En comparació amb la tecnologia de soldadura tradicional,soldadura làserté avantatges inigualables en la precisió, l'eficiència, la fiabilitat, l'automatització i altres aspectes de la soldadura. 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 de la doble bigasoldadura làser
Doble feixsoldadura 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 el làser de CO2, el làser Nd: YAG i el làser de semiconductors d'alta potència. Tots es poden 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 feixsoldadura làserpot ajustar de manera còmoda i flexible el camp de temperatura de soldadura canviant la relació d'energia del feix, l'espaiat del feix i fins i tot el patró de distribució d'energia dels dos feixos làser, canviant el patró d'existència del forat del pany i el patró de flux del metall líquid a la piscina fosa. Proporciona una selecció més àmplia de processos de soldadura. No només té els avantatges de granssoldadura làserpenetració, velocitat ràpida i alta precisió, però també és adequat per a materials i unions que són difícils de soldar amb materials convencionalssoldadura làser.
Per a doble feixsoldadura 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 per transmissió i l'enfocament per reflexió. Concretament, una s'aconsegueix ajustant l'angle i l'espaiat de dos làsers mitjançant miralls d'enfocament i miralls de colimació. L'altra s'aconsegueix utilitzant una font làser i després enfocant mitjançant miralls reflectors, miralls transmissors i miralls en forma de falca per aconseguir feixos dobles. Per al primer mètode, hi ha principalment tres formes. La primera forma és acoplar dos làsers a través de fibres òptiques i dividir-los en dos feixos diferents sota el mateix mirall de colimació i mirall d'enfocament. La segona és que dos làsers emeten feixos làser a través dels seus respectius capçals de soldadura, i es forma un feix doble ajustant la posició espacial dels capçals de soldadura. El tercer mètode és que el feix làser es divideix primer a través de dos miralls 1 i 2, i després s'enfoca mitjançant 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 l'espaiat a través d'un mirall de perspectiva i un mirall d'enfocament. Les dues últimes imatges de la primera fila següent 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 feix dual.
Després d'entendre la implementació de les bigues dobles, introduïm breument els principis i mètodes de soldadura. En la soldadura de bigues doblessoldadura làserEn el procés de soldadura en sèrie, hi ha tres disposicions comunes de bigues, és a dir, la disposició en sèrie, la disposició paral·lela i la 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, segons les diferents formes de petits forats i piscines foses que apareixen sota diferents espaiaments 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 individual i la piscina fosa separada són similars a les de la piscina fosa individual.soldadura làser, tal com es mostra al diagrama de simulació numèrica. Hi ha diferents efectes de procés per a diferents tipus.
Tipus 1: Sota un cert espaiament entre punts, dos forats de pany de feix formen un forat de pany gran comú a la mateixa piscina fosa; per al tipus 1, s'informa que un feix de llum s'utilitza per crear un forat petit i l'altre feix de llum s'utilitza per al tractament tèrmic de soldadura, que pot millorar eficaçment les propietats estructurals de l'acer amb alt contingut de carboni i l'acer d'aliatge.
Tipus 2: Augmenteu l'espaiat entre punts a la mateixa piscina fosa, separeu els dos feixos en dos forats 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: Augmenteu encara més l'espaiat entre punts i canvieu la relació energètica de les dues bigues, de manera que una de les dues bigues s'utilitzi com a font de calor per realitzar el processament previ a la soldadura o posterior a la soldadura durant el procés de soldadura, i l'altra biga s'utilitzi 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 costures de soldadura
Quan la potència del làser és de 2 kW, la velocitat de soldadura és de 45 mm/s, la quantitat de desenfoque és de 0 mm i l'espaiat del feix és de 3 mm, la forma de la superfície de soldadura quan canvia RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) és com es mostra a la figura. Quan RS = 0,50 i 2,00, la soldadura està més abonyegada i hi ha més esquitxades a la vora de la soldadura, sense formar patrons regulars d'escates de peix. Això es deu al fet que quan la relació d'energia del feix és massa petita o massa gran, l'energia làser està massa concentrada, cosa que fa que el forat del làser oscil·li més seriosament durant el procés de soldadura, i la pressió de retrocés del vapor provoca l'ejecció i les esquitxades del metall fos a la piscina fosa; L'excés d'entrada de calor fa que la profunditat de penetració de la piscina fosa al 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'escates de peix a la superfície de la soldadura és uniforme, la forma de la soldadura és més bonica i no hi ha esquerdes calentes de soldadura visibles, porus ni altres defectes de soldadura a la superfície de la soldadura. Les formes de la secció transversal de les soldadures amb diferents relacions d'energia del feix RS són com es mostra a la figura. La secció transversal de les soldadures té una forma típica de "copa de vi", cosa que indica que el procés de soldadura es duu a terme en mode de soldadura de penetració profunda amb 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 unió és de 1151,6 micres.
Efecte de la relació energia-feix paral·lel en la formació de costures de soldadura
Quan la potència del làser és de 2,8 kW, la velocitat de soldadura és de 33 mm/s, la quantitat de desenfoque és de 0 mm i l'espaiat 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'escates 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 el feix dual en sèrie...soldadura làser, la superfície de soldadura utilitzant bigues dobles paral·leles és més uniforme i bonica. Quan RS = 0,25, hi ha una lleugera depressió a la soldadura; a mesura que la relació d'energia de la biga augmenta gradualment (RS = 0,5, 0,67 i 1,5), la superfície de la soldadura és uniforme i no es forma cap depressió; no obstant això, quan la relació d'energia de la biga augmenta encara més (RS = 1,50, 2,00), però hi ha depressions a la superfície de la soldadura. Quan la relació d'energia de la biga RS = 0,25, 1,5 i 2, la forma de la secció transversal de la soldadura té "forma de copa de vi"; quan RS = 0,50, 0,67 i 1, la forma de la secció transversal de la soldadura té "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 més petita, i la secció transversal de la soldadura està ben formada i no es formen defectes de soldadura evidents. Això demostra 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.
Biga paral·lela: l'efecte de l'espaiat de les bigues en la formació de la costura de soldadura
Quan la potència del làser és de 2,8 kW, la velocitat de soldadura és de 33 mm/s, la quantitat de desenfoque és de 0 mm i la relació d'energia del feix RS = 0,67, canvieu l'espaiat del feix (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) per obtenir la morfologia de la superfície de soldadura com es mostra a 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'escates de peix de la soldadura és regular i bonic, i no hi ha porus, esquerdes ni altres defectes visibles. Per tant, sota les quatre condicions d'espaiat del feix, la superfície de soldadura està ben formada. A més, quan d = 2 mm, es formen dues soldadures diferents, cosa que demostra que els dos feixos làser paral·lels ja no actuen sobre un bany fos i no poden formar una soldadura híbrida làser de doble feix eficaç. Quan l'espaiat 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 ni altres defectes dins de la soldadura. A mesura que l'espaiat del feix continua augmentant, la profunditat de penetració P2 de la soldadura al costat de l'aliatge d'alumini disminueix significativament. Quan l'espaiat 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'espaiat del feix augmenta encara més, la soldadura no forma una penetració efectiva al costat de l'aliatge d'alumini. Per tant, quan l'espaiat del feix és de 0,5 mm, l'efecte de recombinació de doble feix és el millor. A mesura que augmenta l'espaiat 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 solidificació per refredament del bany de fosa durant el procés de soldadura. El mètode de simulació numèrica no només pot fer que l'anàlisi d'esforços del bany de fosa sigui més intuïtiva, sinó que també pot reduir el cost experimental. La imatge següent mostra els canvis al bany de fosa lateral amb una sola biga, diferents disposicions i espaiament de punts. Les principals conclusions inclouen: (1) Durant la biga únicasoldadura 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 ascendent a la part inferior de la piscina fosa; la distribució del camp de flux de la superfície de la piscina fosa és relativament uniforme i lenta, i l'amplada de la piscina fosa és desigual al llarg de la direcció de la profunditat. Hi ha una pertorbació causada per la pressió de retrocés de la paret a la piscina fosa entre els petits forats de la doble biga.soldadura làser, i sempre existeix al llarg de la direcció de la profunditat dels petits forats. A mesura que la distància entre els dos feixos continua augmentant, la densitat d'energia del feix passa gradualment d'un únic pic 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 feixsoldadura làser, quan l'espai entre 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 de la biga únicasoldadura làser; quan l'espaiat dels punts és superior a 1 mm, els forats petits se separen completament i, durant el procés de soldadura, gairebé no hi ha interacció entre els dos làsers, cosa que equival a dues soldadures làser de feix únic consecutives/dues paral·leles 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 de feix únic. (3) Quan l'espaiat dels 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 se separa gradualment. La pertorbació entre els forats petits i el flux de la piscina fosa superficial és de 0,8 mm. La més forta. Per a la soldadura en sèrie, la longitud de la piscina fosa augmenta gradualment, l'amplada és més gran quan l'espaiat dels punts és de 0,8 mm i l'efecte de preescalfament és més evident quan l'espaiat dels punts és de 0,8 mm. L'efecte de la força Marangoni s'afebleix 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 cap efecte de preescalfament; el reflux prop de la superfície causat per la força de Marangoni sempre existeix, i el reflux descendent 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.
Data de publicació: 12 d'octubre de 2023
