Kung ikukumpara sa tradisyonal na teknolohiya ng hinang,hinang gamit ang laseray may walang kapantay na mga bentahe sa katumpakan, kahusayan, pagiging maaasahan, automation at iba pang aspeto ng hinang. Sa mga nakaraang taon, mabilis itong umunlad sa mga larangan ng sasakyan, enerhiya, elektronika at iba pang larangan, at itinuturing na isa sa mga pinakapangakong teknolohiya sa pagmamanupaktura sa ika-21 siglo.
1. Pangkalahatang-ideya ng dobleng-beamhinang gamit ang laser
Dobleng sinaghinang gamit ang laseray ang paggamit ng mga optical na pamamaraan upang paghiwalayin ang parehong laser sa dalawang magkahiwalay na sinag ng liwanag para sa hinang, o ang paggamit ng dalawang magkaibang uri ng laser upang pagsamahin, tulad ng CO2 laser, Nd: YAG laser at high-power semiconductor laser. Lahat ay maaaring pagsamahin. Ito ay iminungkahi pangunahin upang malutas ang kakayahang umangkop ng laser welding sa katumpakan ng pagpupulong, mapabuti ang katatagan ng proseso ng hinang, at mapabuti ang kalidad ng hinang. Double-beamhinang gamit ang laserkayang i-adjust nang maginhawa at may kakayahang umangkop ang welding temperature field sa pamamagitan ng pagbabago ng beam energy ratio, beam spacing, at maging ang energy distribution pattern ng dalawang laser beam, na siyang nagpapalit ng existence pattern ng keyhole at flow pattern ng liquid metal sa molten pool. Nagbibigay ito ng mas malawak na pagpipilian ng mga proseso ng hinang. Hindi lamang ito may mga bentahe ng malakihinang gamit ang laserpagtagos, mabilis na bilis at mataas na katumpakan, ngunit angkop din para sa mga materyales at mga dugtungan na mahirap i-weld gamit ang mga kumbensyonalhinang gamit ang laser.
Para sa dobleng sinaghinang gamit ang laser, una nating tatalakayin 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. Partikular, ang isa ay nakakamit sa pamamagitan ng pagsasaayos ng anggulo at espasyo ng dalawang laser sa pamamagitan ng mga focusing mirror at collimating mirror. Ang isa pa ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng laser source at pagkatapos ay pag-focus sa pamamagitan ng mga reflecting mirror, transmissive mirror at wedge-shaped mirror upang makamit ang dual beam. Para sa unang paraan, mayroong pangunahing tatlong anyo. Ang unang anyo ay ang pagsasama ng dalawang laser sa pamamagitan ng optical fiber at paghahati sa mga ito sa dalawang magkaibang beam sa ilalim ng parehong collimating mirror at focusing mirror. Ang pangalawa ay ang dalawang laser ay naglalabas ng mga laser beam sa pamamagitan ng kani-kanilang mga welding head, at isang double beam ang nabubuo sa pamamagitan ng pagsasaayos ng spatial na posisyon ng mga welding head. Ang ikatlong paraan ay ang laser beam ay unang hinahati sa dalawang salamin 1 at 2, at pagkatapos ay i-focus ng dalawang focusing mirror 3 at 4 ayon sa pagkakabanggit. Ang posisyon at distansya sa pagitan ng dalawang focal spot ay maaaring isaayos sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga anggulo ng dalawang focusing mirror 3 at 4. Ang pangalawang paraan ay ang paggamit ng solid-state laser upang hatiin ang liwanag upang makamit ang dual beams, at ayusin ang anggulo at espasyo sa pamamagitan ng perspective mirror at focusing mirror. Ang huling dalawang larawan sa unang hanay sa ibaba ay nagpapakita ng spectroscopic system ng isang CO2 laser. Ang patag na salamin ay pinapalitan ng isang hugis-wedge na salamin at inilalagay sa harap ng focusing mirror upang hatiin ang liwanag upang makamit ang dual beam parallel na liwanag.
Matapos maunawaan ang implementasyon ng double beams, ating maikling ipakilala ang mga prinsipyo at pamamaraan ng hinang. Sa double-beamhinang gamit ang laserproseso, mayroong tatlong karaniwang kaayusan ng beam, katulad ng serial arrangement, parallel arrangement at hybrid arrangement. tela, ibig sabihin, mayroong distansya sa parehong direksyon ng hinang at sa patayong direksyon ng hinang. Gaya ng ipinapakita sa huling hanay ng pigura, ayon sa iba't ibang hugis ng maliliit na butas at mga tinunaw na pool na lumilitaw sa ilalim ng iba't ibang espasyo sa lugar habang isinasagawa ang serial welding, maaari pa silang hatiin sa mga single melts. Mayroong tatlong estado: pool, common molten pool at separated molten pool. Ang mga katangian ng single molten pool at separated molten pool ay katulad ng sa singlehinang gamit ang laser, gaya ng ipinapakita sa numerical simulation diagram. Mayroong iba't ibang epekto ng proseso para sa iba't ibang uri.
Uri 1: Sa ilalim ng isang partikular na espasyo sa pagitan ng mga spot, dalawang beam keyhole ang bumubuo ng isang karaniwang malaking keyhole sa iisang tunaw na pool; para sa uri 1, iniulat na ang isang sinag ng liwanag ay ginagamit upang lumikha ng isang maliit na butas, at ang isa pang sinag ng liwanag ay ginagamit para sa heat treatment ng hinang, na maaaring epektibong mapabuti ang mga katangiang istruktural ng high carbon steel at alloy steel.
Uri 2: Dagdagan ang pagitan ng mga spot sa iisang tinunaw na pool, paghiwalayin ang dalawang beam sa dalawang magkahiwalay na keyhole, at baguhin ang flow pattern ng tinunaw na pool; para sa uri 2, ang tungkulin nito ay katumbas ng dalawang electron beam welding, Binabawasan ang weld spatter at irregular welds sa naaangkop na focal length.
Uri 3: Dagdagan pa ang espasyo sa pagitan ng mga spot at baguhin ang ratio ng enerhiya ng dalawang beam, upang ang isa sa dalawang beam ay gamitin bilang pinagmumulan ng init upang maisagawa ang pre-welding o post-welding processing habang isinasagawa ang proseso ng hinang, at ang isa pang beam ay gamitin 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 hinang ay hindi madaling makagawa ng mga butas.
2. Ang impluwensya ng proseso ng hinang sa kalidad ng hinang
Epekto ng serial beam-energy ratio sa pagbuo ng welding seam
Kapag ang lakas ng laser ay 2kW, ang bilis ng hinang ay 45 mm/s, ang dami ng defocus ay 0mm, at ang pagitan ng beam ay 3 mm, ang hugis ng ibabaw ng hinang kapag binabago ang RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) ay gaya ng ipinapakita sa larawan. Kapag ang RS=0.50 at 2.00, ang hinang ay mas nabubulok, at mas maraming tumalsik sa gilid ng hinang, nang hindi bumubuo ng regular na mga pattern ng kaliskis ng isda. Ito ay dahil kapag ang ratio ng enerhiya ng beam ay masyadong maliit o masyadong malaki, ang enerhiya ng laser ay masyadong konsentrado, na nagiging sanhi ng mas matinding pag-oscillate ng pinhole ng laser habang isinasagawa ang proseso ng hinang, at ang presyon ng recoil ng singaw ay nagiging sanhi ng pagbuga at pagtalsik ng tinunaw na metal sa tinunaw na pool; ang labis na init na pumapasok ay nagiging sanhi ng labis na lalim ng pagtagos ng tinunaw na pool sa gilid ng aluminum alloy, na nagiging sanhi ng depresyon sa ilalim ng aksyon ng grabidad. Kapag ang RS=0.67 at 1.50, ang disenyo ng kaliskis ng isda sa ibabaw ng hinang ay pare-pareho, ang hugis ng hinang ay mas maganda, at walang nakikitang mga mainit na bitak, butas, at iba pang depekto sa hinang sa ibabaw ng hinang. Ang mga hugis ng cross-section ng mga hinang na may iba't ibang beam energy ratio ng RS ay tulad ng ipinapakita sa larawan. Ang cross-section ng mga hinang ay nasa tipikal na "hugis ng baso ng alak", na nagpapahiwatig na ang proseso ng hinang ay isinasagawa sa laser deep penetration welding mode. Ang RS ay may mahalagang impluwensya sa lalim ng pagtagos na P2 ng hinang sa gilid ng aluminum alloy. Kapag ang beam energy ratio na RS=0.5, ang P2 ay 1203.2 microns. Kapag ang beam energy ratio ay RS=0.67 at 1.5, ang P2 ay makabuluhang nababawasan, na 403.3 microns at 93.6 microns ayon sa pagkakabanggit. Kapag ang beam energy ratio ay RS=2, ang lalim ng pagtagos ng joint cross section ay 1151.6 microns.
Epekto ng parallel beam-energy ratio sa pagbuo ng welding seam
Kapag ang lakas ng laser ay 2.8kW, ang bilis ng hinang ay 33mm/s, ang dami ng defocus ay 0mm, at ang pagitan ng beam ay 1mm, ang ibabaw ng hinang ay nakukuha sa pamamagitan ng pagbabago ng ratio ng enerhiya ng beam (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). Ang hitsura ay ipinapakita sa pigura. Kapag ang RS=2, ang pattern ng kaliskis ng isda sa ibabaw ng hinang ay medyo iregular. Ang ibabaw ng hinang na nakuha ng iba pang limang magkakaibang ratio ng enerhiya ng beam ay maayos na nabuo, at walang nakikitang mga depekto tulad ng mga pores at pagtalsik. Samakatuwid, kumpara sa serial dual-beamhinang gamit ang laser, ang ibabaw ng hinang gamit ang parallel dual-beams ay mas pare-pareho at maganda. Kapag ang RS=0.25, mayroong bahagyang depresyon sa hinang; habang unti-unting tumataas ang beam energy ratio (RS=0.5, 0.67 at 1.5), ang ibabaw ng hinang ay pare-pareho at walang depresyon na nabubuo; gayunpaman, kapag ang beam energy ratio ay lalong tumataas (RS=1.50, 2.00), ngunit may mga depresyon sa ibabaw ng hinang. Kapag ang beam energy ratio na RS=0.25, 1.5 at 2, ang cross-sectional na hugis ng hinang ay "hugis-wine glass"; kapag ang RS=0.50, 0.67 at 1, ang cross-sectional na hugis ng hinang ay "hugis-funnel". Kapag ang RS=4, hindi lamang mga bitak ang nabubuo sa ilalim ng hinang, kundi pati na rin ang ilang mga butas sa gitna at ibabang bahagi ng hinang. Kapag ang RS=2, lumilitaw ang malalaking butas ng proseso sa loob ng hinang, ngunit walang mga bitak na lumilitaw. Kapag ang RS=0.5, 0.67 at 1.5, ang lalim ng pagtagos na P2 ng hinang sa gilid ng aluminum alloy ay mas maliit, at ang cross-section ng hinang ay maayos na nabuo at walang halatang depekto sa hinang ang nabubuo. Ipinapakita nito na ang beam energy ratio sa panahon ng parallel dual-beam laser welding ay mayroon ding mahalagang epekto sa pagtagos ng hinang at mga depekto sa hinang.
Parallel beam – ang epekto ng pagitan ng beam sa pagbuo ng welding seam
Kapag ang lakas ng laser ay 2.8kW, ang bilis ng hinang ay 33mm/s, ang dami ng defocus ay 0mm, at ang beam energy ratio na RS=0.67, baguhin ang beam spacing (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) upang makuha ang morpolohiya ng ibabaw ng hinang gaya ng ipinapakita sa larawan. Kapag ang d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, ang ibabaw ng hinang ay makinis at patag, at maganda ang hugis; ang pattern ng kaliskis ng isda ng hinang ay regular at maganda, at walang nakikitang mga butas, bitak at iba pang mga depekto. Samakatuwid, sa ilalim ng apat na kondisyon ng espasyo ng sinag, ang ibabaw ng hinang ay mahusay na nabuo. Bukod pa rito, kapag ang d=2 mm, dalawang magkaibang hinang ang nabubuo, na nagpapakita na ang dalawang parallel laser beam ay hindi na kumikilos sa isang tunaw na pool, at hindi maaaring bumuo ng isang epektibong dual-beam laser hybrid welding. Kapag ang pagitan ng beam ay 0.5mm, ang weld ay hugis-funnel, ang lalim ng pagtagos na P2 ng weld sa gilid ng aluminum alloy ay 712.9 microns, at walang mga bitak, butas, at iba pang depekto sa loob ng weld. Habang patuloy na tumataas ang pagitan ng beam, ang lalim ng pagtagos na P2 ng weld sa gilid ng aluminum alloy ay bumababa nang malaki. Kapag ang pagitan ng beam ay 1 mm, ang lalim ng pagtagos ng weld sa gilid ng aluminum alloy ay 94.2 microns lamang. Habang tumataas ang pagitan ng beam, ang weld ay hindi bumubuo ng epektibong pagtagos sa gilid ng aluminum alloy. Samakatuwid, kapag ang pagitan ng beam ay 0.5mm, ang epekto ng double-beam recombination ang pinakamahusay. Habang tumataas ang pagitan ng beam, ang init na pumapasok sa hinang ay biglang bumababa, at ang epekto ng two-beam laser recombination ay unti-unting lumalala.
Ang pagkakaiba sa morpolohiya ng hinang ay sanhi ng magkakaibang daloy at paglamig ng solidification ng tinunaw na pool habang isinasagawa ang proseso ng hinang. Ang numerical simulation method ay hindi lamang maaaring gawing mas madaling maunawaan ang stress analysis ng tinunaw na pool, kundi pati na rin mabawasan ang gastos sa eksperimento. Ipinapakita ng larawan sa ibaba ang mga pagbabago sa side melt pool na may iisang beam, magkakaibang pagkakaayos at spot spacing. Kabilang sa mga pangunahing konklusyon ang: (1) Habang isinasagawa ang single-beamhinang gamit ang laserSa proseso, ang lalim ng butas ng tinunaw na pool ay ang pinakamalalim, mayroong isang penomeno ng pagguho ng butas, ang dingding ng butas ay hindi regular, at ang distribusyon ng flow field malapit sa dingding ng butas ay hindi pantay; malapit sa likurang ibabaw ng tinunaw na pool ay malakas ang reflow, at mayroong pataas na reflow sa ilalim ng tinunaw na pool; ang distribusyon ng flow field ng ibabaw ng tinunaw na pool ay medyo pare-pareho at mabagal, at ang lapad ng tinunaw na pool ay hindi pantay sa direksyon ng lalim. Mayroong kaguluhan na dulot ng presyon ng recoil ng dingding sa tinunaw na pool sa pagitan ng maliliit na butas sa double-beam.hinang gamit ang laser, at palagi itong umiiral sa direksyon ng lalim ng maliliit na butas. Habang patuloy na tumataas ang distansya sa pagitan ng dalawang beam, ang energy density ng beam ay unti-unting lumilipat mula sa iisang peak patungo sa isang double peak state. Mayroong minimum na halaga sa pagitan ng dalawang peak, at ang energy density ay unti-unting bumababa. (2) Para sa double-beamhinang gamit ang laser, kapag ang pagitan ng mga spot ay 0-0.5mm, ang lalim ng maliliit na butas ng tinunaw na pool ay bahagyang nababawasan, at ang pangkalahatang pag-uugali ng daloy ng tinunaw na pool ay katulad ng sa single-beamhinang gamit ang laser; kapag ang espasyo sa pagitan ng mga butas ay higit sa 1mm, ang maliliit na butas ay ganap na naghihiwalay, at sa panahon ng proseso ng hinang ay 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 pag-uugali ng daloy ng tinunaw na pool ay katulad ng sa single-beam laser welding. (3) Kapag ang espasyo sa pagitan ng mga butas ay 0.5-1mm, ang ibabaw ng dingding ng maliliit na butas ay mas patag sa dalawang pagkakaayos, ang lalim ng maliliit na butas ay unti-unting nababawasan, at ang ilalim ay unti-unting naghihiwalay. Ang kaguluhan sa pagitan ng maliliit na butas at ng daloy ng ibabaw ng tinunaw na pool ay nasa 0.8mm. Ang pinakamalakas. Para sa serial welding, ang haba ng tinunaw na pool ay unti-unting tumataas, ang lapad ay pinakamalaki kapag ang espasyo sa pagitan ng mga butas ay 0.8mm, at ang preheating effect ay pinakahalata kapag ang espasyo sa pagitan ng mga butas 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. Ginagawang mas pare-pareho ang distribusyon ng lapad ng tinunaw. Para sa parallel welding, ang lapad ng tinunaw na pool ay unti-unting tumataas, at ang haba ay pinakamataas 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 kasinghusay ng malakas nito sa serye, ang kaguluhan ay halos hindi nakakaapekto sa daloy sa magkabilang panig ng tinunaw na pool, at ang tinunaw na lapad ay hindi pantay na ipinamamahagi.
Oras ng pag-post: Oktubre-12-2023
