Es proposa el mètode de soldadura de doble feix, principalment per resoldre l'adaptabilitat desoldadura làsera 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'aliatges 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 de CO2, làser Nd: YAG i làser semiconductor d'alta potència. En canviar l'energia del feix, l'espaiat del feix i fins i tot el patró de distribució d'energia dels dos feixos, el camp de temperatura de soldadura es pot ajustar de manera convenient 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 no té rival amb la soldadura làser de feix únic. No només té els avantatges d'una gran penetració de la soldadura làser, una velocitat ràpida i una alta precisió, sinó que també té una gran adaptabilitat a materials i unions que són difícils de soldar amb la soldadura làser convencional.
Principi desoldadura làser de doble feix
La soldadura de doble feix significa utilitzar dos feixos làser alhora durant el procés de soldadura. La disposició del feix, l'espaiat del feix, l'angle entre els dos feixos, la posició d'enfocament i la relació energètica dels dos feixos són paràmetres rellevants en la soldadura làser de doble feix. Normalment, durant el procés de soldadura, hi ha generalment dues maneres de disposar els feixos dobles. Com es mostra a la figura, un es disposa en sèrie al llarg de la direcció de soldadura. Aquesta disposició pot reduir la velocitat de refredament del bany fos. Redueix la tendència a la templabilitat de la soldadura i la generació de porus. L'altra és disposar-los un al costat de l'altre o transversalment a banda i banda 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 feixos làser alhora durant el procés de soldadura. La disposició del feix, l'espaiat del feix, l'angle entre els dos feixos, la posició d'enfocament i la relació energètica dels dos feixos són paràmetres rellevants en la soldadura làser de doble feix. Normalment, durant el procés de soldadura, hi ha generalment dues maneres de disposar els feixos dobles. Com es mostra a la figura, un es disposa en sèrie al llarg de la direcció de soldadura. Aquesta disposició pot reduir la velocitat de refredament del bany fos. Redueix la tendència a la templabilitat de la soldadura i la generació de porus. L'altra és disposar-los un al costat de l'altre o transversalment a banda i banda de la soldadura per millorar l'adaptabilitat a l'espai de soldadura.
Per a un sistema de soldadura làser de doble feix en tàndem, hi ha tres mecanismes de soldadura diferents segons la distància entre els feixs davanter 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 densitat d'energia més gran i es concentra a la superfície de la peça per produir forats de pany a la soldadura; l'altre feix de llum té una densitat d'energia més petita. Només s'utilitza com a font de calor per al tractament tèrmic previ a la soldadura o posterior a la soldadura. Mitjançant aquest mecanisme de soldadura, la velocitat de refredament del bany de soldadura es pot controlar dins d'un cert rang, cosa que és beneficiosa per soldar alguns materials amb alta sensibilitat a les esquerdes, com ara l'acer amb alt contingut en carboni, l'acer d'aliatge, etc., i també pot millorar la tenacitat de la soldadura.
2. En el segon tipus de mecanisme de soldadura, la distància focal entre els dos feixos de llum és relativament petita. Els dos feixos de llum produeixen dos forats de pany independents en un bany de soldadura, cosa que canvia el patró de flux del metall líquid i ajuda a prevenir el bloqueig. Pot eliminar l'aparició de defectes com ara vores i protuberàncies del cordó 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 de feix únic, com que la mida del forat de pany 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, cosa que és beneficiosa per reduir els porus i les esquitxades, i obtenir soldadures contínues, uniformes i boniques.
Durant el procés de soldadura, els dos feixos làser també es poden fer en un cert angle 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 feix làser pot obtenir un forat de pany en forma d'embut. La mida del forat de pany 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 les 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 feixos làser diferents, o un feix làser es pot dividir en dos feixos làser per a la soldadura mitjançant un sistema d'espectrometria òptica. Per dividir un feix de llum en dos feixos 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 de la trajectòria òptica es pot utilitzar com a divisor de feix. Aquest tipus de reflector també s'anomena reflector de tipus 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, similar a la carena d'una teulada, tal com es mostra a la figura. Un feix de llum paral·lela brilla sobre l'espectroscopi, es reflecteix en dos plans en diferents angles per formar dos feixos de llum i brilla sobre diferents posicions del mirall d'enfocament. Després d'enfocar, s'obtenen dos feixos de llum a una certa distància sobre la superfície de la peça. Canviant l'angle entre les dues superfícies reflectants i la posició del sostre, es poden obtenir feixos de llum dividits amb diferents distàncies i disposicions d'enfocament.
Quan s'utilitzen dos tipus diferents deraigs làser tPer formar un feix doble, hi ha moltes combinacions. Es pot utilitzar un làser de CO2 d'alta qualitat amb una distribució d'energia gaussiana per al treball de soldadura principal, i es pot utilitzar 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 feixos de llum es pot ajustar independentment. 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, cosa que és molt adequada per a la soldadura. Control de processos. A més, el làser YAG i el làser de CO2 també es poden combinar en un feix doble per a la soldadura, el làser continu i el làser de pols es poden combinar per a la soldadura, i el feix enfocat i el feix desenfocat també es poden combinar per a la soldadura.
7. Principi de la 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'automoció. 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 unions de solapament, 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 unió. 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 zones és difícil que el vapor de zinc s'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 del bany fos fent coincidir raonablement l'energia dels dos feixos per facilitar l'escapament del vapor de zinc; l'altre mètode és alliberar vapor de zinc mitjançant pre-perforació o 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 ranures. Els forats o ranures preprocessats proporcionen una via d'escapament per al vapor de zinc generat durant la soldadura posterior, evitant que romangui al bany fos i formi 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 en l'ús de la soldadura làser [39]: l'aliatge d'alumini té una baixa taxa d'absorció del làser i la reflectivitat inicial de la superfície del feix làser de CO2 supera el 90%; les costures de soldadura làser d'aliatge d'alumini són fàcils de produir porositat, esquerdes; cremada d'elements d'aliatge durant la soldadura, etc. Quan s'utilitza la soldadura làser únic, és difícil establir el forat del pany i mantenir l'estabilitat. La soldadura làser de doble feix pot augmentar la mida del forat del pany, dificultant el tancament del forat del pany, cosa que és beneficiosa per a la descàrrega de gas. També pot reduir la velocitat de refredament i reduir l'aparició de porus i esquerdes de soldadura. Com que el procés de soldadura és més estable i es redueix la quantitat d'esquitxades, 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 de feix únic. La figura 6-32 mostra l'aspecte de la costura de soldadura d'una soldadura a tope d'aliatge d'alumini de 3 mm de gruix mitjançant làser de feix únic de CO2 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 a 1,0 mm, el procés de soldadura és relativament estable i l'obertura del forat de pany que es forma és més gran, cosa que afavoreix l'evaporació i la fuita de magnesi durant el procés de soldadura. Si la distància entre les dues bigues és massa petita, el procés de soldadura d'una sola biga no serà estable. Si la distància és massa gran, la penetració de la soldadura es veurà afectada, 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 un espaiament de 0,9 mm es disposen en sèrie per soldar, l'energia de la biga anterior s'ha d'augmentar adequadament perquè la relació energètica de les dues bigues abans i després sigui superior a 1: 1. És útil millorar la qualitat de la costura de soldadura, augmentar l'àrea de fusió i obtenir una costura de soldadura suau i bonica quan la velocitat de soldadura és alta.
3.3 Soldadura de doble biga de plaques de gruix desigual
En la producció industrial, sovint cal 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 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'utilitza normalment en la soldadura de panells. Un problema important és que les plaques que s'han de soldar s'han de preformar amb vores d'alta precisió i garantir un muntatge d'alta precisió. L'ús de soldadura de doble feix de plaques de gruix desigual es pot adaptar a diferents canvis en els buits de les plaques, les unions a topall, els gruixos relatius i els materials de les plaques. Pot soldar plaques amb toleràncies de vora i buit més grans i millorar la velocitat de soldadura i la qualitat de la soldadura.
Els principals paràmetres del procés de 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 topall de doble feix i el desplaçament de soldadura, etc. Els paràmetres de la placa inclouen la mida del material, el rendiment, les condicions de retall, els espais de la placa, etc. La potència dels dos feixos làser es pot ajustar per separat segons els diferents propòsits de soldadura. La posició d'enfocament generalment es troba 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 del 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 del capçal de soldadura negatiu. El desplaçament de soldadura es defineix com la distància entre l'enfocament del làser i la vora de la placa gruixuda. Ajustant el desplaçament de soldadura, es pot reduir la quantitat d'abolladura de soldadura i es pot obtenir una bona secció transversal de soldadura.
Quan soldeu plaques amb grans buits, podeu augmentar el diàmetre efectiu d'escalfament del feix girant l'angle del feix doble per obtenir bones capacitats d'ompliment de buits. L'amplada de la part superior de la soldadura està determinada pel diàmetre efectiu del feix dels dos feixos làser, és a dir, l'angle de rotació del feix. Com més gran sigui l'angle de rotació, més ampli serà el rang d'escalfament del feix doble i més gran serà l'amplada de la part superior de la soldadura. Els dos feixos 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 frontal actua sobre la placa gruixuda, el feix posterior actua sobre la soldadura), el feix frontal incideix sobre la placa gruixuda per escalfar i fondre el material, i el següent, el feix làser, crea penetració. El primer feix làser a la part frontal només pot fondre parcialment la placa gruixuda, però contribueix enormement al procés de soldadura, perquè no només fon el costat de la placa gruixuda per omplir millor els buits, sinó que també preuneix el material de la junta de manera que els feixos següents siguin més fàcils de soldar a través de les juntes, permetent una soldadura més ràpida. En la soldadura de doble feix amb un angle de rotació negatiu (el feix frontal actua sobre la soldadura i el feix posterior actua sobre la placa gruixuda), els dos feixos tenen exactament l'efecte contrari. El primer feix fon la junta i el segon feix fon la placa gruixuda per omplir-la. En aquest cas, cal que el feix frontal soldi a través de la placa freda i la velocitat de soldadura és més lenta que si s'utilitza un angle de rotació del feix positiu. I a causa de l'efecte de preescalfament del feix anterior, el segon feix fondrà més material de placa gruixuda amb la mateixa potència. En aquest cas, la potència del segon feix làser s'ha de reduir adequadament. En comparació, si s'utilitza un angle de rotació del feix positiu, es pot augmentar adequadament la velocitat de soldadura, i si s'utilitza un angle de rotació del feix negatiu, es pot aconseguir un millor ompliment dels buits. La figura 6-36 mostra la influència de diferents angles de rotació de la biga en la secció transversal de la soldadura.
3.4 Soldadura làser de doble feix de plaques grans i gruixudes Amb la millora del nivell de potència del làser i la qualitat del feix, la soldadura làser de plaques grans i gruixudes 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 d'aportació, 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 d'escalfament del feix, augmentar la capacitat de fondre el filferro d'aportació, estabilitzar el forat de la clau del làser, millorar l'estabilitat de la soldadura i millorar la qualitat de la soldadura.
Data de publicació: 29 d'abril de 2024
