Tiek piedāvāta divu staru metināšanas metode, galvenokārt, lai atrisinātu pielāgošanās spējulāzera metināšanauzlabot montāžas precizitāti, uzlabot metināšanas procesa stabilitāti un uzlabot metinājuma kvalitāti, īpaši plānu plākšņu metināšanā un alumīnija sakausējumu metināšanā. Divstaru lāzermetināšanā var izmantot optiskās metodes, lai atdalītu vienu un to pašu lāzeru divos atsevišķos gaismas staros metināšanai. Var izmantot arī divu dažādu veidu lāzeru apvienošanu – CO2 lāzeru, Nd:YAG lāzeru un lieljaudas pusvadītāju lāzeru. Mainot stara enerģiju, staru atstarpi un pat abu staru enerģijas sadalījuma modeli, metināšanas temperatūras lauku var ērti un elastīgi regulēt, mainot caurumu esamības modeli un šķidrā metāla plūsmas modeli izkausētajā vannā, nodrošinot labāku metināšanas procesa risinājumu. Plašā izvēles brīvība ir nepārspējama viena stara lāzermetināšanai. Tai ir ne tikai lielas lāzermetināšanas iespiešanās, ātra ātruma un augstas precizitātes priekšrocības, bet arī lieliska pielāgošanās spēja materiāliem un savienojumiem, kurus ir grūti metināt ar parasto lāzermetināšanu.
Principsdivstaru lāzermetināšana
Divstaru metināšana nozīmē divu lāzera staru vienlaicīgu izmantošanu metināšanas procesā. Staru izvietojums, staru atstatums, leņķis starp abiem stariem, fokusēšanas pozīcija un abu staru enerģijas attiecība ir svarīgi iestatījumi divstaru lāzera metināšanā. Parasti metināšanas procesā ir divi veidi, kā izvietot divstaru starus. Kā parādīts attēlā, viens ir izvietots virknē gar metināšanas virzienu. Šis izvietojums var samazināt izkausētās metināšanas vannas atdzišanas ātrumu. Samazina metinājuma sacietēšanas tendenci un poru veidošanos. Otra iespēja ir izvietot tos blakus vai šķērsām abās metinājuma pusēs, lai uzlabotu pielāgošanās spēju metināšanas spraugai.
Divstaru lāzera metināšanas princips
Divstaru metināšana nozīmē divu lāzera staru vienlaicīgu izmantošanu metināšanas procesā. Staru izvietojums, staru atstatums, leņķis starp abiem stariem, fokusēšanas pozīcija un abu staru enerģijas attiecība ir svarīgi iestatījumi divstaru lāzera metināšanā. Parasti metināšanas procesā ir divi veidi, kā izvietot divstaru starus. Kā parādīts attēlā, viens ir izvietots virknē gar metināšanas virzienu. Šis izvietojums var samazināt izkausētās metināšanas vannas atdzišanas ātrumu. Samazina metinājuma sacietēšanas tendenci un poru veidošanos. Otra iespēja ir izvietot tos blakus vai šķērsām abās metinājuma pusēs, lai uzlabotu pielāgošanās spēju metināšanas spraugai.
Tandēma divu staru lāzera metināšanas sistēmai ir trīs dažādi metināšanas mehānismi atkarībā no attāluma starp priekšējiem un aizmugurējiem stariem, kā parādīts attēlā zemāk.
1. Pirmā veida metināšanas mehānismā attālums starp diviem gaismas stariem ir relatīvi liels. Vienam gaismas staram ir lielāks enerģijas blīvums un tas ir fokusēts uz sagataves virsmu, lai metināšanā izveidotu atslēgas caurumus; otram gaismas staram ir mazāks enerģijas blīvums. To izmanto tikai kā siltuma avotu termiskai apstrādei pirms vai pēc metināšanas. Izmantojot šo metināšanas mehānismu, metināšanas vannas dzesēšanas ātrumu var kontrolēt noteiktā diapazonā, kas ir izdevīgi metināšanai ar dažiem materiāliem ar augstu plaisāšanas jutību, piemēram, augsta oglekļa satura tēraudu, leģēto tēraudu utt., un var arī uzlabot metinājuma izturību.
2. Otrā metināšanas mehānisma tipa gadījumā fokusa attālums starp diviem gaismas stariem ir relatīvi mazs. Abi gaismas stari rada divus neatkarīgus atslēgas caurumus metināšanas vannā, kas maina šķidrā metāla plūsmas modeli un palīdz novērst aizķeršanos. Tas var novērst defektu, piemēram, malu un metinājuma lodīšu izliekumu, rašanos un uzlabot metinājuma veidošanos.
3. Trešā veida metināšanas mehānismā attālums starp diviem gaismas stariem ir ļoti mazs. Šajā laikā abi gaismas stari metināšanas vannā rada vienu un to pašu atslēgas caurumu. Salīdzinot ar viena stara lāzermetināšanu, atslēgas cauruma izmērs kļūst lielāks un to nav viegli aizvērt, metināšanas process ir stabilāks un gāzi ir vieglāk izvadīt, kas ir izdevīgi poru un šļakatu samazināšanai, kā arī nepārtrauktu, vienmērīgu un skaistu metinājumu iegūšanai.
Metināšanas procesa laikā divus lāzera starus var veidot arī noteiktā leņķī viens pret otru. Metināšanas mehānisms ir līdzīgs paralēlā dubultstaru metināšanas mehānismam. Testa rezultāti liecina, ka, izmantojot divus augstas jaudas lāzera starus, kas atrodas 30° leņķī viens pret otru un 1–2 mm attālumā viens no otra, lāzera stars var iegūt piltuvveida atslēgas caurumu. Atslēgas cauruma izmērs ir lielāks un stabilāks, kas var efektīvi uzlabot metināšanas kvalitāti. Praktiskā pielietojumā divu gaismas staru savstarpējo kombināciju var mainīt atkarībā no dažādiem metināšanas apstākļiem, lai panāktu dažādus metināšanas procesus.
6. Divstaru lāzera metināšanas ieviešanas metode
Divkāršu staru iegūšanu var iegūt, apvienojot divus dažādus lāzera starus, vai arī vienu lāzera staru var sadalīt divos lāzera staros metināšanai, izmantojot optiskās spektrometrijas sistēmu. Lai sadalītu gaismas staru divos paralēlos dažādas jaudas lāzera staros, var izmantot spektroskopu vai kādu īpašu optisko sistēmu. Attēlā redzamas divas gaismas sadalīšanas principu shematiskas diagrammas, izmantojot fokusēšanas spoguļus kā staru sadalītājus.
Turklāt atstarotāju var izmantot arī kā staru sadalītāju, un pēdējo atstarotāju optiskajā ceļā var izmantot kā staru sadalītāju. Šāda veida atstarotāju sauc arī par jumta tipa atstarotāju. Tā atstarojošā virsma nav plakana virsma, bet gan sastāv no divām plaknēm. Abu atstarojošo virsmu krustošanās līnija atrodas spoguļa virsmas vidū, līdzīgi kā jumta kore, kā parādīts attēlā. Paralēls gaismas stars spīd uz spektroskopu, tiek atstarots no divām plaknēm dažādos leņķos, veidojot divus gaismas starus, un spīd uz dažādām fokusējošā spoguļa pozīcijām. Pēc fokusēšanas noteiktā attālumā uz sagataves virsmas tiek iegūti divi gaismas stari. Mainot leņķi starp abām atstarojošajām virsmām un jumta pozīciju, var iegūt sadalītus gaismas starus ar dažādiem fokusa attālumiem un izkārtojumu.
Izmantojot divus dažādus veiduslāzera stari tLai izveidotu dubultu staru, ir pieejamas daudzas kombinācijas. Galvenajiem metināšanas darbiem var izmantot augstas kvalitātes CO2 lāzeru ar Gausa enerģijas sadalījumu, bet termiskās apstrādes darbiem var izmantot pusvadītāju lāzeru ar taisnstūra enerģijas sadalījumu. No vienas puses, šī kombinācija ir ekonomiskāka. No otras puses, abu gaismas staru jaudu var regulēt neatkarīgi. Dažādām savienojumu formām regulējamu temperatūras lauku var iegūt, regulējot lāzera un pusvadītāju lāzera pārklāšanās pozīciju, kas ir ļoti piemērots metināšanai. Procesa kontrole. Turklāt YAG lāzeru un CO2 lāzeru metināšanai var apvienot dubultā starā, metināšanai var apvienot nepārtrauktu lāzeru un impulsu lāzeru, kā arī metināšanai var apvienot fokusētu staru un defokusētu staru.
7. Divstaru lāzermetināšanas princips
3.1 Cinkoto lokšņu divstaru lāzermetināšana
Cinkota tērauda loksne ir visbiežāk izmantotais materiāls autobūves nozarē. Tērauda kušanas temperatūra ir aptuveni 1500 °C, savukārt cinka viršanas temperatūra ir tikai 906 °C. Tāpēc, izmantojot kausēšanas metināšanas metodi, parasti rodas liels daudzums cinka tvaiku, kas metināšanas procesu padara nestabilu, veidojot poras metinājumā. Pārlaiduma savienojumos cinkotā slāņa iztvaikošana notiek ne tikai augšējā un apakšējā virsmā, bet arī savienojuma virsmā. Metināšanas procesa laikā cinka tvaiki dažās vietās ātri izplūst no izkausētās vannas virsmas, savukārt citās vietās cinka tvaikiem ir grūti izkļūt no izkausētās vannas virsmas. Uz vannas virsmas metināšanas kvalitāte ir ļoti nestabila.
Divstaru lāzera metināšana var atrisināt cinka tvaiku radītās metināšanas kvalitātes problēmas. Viena metode ir kontrolēt izkausētās vielas klātbūtnes laiku un dzesēšanas ātrumu, saprātīgi saskaņojot abu staru enerģiju, lai atvieglotu cinka tvaiku izplūšanu; otra metode ir cinka tvaiku atbrīvošana, iepriekš veicot caurumošanu vai gropēšanu. Kā parādīts 6-31. attēlā, metināšanai izmanto CO2 lāzeru. YAG lāzers atrodas CO2 lāzera priekšā un tiek izmantots caurumu urbšanai vai rievu veidošanai. Iepriekš apstrādātie caurumi vai rievas nodrošina izplūdes ceļu cinka tvaikiem, kas rodas turpmākās metināšanas laikā, novēršot to palikšanu izkausētajā masā un defektu veidošanos.
3.2 Alumīnija sakausējuma divstaru lāzera metināšana
Alumīnija sakausējumu materiālu īpašo veiktspējas raksturlielumu dēļ lāzermetināšanas izmantošanā pastāv šādas grūtības [39]: alumīnija sakausējumam ir zems lāzera absorbcijas ātrums, un CO2 lāzera stara virsmas sākotnējā atstarošanās spēja pārsniedz 90%; alumīnija sakausējuma lāzermetināšanas šuves ir viegli veidojamas, piemēram, porainība, plaisas, sakausējuma elementu izdegšana metināšanas laikā utt. Izmantojot viena lāzera metināšanu, ir grūti izveidot atslēgas caurumu un saglabāt stabilitāti. Divstaru lāzermetināšana var palielināt atslēgas cauruma izmēru, apgrūtinot tā aizvēršanos, kas ir labvēlīgi gāzu izlādei. Tā var arī samazināt dzesēšanas ātrumu un samazināt poru un metināšanas plaisu rašanos. Tā kā metināšanas process ir stabilāks un šļakatu daudzums ir samazināts, alumīnija sakausējumu divu staru metināšanas metinājuma virsmas forma ir ievērojami labāka nekā viena stara metināšanas metinājuma forma. 6.-32. attēlā parādīts 3 mm bieza alumīnija sakausējuma muca metināšanas metinājuma šuves izskats, izmantojot CO2 viena stara lāzeru un divu staru lāzermetināšanu.
Pētījumi liecina, ka, metinot 2 mm biezu 5000. sērijas alumīnija sakausējumu, ja attālums starp abiem stariem ir 0,6–1,0 mm, metināšanas process ir relatīvi stabils un izveidotā atslēgas cauruma atvere ir lielāka, kas veicina magnija iztvaikošanu un izplūšanu metināšanas procesā. Ja attālums starp abiem stariem ir pārāk mazs, viena stara metināšanas process nebūs stabils. Ja attālums ir pārāk liels, tas ietekmēs metināšanas iespiešanos, kā parādīts 6.–33. attēlā. Turklāt abu staru enerģijas attiecībai ir arī liela ietekme uz metināšanas kvalitāti. Ja metināšanai virknē ir izvietoti divi stari ar 0,9 mm atstarpi, iepriekšējā stara enerģija ir jāpalielina atbilstoši, lai abu staru enerģijas attiecība pirms un pēc būtu lielāka par 1:1. Tas ir noderīgi, lai uzlabotu metināšanas šuves kvalitāti, palielinātu kušanas laukumu un joprojām iegūtu gludu un skaistu metināšanas šuvi, ja metināšanas ātrums ir liels.
3.3 Nevienāda biezuma plākšņu dubultstaru metināšana
Rūpnieciskajā ražošanā bieži vien ir nepieciešams sametināt divas vai vairākas dažāda biezuma un formas metāla plāksnes, lai izveidotu savienotu plāksni. Īpaši automobiļu ražošanā arvien plašāk tiek izmantotas pēc pasūtījuma metinātas sagataves. Metinot plāksnes ar atšķirīgām specifikācijām, virsmas pārklājumiem vai īpašībām, var palielināt izturību, samazināt palīgmateriālus un samazināt kvalitāti. Paneļu metināšanā parasti izmanto dažāda biezuma plākšņu lāzermetināšanu. Galvenā problēma ir tā, ka metināmajām plāksnēm jābūt iepriekš sagatavotām ar augstas precizitātes malām un jānodrošina augstas precizitātes montāža. Izmantojot nevienāda biezuma plākšņu divstaru metināšanu, var pielāgoties dažādām izmaiņām plākšņu spraugās, mucas savienojumos, relatīvajā biezumā un plākšņu materiālos. Tā var sametināt plāksnes ar lielākām malu un spraugu pielaidēm, kā arī uzlabot metināšanas ātrumu un metināšanas kvalitāti.
Šuangguandunas metināšanas nevienāda biezuma plākšņu galvenos procesa parametrus var iedalīt metināšanas parametros un plākšņu parametros, kā parādīts attēlā. Metināšanas parametri ietver divu lāzera staru jaudu, metināšanas ātrumu, fokusa pozīciju, metināšanas galvas leņķi, dubultstaru savienojuma stara rotācijas leņķi un metināšanas nobīdi utt. Plātnes parametri ietver materiāla izmēru, veiktspēju, apgriešanas apstākļus, plātņu spraugas utt. Abu lāzera staru jaudu var regulēt atsevišķi atbilstoši dažādiem metināšanas mērķiem. Fokusa pozīcija parasti atrodas uz plānās plāksnes virsmas, lai panāktu stabilu un efektīvu metināšanas procesu. Metināšanas galvas leņķis parasti tiek izvēlēts aptuveni 6 grādu robežās. Ja abu plākšņu biezums ir relatīvi liels, var izmantot pozitīvu metināšanas galvas leņķi, tas ir, lāzeru noliec pret plāno plāksni, kā parādīts attēlā; ja plāksnes biezums ir relatīvi mazs, var izmantot negatīvu metināšanas galvas leņķi. Metināšanas nobīde ir definēta kā attālums starp lāzera fokusu un biezās plāksnes malu. Pielāgojot metināšanas nobīdi, var samazināt metināšanas iespiedumu daudzumu un iegūt labu metināšanas šķērsgriezumu.
Metinot plāksnes ar lielām spraugām, efektīvo stara sildīšanas diametru var palielināt, pagriežot dubultā stara leņķi, lai iegūtu labas spraugu aizpildīšanas iespējas. Metinājuma augšējās daļas platumu nosaka abu lāzera staru efektīvais stara diametrs, tas ir, stara rotācijas leņķis. Jo lielāks rotācijas leņķis, jo plašāks dubultā stara sildīšanas diapazons un jo lielāks metinājuma augšējās daļas platums. Abiem lāzera stariem metināšanas procesā ir atšķirīga loma. Viens galvenokārt tiek izmantots šuves iespiešanai, bet otrs galvenokārt tiek izmantots bieza plātnes materiāla kausēšanai, lai aizpildītu spraugu. Kā parādīts 6-35. attēlā, pozitīva stara rotācijas leņķa gadījumā (priekšējais stars iedarbojas uz biezo plātni, aizmugurējais stars iedarbojas uz metinājumu) priekšējais stars krīt uz biezo plātni, lai to uzsildītu un izkausētu, un nākamais lāzera stars rada iespiešanos. Pirmais lāzera stars priekšpusē var tikai daļēji izkausēt biezo plāksni, taču tas ievērojami veicina metināšanas procesu, jo tas ne tikai izkausē biezās plāksnes sānu daļu, lai labāk aizpildītu spraugas, bet arī iepriekš savieno savienojuma materiālu, lai nākamie stari būtu vieglāk metināt cauri savienojumiem, tādējādi nodrošinot ātrāku metināšanu. Divstaru metināšanā ar negatīvu rotācijas leņķi (priekšējais stars iedarbojas uz metinājumu, bet aizmugurējais stars iedarbojas uz biezo plāksni) abiem stariem ir tieši pretējs efekts. Pirmais stars izkausē savienojumu, bet otrais stars izkausē biezo plāksni, lai aizpildītu spraugu. Šajā gadījumā priekšējam staram ir jāmetina cauri aukstajai plāksnei, un metināšanas ātrums ir mazāks nekā izmantojot pozitīvu stara rotācijas leņķi. Un iepriekšējā stara uzsildīšanas efekta dēļ otrais stars ar tādu pašu jaudu izkausēs vairāk biezas plāksnes materiāla. Šajā gadījumā pēdējā lāzera stara jauda ir atbilstoši jāsamazina. Salīdzinājumam, izmantojot pozitīvu stara rotācijas leņķi, var atbilstoši palielināt metināšanas ātrumu, un izmantojot negatīvu stara rotācijas leņķi, var panākt labāku spraugu aizpildīšanu. 6.–36. attēlā parādīta dažādu staru rotācijas leņķu ietekme uz metinājuma šķērsgriezumu.
3.4 Lielu, biezu plākšņu divstaru lāzermetināšana. Uzlabojoties lāzera jaudas līmenim un stara kvalitātei, lielu, biezu plākšņu lāzermetināšana ir kļuvusi par realitāti. Tomēr, tā kā lieljaudas lāzeri ir dārgi un lielu, biezu plākšņu metināšanai parasti ir nepieciešams pildmetāls, faktiskajā ražošanā pastāv zināmi ierobežojumi. Divstaru lāzermetināšanas tehnoloģijas izmantošana var ne tikai palielināt lāzera jaudu, bet arī palielināt efektīvo stara sildīšanas diametru, palielināt pildstieples kausēšanas spēju, stabilizēt lāzera atslēgas caurumu, uzlabot metināšanas stabilitāti un uzlabot metināšanas kvalitāti.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 29. aprīlis
