8 kW, la velocitat de soldadura és de 33 mm/s, la quantitat de desenfocament és de 0 mm i l'espai del feix és d'1 mm, la superfície de soldadura s'obté canviant la relació d'energia del feix (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) L'aspecte es mostra a la figura. Quan RS=2, el patró d'escala de peix a la superfície de la soldadura és relativament irregular. La superfície de la soldadura obtinguda per les altres cinc relacions d'energia del feix diferents està ben formada i no hi ha defectes visibles com ara porus i esquitxades. Per tant, en comparació amb la sèrie de doble feixsoldadura per làser, la superfície de soldadura que utilitza bigues dobles paral·leles és més uniforme i bella. Quan RS=0,25, hi ha una lleugera depressió a la soldadura; a mesura que la relació d'energia del feix augmenta gradualment (RS = 0,5, 0,67 i 1,5), la superfície de la soldadura és uniforme i no es forma cap depressió; tanmateix, quan la relació d'energia del feix augmenta encara més (RS=1,50, 2,00), però hi ha depressions a la superfície de la soldadura. Quan la relació d'energia del feix RS = 0,25, 1,5 i 2, la forma de la secció transversal de la soldadura és "en forma de copa de vi"; quan RS=0,50, 0,67 i 1, la forma de la secció transversal de la soldadura és "en forma d'embut". Quan RS=4, no només es generen esquerdes a la part inferior de la soldadura, sinó que també es generen alguns porus a la part mitjana i inferior de la soldadura. Quan RS=2, apareixen grans porus de procés dins de la soldadura, però no apareixen esquerdes. Quan RS = 0,5, 0,67 i 1,5, la profunditat de penetració P2 de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini és menor i la secció transversal de la soldadura està ben formada i no es formen defectes de soldadura evidents. Aquests mostren que la relació d'energia del feix durant la soldadura làser de doble feix paral·lel també té un impacte important en la penetració de la soldadura i els defectes de soldadura.
Feix paral·lel: l'efecte de l'espai entre els feixos sobre la formació de la soldadura
Quan la potència del làser és de 2,8 kW, la velocitat de soldadura és de 33 mm/s, la quantitat de desenfocament és de 0 mm i la relació d'energia del feix RS = 0,67, canvieu l'espai del feix (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) per obtenir la morfologia de la superfície de soldadura tal com mostra la imatge. Quan d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, la superfície de la soldadura és llisa i plana i la forma és bonica; el patró d'escala de peix de la soldadura és regular i bonic, i no hi ha porus visibles, esquerdes i altres defectes. Per tant, sota les condicions d'espaiat de quatre feixos, la superfície de soldadura està ben formada. A més, quan d=2 mm, es formen dues soldadures diferents, la qual cosa demostra que els dos raigs làser paral·lels ja no actuen sobre una piscina fosa i no poden formar una soldadura híbrida làser de doble feix eficaç. Quan l'espai del feix és de 0,5 mm, la soldadura té "forma d'embut", la profunditat de penetració P2 de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini és de 712,9 micres i no hi ha esquerdes, porus i altres defectes dins de la soldadura. A mesura que l'espai del feix continua augmentant, la profunditat de penetració P2 de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini disminueix significativament. Quan l'espai del feix és d'1 mm, la profunditat de penetració de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini és de només 94,2 micres. A mesura que l'espai del feix augmenta encara més, la soldadura no forma una penetració efectiva al costat de l'aliatge d'alumini. Per tant, quan l'espai del feix és de 0,5 mm, l'efecte de recombinació de doble feix és el millor. A mesura que augmenta l'espai del feix, l'entrada de calor de soldadura disminueix bruscament i l'efecte de recombinació làser de dos feixs empitjora gradualment.
La diferència en la morfologia de la soldadura és causada pel diferent flux i la solidificació de refrigeració de la piscina fosa durant el procés de soldadura. El mètode de simulació numèrica no només pot fer que l'anàlisi de l'estrès de la piscina fosa sigui més intuïtiva, sinó que també pot reduir el cost experimental. La imatge següent mostra els canvis a la piscina de fosa lateral amb un sol feix, diferents arranjaments i espais de punts. Les principals conclusions inclouen: (1) Durant el feix únicsoldadura per làserprocés, la profunditat del forat de la piscina fosa és la més profunda, hi ha un fenomen de col·lapse del forat, la paret del forat és irregular i la distribució del camp de flux a prop de la paret del forat és desigual; a prop de la superfície posterior de la piscina fosa. El reflux és fort i hi ha un reflux cap amunt al fons de la piscina fosa; la distribució del camp de flux de la piscina fosa superficial és relativament uniforme i lenta, i l'amplada de la piscina fosa és desigual al llarg de la direcció de la profunditat. Hi ha pertorbacions causades per la pressió de retrocés de la paret a la piscina fosa entre els petits forats del doble feixsoldadura per làser, i sempre existeix al llarg de la direcció de profunditat dels forats petits. A mesura que la distància entre els dos feixos continua augmentant, la densitat d'energia del feix passa gradualment d'un pic únic a un estat de doble pic. Hi ha un valor mínim entre els dos pics, i la densitat d'energia disminueix gradualment. (2) Per a doble bigasoldadura per làser, quan l'espaiat dels punts és de 0-0,5 mm, la profunditat dels petits forats de la piscina fosa disminueix lleugerament i el comportament general del flux de la piscina fosa és similar al d'un sol feix.soldadura per làser; quan l'espaiat dels punts és superior a 1 mm, els forats petits estan completament separats i durant el procés de soldadura gairebé no hi ha interacció entre els dos làsers, la qual cosa equival a dues soldadures làser consecutives/dues paral·leles d'un sol feix amb una potència de 1750 W. Gairebé no hi ha efecte de preescalfament i el comportament del flux de la piscina fosa és similar al de la soldadura làser d'un sol feix. (3) Quan l'espai entre els punts és de 0,5-1 mm, la superfície de la paret dels forats petits és més plana en les dues disposicions, la profunditat dels forats petits disminueix gradualment i la part inferior es separa gradualment. La pertorbació entre els petits forats i el flux de la piscina fosa superficial és de 0,8 mm. El més fort. Per a la soldadura en sèrie, la longitud de la piscina fosa augmenta gradualment, l'amplada és la més gran quan l'espai entre punts és de 0,8 mm i l'efecte de preescalfament és més evident quan l'espai entre punts és de 0,8 mm. L'efecte de la força de Marangoni es debilita gradualment i flueix més líquid metàl·lic a banda i banda de la piscina fosa. Feu que la distribució de l'amplada de la fosa sigui més uniforme. Per a la soldadura paral·lela, l'amplada de la piscina fosa augmenta gradualment i la longitud és màxima a 0,8 mm, però no hi ha efecte de preescalfament; el reflux a prop de la superfície causat per la força de Marangoni sempre existeix, i el reflux cap avall a la part inferior del petit forat desapareix gradualment; el camp de flux de secció transversal no és tan bo com És fort en sèrie, la pertorbació gairebé no afecta el flux a banda i banda de la piscina fosa i l'amplada fosa es distribueix de manera desigual.
Hora de publicació: Oct-12-2023
