Es proposa el mètode de soldadura de doble feix, principalment per resoldre l'adaptabilitat desoldadura per làserper a la precisió del muntatge, millorar l'estabilitat del procés de soldadura i millorar la qualitat de la soldadura, especialment per a la soldadura de plaques primes i la soldadura d'aliatge d'alumini. La soldadura làser de doble feix pot utilitzar mètodes òptics per separar el mateix làser en dos feixos de llum separats per a la soldadura. També pot utilitzar dos tipus diferents de làsers per combinar, làser CO2, làser Nd:YAG i làser semiconductor d'alta potència. es pot combinar. En canviar l'energia del feix, l'espai del feix i fins i tot el patró de distribució d'energia dels dos feix, el camp de temperatura de soldadura es pot ajustar de manera còmoda i flexible, canviant el patró d'existència dels forats i el patró de flux del metall líquid a la piscina fosa. , proporcionant una millor solució per al procés de soldadura. L'ampli espai d'elecció és incomparable amb la soldadura làser d'un sol feix. No només té els avantatges d'una gran penetració de soldadura làser, velocitat ràpida i alta precisió, sinó que també té una gran adaptabilitat a materials i juntes difícils de soldar amb la soldadura làser convencional.
Principi desoldadura làser de doble feix
La soldadura de doble feix significa utilitzar dos raigs làser al mateix temps durant el procés de soldadura. La disposició del feix, l'espai del feix, l'angle entre els dos feixs, la posició d'enfocament i la relació d'energia dels dos feixs són configuracions rellevants en la soldadura làser de doble feix. paràmetre. Normalment, durant el procés de soldadura, generalment hi ha dues maneres d'organitzar les bigues dobles. Com es mostra a la figura, un està disposat en sèrie al llarg de la direcció de soldadura. Aquesta disposició pot reduir la velocitat de refredament de la piscina fosa. Redueix la tendència d'enduribilitat de la soldadura i la generació de porus. L'altre és disposar-los un al costat de l'altre o transversalment a ambdós costats de la soldadura per millorar l'adaptabilitat a l'espai de soldadura.
Principi de soldadura làser de doble feix
La soldadura de doble feix significa utilitzar dos raigs làser al mateix temps durant el procés de soldadura. La disposició del feix, l'espai del feix, l'angle entre els dos feixs, la posició d'enfocament i la relació d'energia dels dos feixs són configuracions rellevants en la soldadura làser de doble feix. paràmetre. Normalment, durant el procés de soldadura, generalment hi ha dues maneres d'organitzar les bigues dobles. Com es mostra a la figura, un està disposat en sèrie al llarg de la direcció de soldadura. Aquesta disposició pot reduir la velocitat de refredament de la piscina fosa. Redueix la tendència d'enduribilitat de la soldadura i la generació de porus. L'altre és disposar-los un al costat de l'altre o transversalment a ambdós costats de la soldadura per millorar l'adaptabilitat a l'espai de soldadura.
Per a un sistema de soldadura làser de doble feix disposat en tàndem, hi ha tres mecanismes de soldadura diferents en funció de la distància entre els feixos frontal i posterior, tal com es mostra a la figura següent.
1. En el primer tipus de mecanisme de soldadura, la distància entre els dos feixos de llum és relativament gran. Un feix de llum té una major densitat d'energia i està enfocat a la superfície de la peça per produir forats de pany en la soldadura; l'altre feix de llum té una densitat d'energia menor. Només s'utilitza com a font de calor per al tractament tèrmic pre-soldadura o post-soldadura. Mitjançant aquest mecanisme de soldadura, la velocitat de refrigeració de la piscina de soldadura es pot controlar dins d'un determinat rang, la qual cosa és beneficiós per soldar alguns materials amb alta sensibilitat a les esquerdes, com ara acer d'alt carboni, acer aliat, etc., i també pot millorar la duresa. de la soldadura.
2. En el segon tipus de mecanisme de soldadura, la distància de focus entre els dos feixos de llum és relativament petita. Els dos feixos de llum produeixen dos forats de pany independents en una piscina de soldadura, que canvien el patró de flux del metall líquid i ajuda a prevenir l'atac. Pot eliminar l'aparició de defectes com ara vores i protuberància de cordons de soldadura i millorar la formació de la soldadura.
3. En el tercer tipus de mecanisme de soldadura, la distància entre els dos feixos de llum és molt petita. En aquest moment, els dos feixos de llum produeixen el mateix forat de pany a la piscina de soldadura. En comparació amb la soldadura làser d'un sol feix, com que la mida del forat de la clau es fa més gran i no és fàcil de tancar, el procés de soldadura és més estable i el gas és més fàcil de descarregar, la qual cosa és beneficiós per reduir els porus i les esquitxades i obtenir un continu, uniforme i belles soldadures.
Durant el procés de soldadura, els dos raigs làser també es poden fer amb un angle determinat entre si. El mecanisme de soldadura és similar al mecanisme de soldadura de doble feix paral·lel. Els resultats de les proves mostren que mitjançant l'ús de dos OO d'alta potència amb un angle de 30 ° entre si i una distància d'1 ~ 2 mm, el raig làser pot obtenir un forat en forma d'embut. La mida del forat és més gran i més estable, cosa que pot millorar eficaçment la qualitat de la soldadura. En aplicacions pràctiques, la combinació mútua dels dos feixos de llum es pot canviar segons diferents condicions de soldadura per aconseguir diferents processos de soldadura.
6. Mètode d'implementació de la soldadura làser de doble feix
L'adquisició de feixos dobles es pot obtenir combinant dos raigs làser diferents, o un feix làser es pot dividir en dos raigs làser per soldar mitjançant un sistema d'espectrometria òptica. Per dividir un feix de llum en dos raigs làser paral·lels de diferents potències, es pot utilitzar un espectroscopi o algun sistema òptic especial. La imatge mostra dos diagrames esquemàtics dels principis de divisió de la llum utilitzant miralls d'enfocament com a divisors de feix.
A més, un reflector també es pot utilitzar com a divisor de feix i l'últim reflector del camí òptic es pot utilitzar com a divisor de feix. Aquest tipus de reflector també s'anomena reflector de sostre. La seva superfície reflectant no és una superfície plana, sinó que consta de dos plans. La línia d'intersecció de les dues superfícies reflectants es troba al mig de la superfície del mirall, de manera semblant a una carena del sostre, tal com es mostra a la figura. Un feix de llum paral·lel brilla a l'espectroscopi, es reflecteix per dos plans en angles diferents per formar dos feixs de llum i brilla en diferents posicions del mirall d'enfocament. Després de l'enfocament, s'obtenen dos feixos de llum a una certa distància a la superfície de la peça. En canviar l'angle entre les dues superfícies reflectants i la posició del sostre, es poden obtenir raigs de llum dividits amb diferents distàncies i disposicions de focus.
Quan s'utilitzen dos tipus diferents deraigs làser to formen una biga doble, hi ha moltes combinacions. Es pot utilitzar un làser de CO2 d'alta qualitat amb una distribució d'energia gaussiana per al treball principal de soldadura, i un làser semiconductor amb una distribució d'energia rectangular per ajudar en el treball de tractament tèrmic. D'una banda, aquesta combinació és més econòmica. D'altra banda, la potència dels dos raigs de llum es pot ajustar de manera independent. Per a diferents formes d'unió, es pot obtenir un camp de temperatura ajustable ajustant la posició de superposició del làser i el làser semiconductor, que és molt adequat per a la soldadura. Control de processos. A més, el làser YAG i el làser CO2 també es poden combinar en un feix doble per a la soldadura, el làser continu i el làser de pols per a la soldadura, i el feix enfocat i el feix desenfocat també es poden combinar per a la soldadura.
7. Principi de soldadura làser de doble feix
3.1 Soldadura làser de doble feix de xapes galvanitzades
La xapa d'acer galvanitzat és el material més utilitzat en la indústria de l'automòbil. El punt de fusió de l'acer és d'uns 1500 °C, mentre que el punt d'ebullició del zinc és de només 906 °C. Per tant, quan s'utilitza el mètode de soldadura per fusió, normalment es genera una gran quantitat de vapor de zinc, cosa que fa que el procés de soldadura sigui inestable. , formant porus a la soldadura. Per a les juntes de solapa, la volatilització de la capa galvanitzada no només es produeix a les superfícies superior i inferior, sinó que també es produeix a la superfície de la junta. Durant el procés de soldadura, el vapor de zinc s'expulsa ràpidament de la superfície de la piscina fosa en algunes zones, mentre que en altres àrees és difícil que el vapor de zinc escapi de la piscina fosa. A la superfície de la piscina, la qualitat de la soldadura és molt inestable.
La soldadura làser de doble feix pot resoldre els problemes de qualitat de la soldadura causats pel vapor de zinc. Un mètode és controlar el temps d'existència i la velocitat de refredament de la piscina fosa fent coincidir raonablement l'energia dels dos feixos per facilitar l'escapada del vapor de zinc; l'altre mètode és alliberar el vapor de zinc mitjançant la perforació prèvia o el ranurat. Com es mostra a la figura 6-31, el làser de CO2 s'utilitza per a la soldadura. El làser YAG es troba davant del làser de CO2 i s'utilitza per perforar forats o tallar solcs. Els forats o solcs preprocessats proporcionen un camí d'escapament per al vapor de zinc generat durant la soldadura posterior, evitant que es quedi a la piscina fosa i es produeixi defectes.
3.2 Soldadura làser de doble feix d'aliatge d'alumini
A causa de les característiques especials de rendiment dels materials d'aliatge d'alumini, hi ha les següents dificultats per utilitzar la soldadura làser [39]: l'aliatge d'alumini té una baixa taxa d'absorció del làser i la reflectivitat inicial de la superfície del raig làser de CO2 supera el 90%; Les costures de soldadura làser d'aliatge d'alumini són fàcils de produir Porositat, esquerdes; crema d'elements d'aliatge durant la soldadura, etc. Quan s'utilitza soldadura làser únic, és difícil establir el forat de la clau i mantenir l'estabilitat. La soldadura làser de doble feix pot augmentar la mida del forat de la pany, dificultant el tancament del forat, cosa que és beneficiós per a la descàrrega de gas. També pot reduir la velocitat de refrigeració i reduir l'aparició de porus i esquerdes de soldadura. Com que el procés de soldadura és més estable i la quantitat d'esquitxades es redueix, la forma de la superfície de soldadura obtinguda mitjançant la soldadura de doble feix d'aliatges d'alumini també és significativament millor que la de la soldadura d'un sol feix. La figura 6-32 mostra l'aspecte de la soldadura de la soldadura a tope d'aliatge d'alumini de 3 mm de gruix mitjançant làser CO2 d'un feix i soldadura làser de doble feix.
La investigació mostra que quan es solda un aliatge d'alumini de la sèrie 5000 de 2 mm de gruix, quan la distància entre les dues bigues és de 0,6 ~ 1,0 mm, el procés de soldadura és relativament estable i l'obertura del forat formada és més gran, la qual cosa afavoreix l'evaporació i l'escapament del magnesi durant el procés de soldadura. Si la distància entre les dues bigues és massa petita, el procés de soldadura d'un sol feix no serà estable. Si la distància és massa gran, la penetració de la soldadura es veurà afectada, tal com es mostra a la figura 6-33. A més, la relació energètica de les dues bigues també té un gran impacte en la qualitat de la soldadura. Quan les dues bigues amb una distància de 0,9 mm estan disposades en sèrie per a la soldadura, l'energia del feix anterior s'ha d'augmentar adequadament de manera que la relació d'energia dels dos feixos abans i després sigui superior a 1:1. És útil millorar la qualitat de la costura de soldadura, augmentar l'àrea de fusió i, tot i així, obtenir una costura de soldadura suau i bonica quan la velocitat de soldadura és alta.
3.3 Soldadura de doble feix de plaques de gruix desigual
En la producció industrial, sovint és necessari soldar dues o més plaques metàl·liques de diferents gruixos i formes per formar una placa empalmada. Especialment en la producció d'automòbils, l'aplicació de peces en blanc soldades a mida s'està estenent cada cop més. Mitjançant la soldadura de plaques amb diferents especificacions, recobriments superficials o propietats, es pot augmentar la resistència, reduir els consumibles i reduir la qualitat. La soldadura làser de plaques de diferents gruixos s'acostuma a utilitzar en la soldadura de panells. Un problema important és que les plaques a soldar s'han de preformar amb vores d'alta precisió i garantir un muntatge d'alta precisió. L'ús de la soldadura de doble feix de plaques de gruix desigual pot adaptar-se a diferents canvis en els espais de les plaques, les juntes a tope, els gruixos relatius i els materials de les plaques. Pot soldar plaques amb toleràncies de vora i buit més grans i millorar la velocitat i la qualitat de la soldadura.
Els principals paràmetres de procés de la soldadura de plaques de gruix desigual de Shuangguangdong es poden dividir en paràmetres de soldadura i paràmetres de placa, tal com es mostra a la figura. Els paràmetres de soldadura inclouen la potència dels dos feixos làser, la velocitat de soldadura, la posició d'enfocament, l'angle del capçal de soldadura, l'angle de rotació del feix de la junta a tope de doble feix i la compensació de soldadura, etc. Els paràmetres del tauler inclouen la mida del material, el rendiment, les condicions de retall, els buits del tauler. , etc. La potència dels dos raigs làser es pot ajustar per separat segons diferents propòsits de soldadura. La posició del focus es troba generalment a la superfície de la placa prima per aconseguir un procés de soldadura estable i eficient. L'angle del capçal de soldadura se sol seleccionar al voltant de 6. Si el gruix de les dues plaques és relativament gran, es pot utilitzar un angle de capçal de soldadura positiu, és a dir, el làser s'inclina cap a la placa prima, tal com es mostra a la imatge; quan el gruix de la placa és relativament petit, es pot utilitzar un angle de capçal de soldadura negatiu. L'offset de soldadura es defineix com la distància entre el focus làser i la vora de la placa gruixuda. Mitjançant l'ajust de la compensació de soldadura, es pot reduir la quantitat de dents de soldadura i es pot obtenir una bona secció transversal de soldadura.
Quan soldeu plaques amb grans espais, podeu augmentar el diàmetre efectiu d'escalfament del feix girant l'angle de doble feix per obtenir bones capacitats d'ompliment de buits. L'amplada de la part superior de la soldadura ve determinada pel diàmetre efectiu del feix dels dos raigs làser, és a dir, l'angle de rotació del feix. Com més gran sigui l'angle de gir, més ampli serà el rang d'escalfament del doble feix i més gran serà l'amplada de la part superior de la soldadura. Els dos raigs làser tenen funcions diferents en el procés de soldadura. Un s'utilitza principalment per penetrar la costura, mentre que l'altre s'utilitza principalment per fondre el material de la placa gruixuda per omplir el buit. Com es mostra a la figura 6-35, sota un angle de rotació del feix positiu (el feix davanter actua sobre la placa gruixuda, el feix posterior actua sobre la soldadura), el feix davanter incideix a la placa gruixuda per escalfar i fondre el material, i el següent El raig làser crea penetració. El primer feix làser a la part davantera només pot fondre parcialment la placa gruixuda, però contribueix en gran mesura al procés de soldadura, perquè no només fon el costat de la placa gruixuda per a un millor ompliment de buits, sinó que també s'uneix prèviament al material de la junta de manera que les següents bigues És més fàcil de soldar a través de les juntes, permetent una soldadura més ràpida. En la soldadura de doble feix amb un angle de gir negatiu (la biga davantera actua sobre la soldadura, i la biga posterior actua sobre la placa gruixuda), les dues bigues tenen exactament l'efecte contrari. El primer feix fon la junta, i el segon feix fon la placa gruixuda per omplir-la. buit. En aquest cas, el feix frontal ha de soldar a través de la placa freda i la velocitat de soldadura és més lenta que l'ús d'un angle de rotació del feix positiu. I a causa de l'efecte de preescalfament del feix anterior, aquest darrer feix fondrà material de placa més gruixuda amb la mateixa potència. En aquest cas, la potència d'aquest últim raig làser s'hauria de reduir adequadament. En comparació, l'ús d'un angle de rotació del feix positiu pot augmentar adequadament la velocitat de soldadura, i l'ús d'un angle de rotació del feix negatiu pot aconseguir un millor ompliment de buits. La figura 6-36 mostra la influència dels diferents angles de rotació del feix en la secció transversal de la soldadura.
3.4 Soldadura làser de doble feix de plaques gruixudes grans Amb la millora del nivell de potència del làser i la qualitat del feix, la soldadura làser de plaques gruixudes grans s'ha convertit en una realitat. Tanmateix, com que els làsers d'alta potència són cars i la soldadura de plaques grans i gruixudes generalment requereix metall de farciment, hi ha certes limitacions en la producció real. L'ús de la tecnologia de soldadura làser de doble feix no només pot augmentar la potència del làser, sinó també augmentar el diàmetre efectiu de la calefacció del feix, augmentar la capacitat de fondre el filferro de farciment, estabilitzar el forat del làser, millorar l'estabilitat de la soldadura i millorar la qualitat de la soldadura.
Hora de publicació: 29-abril-2024
