Kung ikukumpara sa tradisyonal na teknolohiya ng welding,laser weldingay may walang kapantay na mga pakinabang sa kawastuhan ng hinang, kahusayan, pagiging maaasahan, automation at iba pang mga aspeto. Sa mga nakalipas na taon, mabilis itong umunlad sa larangan ng mga sasakyan, enerhiya, electronics at iba pang larangan, at itinuturing na isa sa mga pinaka-promising na teknolohiya sa pagmamanupaktura sa ika-21 siglo.
1. Pangkalahatang-ideya ng double-beamlaser welding
Doble-beamlaser weldingay ang paggamit ng mga optical na pamamaraan upang paghiwalayin ang parehong laser sa dalawang magkahiwalay na sinag ng liwanag para sa hinang, o gumamit ng dalawang magkaibang uri ng mga laser upang pagsamahin, tulad ng CO2 laser, Nd: YAG laser at high-power semiconductor laser. Ang lahat ay maaaring pagsamahin. Ito ay iminungkahi pangunahin upang malutas ang kakayahang umangkop ng laser welding sa katumpakan ng pagpupulong, pagbutihin ang katatagan ng proseso ng hinang, at pagbutihin ang kalidad ng hinang. Doble-beamlaser weldingmaaaring maginhawa at nababaluktot na ayusin ang patlang ng temperatura ng hinang sa pamamagitan ng pagbabago ng ratio ng enerhiya ng beam, spacing ng beam, at maging ang pattern ng pamamahagi ng enerhiya ng dalawang laser beam, pagbabago ng pattern ng pagkakaroon ng keyhole at ang pattern ng daloy ng likidong metal sa molten pool. Nagbibigay ng mas malawak na pagpipilian ng mga proseso ng hinang. Ito ay hindi lamang may mga pakinabang ng malakilaser weldingpenetration, mabilis na bilis at mataas na katumpakan, ngunit angkop din para sa mga materyales at mga kasukasuan na mahirap i-weld sa maginoolaser welding.
Para sa double-beamlaser welding, una naming talakayin ang mga pamamaraan ng pagpapatupad ng double-beam laser. Ipinapakita ng komprehensibong literatura na mayroong dalawang pangunahing paraan upang makamit ang double-beam welding: transmission focusing at reflection focusing. Sa partikular, ang isa ay nakakamit sa pamamagitan ng pagsasaayos ng anggulo at espasyo ng dalawang laser sa pamamagitan ng mga nakatutok na salamin at nagko-collimate na mga salamin. Ang isa ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng isang laser source at pagkatapos ay tumututok sa pamamagitan ng sumasalamin na mga salamin, transmissive na salamin at hugis-wedge na mga salamin upang makamit ang dalawahang sinag. Para sa unang paraan, mayroong pangunahing tatlong anyo. Ang unang anyo ay pagsasama-sama ng dalawang laser sa pamamagitan ng optical fibers at hatiin ang mga ito sa dalawang magkaibang beam sa ilalim ng parehong collimating mirror at focusing mirror. Ang pangalawa ay ang dalawang laser na naglalabas ng mga laser beam sa pamamagitan ng kani-kanilang mga ulo ng hinang, at isang double beam ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasaayos ng spatial na posisyon ng mga ulo ng hinang. Ang ikatlong paraan ay ang laser beam ay unang nahahati sa dalawang salamin 1 at 2, at pagkatapos ay nakatutok sa pamamagitan ng dalawang tumututok na salamin 3 at 4 ayon sa pagkakabanggit. Ang posisyon at distansya sa pagitan ng dalawang focal spot ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga anggulo ng dalawang nakatutok na salamin 3 at 4. Ang pangalawang paraan ay ang paggamit ng solid-state laser upang hatiin ang ilaw upang makamit ang dalawahang sinag, at ayusin ang anggulo at spacing sa pamamagitan ng isang perspective mirror at isang focusing mirror. Ang huling dalawang larawan sa unang hilera sa ibaba ay nagpapakita ng spectroscopic system ng isang CO2 laser. Ang flat mirror ay pinapalitan ng wedge-shaped na salamin at inilagay sa harap ng nakatutok na salamin upang hatiin ang ilaw upang makamit ang dual beam parallel light.
Matapos maunawaan ang pagpapatupad ng mga double beam, ipakilala natin sa madaling sabi ang mga prinsipyo at pamamaraan ng welding. Sa double-beamlaser weldingproseso, mayroong tatlong karaniwang pagsasaayos ng sinag, katulad ng serial arrangement, parallel arrangement at hybrid arrangement. tela, iyon ay, mayroong isang distansya sa parehong direksyon ng hinang at ang vertical na direksyon ng hinang. Gaya ng ipinapakita sa huling hilera ng figure, ayon sa iba't ibang hugis ng maliliit na butas at molten pool na lumilitaw sa ilalim ng magkakaibang spot spacing sa panahon ng serial welding process, maaari pa silang hatiin sa mga single melt. May tatlong estado: pool, karaniwang molten pool at separated molten pool. Ang mga katangian ng single molten pool at separated molten pool ay katulad ng sa singlelaser welding, gaya ng ipinapakita sa numerical simulation diagram. Mayroong iba't ibang mga epekto ng proseso para sa iba't ibang uri.
Uri 1: Sa ilalim ng isang partikular na puwang na puwang, dalawang beam keyhole ang bumubuo ng isang karaniwang malaking keyhole sa parehong tinunaw na pool; para sa uri 1, iniulat na ang isang sinag ng liwanag ay ginagamit upang lumikha ng isang maliit na butas, at ang iba pang sinag ng liwanag ay ginagamit para sa welding heat treatment, na maaaring Epektibong mapabuti ang mga katangian ng istruktura ng mataas na carbon steel at haluang metal na bakal.
Type 2: Palakihin ang spot spacing sa parehong molten pool, paghiwalayin ang dalawang beam sa dalawang independent keyhole, at baguhin ang flow pattern ng molten pool; para sa uri 2, ang function nito ay katumbas ng dalawang electron beam welding, Binabawasan ang weld spatter at irregular welds sa naaangkop na focal length.
Uri 3: Higit pang dagdagan ang spot spacing at baguhin ang ratio ng enerhiya ng dalawang beam, upang ang isa sa dalawang beam ay magamit bilang pinagmumulan ng init upang magsagawa ng pre-welding o post-welding processing sa panahon ng proseso ng welding, at ang isa pang beam ay ginagamit upang makabuo ng maliliit na butas. Para sa uri 3, natuklasan ng pag-aaral na ang dalawang beam ay bumubuo ng isang keyhole, ang maliit na butas ay hindi madaling gumuho, at ang weld ay hindi madaling makagawa ng mga pores.
2. Ang impluwensya ng proseso ng hinang sa kalidad ng hinang
Epekto ng serial beam-energy ratio sa welding seam formation
Kapag ang laser power ay 2kW, ang welding speed ay 45 mm/s, ang defocus amount ay 0mm, at ang beam spacing ay 3 mm, ang weld surface shape kapag binabago ang RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) ay bilang ipinapakita sa figure. Kapag RS=0.50 at 2.00, ang weld ay may dents sa mas malaking lawak, at mayroong mas maraming spatter sa gilid ng weld, nang hindi bumubuo ng regular na fish scale patterns. Ito ay dahil kapag ang ratio ng enerhiya ng beam ay masyadong maliit o masyadong malaki, ang enerhiya ng laser ay masyadong puro, na nagiging sanhi ng laser pinhole upang mag-oscillate nang mas seryoso sa panahon ng proseso ng welding, at ang recoil pressure ng singaw ay nagiging sanhi ng pagbuga at pag-splash ng natunaw. pool metal sa tinunaw na pool; Ang sobrang init na input ay nagiging sanhi ng penetration depth ng molten pool sa gilid ng aluminum alloy na maging masyadong malaki, na nagiging sanhi ng depression sa ilalim ng pagkilos ng gravity. Kapag RS=0.67 at 1.50, pare-pareho ang pattern ng fish scale sa weld surface, mas maganda ang weld shape, at walang nakikitang welding hot cracks, pores at iba pang welding defects sa weld surface. Ang mga cross-section na hugis ng mga welds na may iba't ibang beam energy ratios RS ay tulad ng ipinapakita sa figure. Ang cross-section ng welds ay nasa tipikal na "wine glass shape", na nagpapahiwatig na ang proseso ng welding ay isinasagawa sa laser deep penetration welding mode. Ang RS ay may mahalagang impluwensya sa lalim ng pagtagos P2 ng hinang sa gilid ng aluminyo haluang metal. Kapag ang beam energy ratio RS=0.5, ang P2 ay 1203.2 microns. Kapag ang ratio ng enerhiya ng beam ay RS=0.67 at 1.5, ang P2 ay makabuluhang nabawasan, na 403.3 microns at 93.6 microns ayon sa pagkakabanggit. Kapag ang beam energy ratio ay RS=2, ang weld penetration depth ng joint cross section ay 1151.6 microns.
Epekto ng parallel beam-energy ratio sa welding seam formation
Kapag ang laser power ay 2.8kW, ang welding speed ay 33mm/s, ang defocus amount ay 0mm, at ang beam spacing ay 1mm, ang weld surface ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabago ng beam energy ratio (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5). , 2, 4) Ang hitsura ay ipinapakita sa figure. Kapag RS=2, medyo iregular ang pattern ng fish scale sa ibabaw ng weld. Ang ibabaw ng weld na nakuha ng iba pang limang iba't ibang mga ratio ng enerhiya ng beam ay mahusay na nabuo, at walang nakikitang mga depekto tulad ng mga pores at spatter. Samakatuwid, kumpara sa serial dual-beamlaser welding, ang weld surface gamit ang parallel dual-beams ay mas pare-pareho at maganda. Kapag RS=0.25, mayroong bahagyang pagkalumbay sa weld; habang unti-unting tumataas ang ratio ng enerhiya ng beam (RS=0.5, 0.67 at 1.5), ang ibabaw ng weld ay pare-pareho at walang depresyon na nabuo; gayunpaman, kapag ang ratio ng enerhiya ng sinag ay tumaas pa ( RS=1.50, 2.00), ngunit may mga pagkalumbay sa ibabaw ng weld. Kapag ang beam energy ratio RS=0.25, 1.5 at 2, ang cross-sectional na hugis ng weld ay "wine glass-shaped"; kapag RS=0.50, 0.67 at 1, ang cross-sectional na hugis ng weld ay "hunnel-shaped". Kapag RS=4, hindi lamang mga bitak ang nabubuo sa ilalim ng weld, kundi pati na rin ang ilang mga pores ay nabuo sa gitna at ibabang bahagi ng weld. Kapag RS=2, lumalabas ang malalaking pores ng proseso sa loob ng weld, ngunit walang lumalabas na mga bitak. Kapag RS=0.5, 0.67 at 1.5, ang penetration depth P2 ng weld sa aluminum alloy side ay mas maliit, at ang cross-section ng weld ay mahusay na nabuo at walang malinaw na welding defects ang nabuo. Ang mga ito ay nagpapakita na ang beam energy ratio sa panahon ng parallel dual-beam laser welding ay mayroon ding mahalagang epekto sa weld penetration at welding defects.
Parallel beam – ang epekto ng beam spacing sa welding seam formation
Kapag ang laser power ay 2.8kW, ang welding speed ay 33mm/s, ang defocus amount ay 0mm, at ang beam energy ratio RS=0.67, baguhin ang beam spacing (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) para makuha ang weld surface morphology gaya ng ipinapakita ng larawan. Kapag d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, ang ibabaw ng weld ay makinis at patag, at maganda ang hugis; ang pattern ng fish scale ng weld ay regular at maganda, at walang nakikitang mga pores, bitak at iba pang mga depekto. Samakatuwid, sa ilalim ng apat na kondisyon ng puwang ng sinag, ang ibabaw ng hinang ay mahusay na nabuo. Bilang karagdagan, kapag d=2 mm, dalawang magkaibang welds ang nabuo, na nagpapakita na ang dalawang parallel na laser beam ay hindi na kumikilos sa isang molten pool, at hindi maaaring bumuo ng isang epektibong dual-beam laser hybrid welding. Kapag ang beam spacing ay 0.5mm, ang weld ay "funnel-shaped", ang penetration depth P2 ng weld sa aluminum alloy side ay 712.9 microns, at walang mga bitak, pores at iba pang mga depekto sa loob ng weld. Habang patuloy na tumataas ang beam spacing, ang lalim ng penetration P2 ng weld sa gilid ng aluminyo haluang metal ay bumababa nang malaki. Kapag ang beam spacing ay 1 mm, ang penetration depth ng weld sa aluminum alloy side ay 94.2 microns lamang. Habang tumataas ang pagitan ng beam, ang weld ay hindi bumubuo ng epektibong pagtagos sa gilid ng aluminyo na haluang metal. Samakatuwid, kapag ang beam spacing ay 0.5mm, ang double-beam recombination effect ay ang pinakamahusay. Habang tumataas ang beam spacing, bumababa nang husto ang welding heat input, at unti-unting lumalala ang two-beam laser recombination effect.
Ang pagkakaiba sa weld morphology ay sanhi ng magkakaibang daloy at paglamig ng solidification ng molten pool sa panahon ng proseso ng welding. Ang pamamaraan ng numerical simulation ay hindi lamang maaaring gawing mas intuitive ang pagsusuri ng stress ng molten pool, ngunit bawasan din ang gastos sa eksperimentong. Ipinapakita ng larawan sa ibaba ang mga pagbabago sa side melt pool na may iisang beam, iba't ibang kaayusan at spot spacing. Kabilang sa mga pangunahing konklusyon ang: (1) Sa panahon ng single-beamlaser weldingproseso, ang lalim ng tunaw na butas ng pool ay ang pinakamalalim, mayroong isang kababalaghan ng pagbagsak ng butas, ang butas sa dingding ay hindi regular, at ang pamamahagi ng field ng daloy malapit sa dingding ng butas ay hindi pantay; malapit sa likurang ibabaw ng molten pool Malakas ang reflow, at mayroong paitaas na reflow sa ilalim ng molten pool; ang pamamahagi ng field ng daloy ng surface molten pool ay medyo pare-pareho at mabagal, at ang lapad ng molten pool ay hindi pantay sa direksyon ng lalim. May kaguluhan na dulot ng wall recoil pressure sa molten pool sa pagitan ng maliliit na butas sa double-beamlaser welding, at palagi itong umiiral kasama ang lalim na direksyon ng maliliit na butas. Habang patuloy na tumataas ang distansya sa pagitan ng dalawang beam, unti-unting lumilipat ang density ng enerhiya ng beam mula sa isang peak patungo sa double peak state. Mayroong pinakamababang halaga sa pagitan ng dalawang peak, at unti-unting bumababa ang density ng enerhiya. (2) Para sa double-beamlaser welding, kapag ang spot spacing ay 0-0.5mm, ang lalim ng molten pool na maliliit na butas ay bumababa nang bahagya, at ang pangkalahatang pag-uugali ng molten pool flow ay katulad ng sa single-beamlaser welding; kapag ang puwang na puwang ay higit sa 1mm, ang maliliit na butas ay ganap na naghihiwalay, at sa panahon ng proseso ng hinang Halos walang interaksyon sa pagitan ng dalawang laser, na katumbas ng dalawang magkasunod/dalawang parallel na single-beam laser welding na may lakas na 1750W. Halos walang preheating effect, at ang molten pool flow ay katulad ng single-beam laser welding. (3) Kapag ang puwang ng puwang ay 0.5-1mm, ang ibabaw ng dingding ng maliliit na butas ay mas patag sa dalawang kaayusan, ang lalim ng maliliit na butas ay unti-unting bumababa, at ang ilalim ay unti-unting naghihiwalay. Ang gulo sa pagitan ng maliliit na butas at ang daloy ng ibabaw na tinunaw na pool ay nasa 0.8mm. Ang pinakamalakas. Para sa serial welding, ang haba ng molten pool ay unti-unting tumataas, ang lapad ay ang pinakamalaki kapag ang spot spacing ay 0.8mm, at ang preheating effect ay pinaka-halata kapag ang spot spacing ay 0.8mm. Ang epekto ng puwersa ng Marangoni ay unti-unting humihina, at mas maraming likidong metal ang dumadaloy sa magkabilang panig ng tinunaw na pool. Gawing mas pare-pareho ang melt width distribution. Para sa parallel welding, ang lapad ng molten pool ay unti-unting tumataas, at ang haba ay maximum sa 0.8mm, ngunit walang preheating effect; ang reflow malapit sa ibabaw na dulot ng puwersa ng Marangoni ay palaging umiiral, at ang pababang reflow sa ilalim ng maliit na butas ay unti-unting nawawala; ang cross-sectional flow field ay hindi kasing ganda ng Ito ay malakas sa serye, ang kaguluhan ay halos hindi nakakaapekto sa daloy sa magkabilang panig ng molten pool, at ang tunaw na lapad ay hindi pantay na ipinamamahagi.
Oras ng post: Okt-12-2023
