Salīdzinot ar tradicionālajām metināšanas tehnoloģijām,lāzera metināšanair nepārspējamas priekšrocības metināšanas precizitātē, efektivitātē, uzticamībā, automatizācijā un citos aspektos. Pēdējos gados tā ir strauji attīstījusies automobiļu, enerģētikas, elektronikas un citās jomās, un tiek uzskatīta par vienu no daudzsološākajām ražošanas tehnoloģijām 21. gadsimtā.
1. Divkāršās sijas pārskatslāzera metināšana
Divkāršais starslāzera metināšanair izmantot optiskās metodes, lai atdalītu vienu un to pašu lāzeru divos atsevišķos gaismas staros metināšanai, vai arī izmantot divu dažādu veidu lāzerus, piemēram, CO2 lāzeru, Nd:YAG lāzeru un lieljaudas pusvadītāju lāzeru, apvienošanai. Visus var apvienot. Tas galvenokārt tika ierosināts, lai risinātu lāzermetināšanas pielāgojamības jautājumus montāžas precizitātei, uzlabotu metināšanas procesa stabilitāti un uzlabotu metinājuma kvalitāti. Divkāršais starslāzera metināšanavar ērti un elastīgi pielāgot metināšanas temperatūras lauku, mainot staru enerģijas attiecību, staru atstarpi un pat abu lāzera staru enerģijas sadalījuma modeli, mainot atslēgas cauruma esamības modeli un šķidrā metāla plūsmas modeli izkausētajā vannā. Nodrošina plašāku metināšanas procesu izvēli. Tam ir ne tikai lielas priekšrocībaslāzera metināšanaiespiešanās spēja, liels ātrums un augsta precizitāte, bet ir piemērots arī materiāliem un savienojumiem, kurus ir grūti metināt ar parastajiemlāzera metināšana.
Divkāršajai sijailāzera metināšanaVispirms mēs apspriežam divu staru lāzera ieviešanas metodes. Plašā literatūra liecina, ka ir divi galvenie veidi, kā panākt divu staru metināšanu: transmisijas fokusēšana un atstarošanas fokusēšana. Konkrēti, viens tiek panākts, pielāgojot divu lāzeru leņķi un atstarpi, izmantojot fokusēšanas spoguļus un kolimācijas spoguļus. Otrs tiek panākts, izmantojot lāzera avotu un pēc tam fokusējot, izmantojot atstarojošus spoguļus, caurlaidīgus spoguļus un ķīļveida spoguļus, lai iegūtu divus starus. Pirmajai metodei ir galvenokārt trīs veidi. Pirmais veids ir savienot divus lāzerus, izmantojot optiskās šķiedras, un sadalīt tos divos dažādos staros zem viena un tā paša kolimācijas spoguļa un fokusēšanas spoguļa. Otrais veids ir tāds, ka divi lāzeri izstaro lāzera starus caur savām attiecīgajām metināšanas galviņām, un dubultais stars tiek veidots, pielāgojot metināšanas galviņu telpisko pozīciju. Trešā metode ir tāda, ka lāzera stars vispirms tiek sadalīts caur diviem spoguļiem 1 un 2 un pēc tam fokusēts ar diviem fokusēšanas spoguļiem attiecīgi 3 un 4. Abu fokusa punktu pozīciju un attālumu var regulēt, regulējot abu fokusēšanas spoguļu 3 un 4 leņķus. Otrā metode ir izmantot cietvielu lāzeru, lai sadalītu gaismu, iegūstot divus starus, un regulēt leņķi un atstarpi, izmantojot perspektīvo spoguli un fokusēšanas spoguli. Pēdējie divi attēli pirmajā rindā zemāk parāda CO2 lāzera spektroskopisko sistēmu. Plakanais spogulis tiek aizstāts ar ķīļveida spoguli un novietots fokusēšanas spoguļa priekšā, lai sadalītu gaismu, iegūstot divu staru paralēlo gaismu.
Pēc tam, kad esam sapratuši dubulto siju ieviešanu, īsumā iepazīstināsim ar metināšanas principiem un metodēm. Divkāršajā sijālāzera metināšanaŠajā procesā pastāv trīs izplatīti staru izvietojumi: secīgs izvietojums, paralēls izvietojums un hibrīds izvietojums. Audums, tas ir, attālums ir gan metināšanas virzienā, gan metināšanas vertikālajā virzienā. Kā parādīts attēla pēdējā rindā, atkarībā no mazo caurumu un kausējuma baseinu dažādajām formām, kas parādās dažādos punktu atstatumos secīgā metināšanas procesā, tos var tālāk iedalīt atsevišķos kausējumos. Ir trīs stāvokļi: baseins, kopīgs kausējuma baseins un atdalīts kausējuma baseins. Atsevišķa kausējuma baseina un atdalīta kausējuma baseina īpašības ir līdzīgas viena kausējuma baseina īpašībām.lāzera metināšana, kā parādīts skaitliskās simulācijas diagrammā. Dažādiem tipiem ir atšķirīga procesa ietekme.
1. tips: ar noteiktu punktu atstarpi divi staru kūļa atslēgas caurumi vienā un tajā pašā izkausētajā baseinā veido kopīgu lielu atslēgas caurumu; 1. tipa gadījumā ziņots, ka viens gaismas stars tiek izmantots neliela cauruma izveidošanai, bet otrs gaismas stars tiek izmantots metināšanas termiskajai apstrādei, kas var efektīvi uzlabot augsta oglekļa satura tērauda un leģētā tērauda strukturālās īpašības.
2. tips: palielina punktu atstarpi vienā un tajā pašā izkausētā metināšanas baseinā, atdala abus starus divos neatkarīgos atslēgas caurumos un maina izkausētā metināšanas baseina plūsmas modeli; 2. tipa gadījumā tā funkcija ir līdzvērtīga divu elektronu staru metināšanai, samazina metināšanas šļakatas un neregulāras metināšanas šuves atbilstošā fokusa attālumā.
3. tips: Vēl vairāk palieliniet punktu atstarpi un mainiet abu staru enerģijas attiecību, lai viens no diviem stariem tiktu izmantots kā siltuma avots pirmsmetināšanas vai pēcmetināšanas apstrādei metināšanas procesa laikā, bet otrs stars tiktu izmantots mazu caurumu ģenerēšanai. 3. tipa pētījumā tika atklāts, ka abi stari veido atslēgas caurumu, mazo caurumu nav viegli sabrukt, un metinājuma šuvē nav viegli veidot poras.
2. Metināšanas procesa ietekme uz metināšanas kvalitāti
Sērijveida stara enerģijas attiecības ietekme uz metināšanas šuves veidošanos
Kad lāzera jauda ir 2 kW, metināšanas ātrums ir 45 mm/s, defokusa apjoms ir 0 mm un staru atstatums ir 3 mm, metinājuma virsmas forma, mainot RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00), ir tāda, kā parādīts attēlā. Kad RS = 0,50 un 2,00, metinājuma šuve ir vairāk iedobta, un metinājuma malās ir vairāk šļakatu, neveidojot regulārus zvīņu rakstus. Tas ir tāpēc, ka, ja staru enerģijas attiecība ir pārāk maza vai pārāk liela, lāzera enerģija ir pārāk koncentrēta, izraisot lāzera adatas cauruma nopietnākas svārstības metināšanas procesa laikā, un tvaika atsitiena spiediens izraisa izkausētā metāla izmešanu un šļakstīšanos izkausētajā vannā; pārmērīga siltuma padeve izraisa pārāk lielu izkausētās vannas iespiešanās dziļumu alumīnija sakausējuma pusē, izraisot depresiju gravitācijas ietekmē. Ja RS=0,67 un 1,50, tad zvīņu raksts uz metinājuma virsmas ir vienmērīgs, metinājuma forma ir skaistāka, un uz metinājuma virsmas nav redzamu metināšanas plaisu, poru un citu metināšanas defektu. Metinājuma šuvju ar atšķirīgu stara enerģijas attiecību RS šķērsgriezuma formas ir parādītas attēlā. Metinājuma šuvju šķērsgriezums ir tipiskā “vīna glāzes” formā, kas norāda, ka metināšanas process tiek veikts lāzera dziļās iespiešanās metināšanas režīmā. RS būtiski ietekmē metinājuma iespiešanās dziļumu P2 alumīnija sakausējuma pusē. Ja stara enerģijas attiecība RS=0,5, P2 ir 1203,2 mikroni. Ja stara enerģijas attiecība ir RS=0,67 un 1,5, P2 ir ievērojami samazināts, kas ir attiecīgi 403,3 mikroni un 93,6 mikroni. Ja stara enerģijas attiecība ir RS=2, tad savienojuma šķērsgriezuma metinājuma iespiešanās dziļums ir 1151,6 mikroni.
Paralēlā stara enerģijas attiecības ietekme uz metināšanas šuves veidošanos
Kad lāzera jauda ir 2,8 kW, metināšanas ātrums ir 33 mm/s, defokusa apjoms ir 0 mm un staru atstatums ir 1 mm, metinājuma virsma tiek iegūta, mainot staru enerģijas attiecību (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Izskats ir parādīts attēlā. Kad RS = 2, zvīņu raksts uz metinājuma virsmas ir relatīvi nelīdzens. Metinājuma virsma, kas iegūta ar pārējiem pieciem dažādiem staru enerģijas koeficientiem, ir labi izveidota, un nav redzamu defektu, piemēram, poru un šļakatu. Tāpēc, salīdzinot ar sērijveida divu staru...lāzera metināšanaIzmantojot paralēlus dubultstarus, metinājuma virsma ir vienmērīgāka un skaistāka. Ja RS=0,25, metinājumā ir neliels ieplaka; pakāpeniski palielinoties stara enerģijas attiecībai (RS=0,5, 0,67 un 1,5), metinājuma virsma ir vienmērīga un ieplaka neveidojas; tomēr, kad stara enerģijas attiecība vēl vairāk palielinās (RS=1,50, 2,00), metinājuma virsmā ir ieplakas. Ja stara enerģijas attiecība RS=0,25, 1,5 un 2, metinājuma šķērsgriezuma forma ir “vīna glāzes formas”; ja RS=0,50, 0,67 un 1, metinājuma šķērsgriezuma forma ir “piltuvveida”. Ja RS=4, metinājuma apakšā rodas ne tikai plaisas, bet arī poras metinājuma vidusdaļā un apakšdaļā. Ja RS=2, metinājuma iekšpusē parādās lielas procesa poras, bet plaisas nerodas. Ja RS = 0,5, 0,67 un 1,5, alumīnija sakausējuma puses metinājuma iespiešanās dziļums P2 ir mazāks, metinājuma šķērsgriezums ir labi izveidots, un neveidojas acīmredzami metināšanas defekti. Tas liecina, ka stara enerģijas attiecībai paralēlā divu staru lāzera metināšanas laikā ir arī būtiska ietekme uz metinājuma iespiešanos un metināšanas defektiem.
Paralēlais stars – staru atstatuma ietekme uz metināšanas šuves veidošanos
Kad lāzera jauda ir 2,8 kW, metināšanas ātrums ir 33 mm/s, defokusa apjoms ir 0 mm un stara enerģijas attiecība RS = 0,67, mainiet staru atstarpi (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), lai iegūtu metinājuma virsmas morfoloģiju, kā parādīts attēlā. Kad d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, metinājuma virsma ir gluda un līdzena, un forma ir skaista; metinājuma zvīņu raksts ir regulārs un skaists, un nav redzamu poru, plaisu un citu defektu. Tādēļ, ja attālums starp četriem stariem ir atstats, metinājuma virsma ir labi izveidota. Turklāt, kad d = 2 mm, veidojas divas dažādas metinājuma šuves, kas parāda, ka divi paralēli lāzera stari vairs neiedarbojas uz izkausētu vannu un nevar veidot efektīvu divu staru lāzera hibrīdmetināšanu. Kad staru atstatums ir 0,5 mm, metinājumam ir “piltuvveida” forma, alumīnija sakausējuma puses metinājuma iespiešanās dziļums P2 ir 712,9 mikroni, un metinājuma iekšpusē nav plaisu, poru un citu defektu. Palielinoties staru atstatumam, alumīnija sakausējuma puses metinājuma iespiešanās dziļums P2 ievērojami samazinās. Kad staru atstatums ir 1 mm, alumīnija sakausējuma puses metinājuma iespiešanās dziļums ir tikai 94,2 mikroni. Vēl vairāk palielinoties staru atstatumam, metinājums alumīnija sakausējuma pusē neveido efektīvu iespiešanos. Tāpēc, kad staru atstatums ir 0,5 mm, divu staru rekombinācijas efekts ir vislabākais. Palielinoties staru atstatumam, metināšanas siltuma padeve strauji samazinās, un divu staru lāzera rekombinācijas efekts pakāpeniski pasliktinās.
Metinājuma morfoloģijas atšķirības izraisa atšķirīgā plūsma un kausējuma vannas atdzišanas un sacietēšanas process metināšanas procesā. Skaitliskās simulācijas metode var ne tikai padarīt kausējuma vannas sprieguma analīzi intuitīvāku, bet arī samazināt eksperimentālās izmaksas. Zemāk redzamajā attēlā parādītas sānu kausējuma vannas izmaiņas ar vienu staru, dažādu izvietojumu un punktu atstatumu. Galvenie secinājumi ietver: (1) Vienas sijas metināšanas laikālāzera metināšanaŠajā procesā izkausētās tvertnes cauruma dziļums ir vislielākais, pastāv cauruma sabrukšanas fenomens, cauruma siena ir nevienmērīga, un plūsmas lauka sadalījums pie cauruma sienas ir nevienmērīgs; pie izkausētās tvertnes aizmugurējās virsmas ir spēcīga atkārtota plūsma, un izkausētās tvertnes apakšā ir augšupvērsta atkārtota plūsma; virsmas izkausētās tvertnes plūsmas lauka sadalījums ir relatīvi vienmērīgs un lēns, un izkausētās tvertnes platums ir nevienmērīgs visā dziļuma virzienā. Izkausētajā tvertnē starp mazajiem caurumiem dubultstūra formā rodas traucējumi sienas atsitiena spiediena dēļ.lāzera metināšana, un tas vienmēr pastāv mazo caurumu dziļuma virzienā. Tā kā attālums starp abiem stariem turpina palielināties, stara enerģijas blīvums pakāpeniski pāriet no viena pīķa uz divu pīķu stāvokli. Starp abiem pīķiem ir minimālā vērtība, un enerģijas blīvums pakāpeniski samazinās. (2) Divu staru gadījumālāzera metināšana, ja punktu atstatums ir 0–0,5 mm, izkausētās tvertnes mazo caurumu dziļums nedaudz samazinās, un kopējā izkausētās tvertnes plūsmas uzvedība ir līdzīga vienas sijas plūsmas uzvedībailāzera metināšana; ja punktu atstatums ir lielāks par 1 mm, mazie caurumi ir pilnībā atdalīti, un metināšanas procesa laikā starp abiem lāzeriem gandrīz nav mijiedarbības, kas ir līdzvērtīgi diviem secīgiem/diviem paralēliem viena stara lāzera metināšanas darbiem ar jaudu 1750 W. Gandrīz nav iepriekšējas uzsildīšanas efekta, un kausējuma baseina plūsmas uzvedība ir līdzīga viena stara lāzera metināšanas darbībai. (3) Ja punktu atstatums ir 0,5–1 mm, mazo caurumu sienas virsma abos izkārtojumos ir plakanāka, mazo caurumu dziļums pakāpeniski samazinās, un apakša pakāpeniski atdalās. Traucējums starp mazajiem caurumiem un virsmas kausējuma baseina plūsmu ir 0,8 mm. Visspēcīgākais. Sērijveida metināšanā kausējuma baseina garums pakāpeniski palielinās, platums ir vislielākais, ja punktu atstatums ir 0,8 mm, un iepriekšējas uzsildīšanas efekts ir visizteiktākais, ja punktu atstatums ir 0,8 mm. Marangoni spēka ietekme pakāpeniski vājinās, un vairāk metāla šķidruma plūst uz abām kausējuma baseina pusēm. Padariet kausējuma platuma sadalījumu vienmērīgāku. Paralēlmetināšanas laikā izkausētās šuves platums pakāpeniski palielinās, un maksimālais garums ir 0,8 mm, bet nav iepriekšējas uzsildīšanas efekta; Marangoni spēka izraisītā atkārtota plūsma pie virsmas vienmēr pastāv, un lejupvērstā atkārtota plūsma mazā cauruma apakšā pakāpeniski izzūd; šķērsgriezuma plūsmas lauks nav tik labs, cik tas ir spēcīgs sērijā, traucējumi gandrīz neietekmē plūsmu abās izkausētās šuves pusēs, un izkausētā šuves platums ir nevienmērīgi sadalīts.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 12. oktobris
