Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία συγκόλλησης,συγκόλληση με λέιζερέχει απαράμιλλα πλεονεκτήματα στην ακρίβεια συγκόλλησης, την αποτελεσματικότητα, την αξιοπιστία, τον αυτοματισμό και άλλες πτυχές. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί ραγδαία στους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας, της ενέργειας, των ηλεκτρονικών και άλλων τομέων και θεωρείται μια από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογίες κατασκευής του 21ου αιώνα.
1. Επισκόπηση διπλής δέσμηςσυγκόλληση με λέιζερ
Διπλό δοκάρισυγκόλληση με λέιζερείναι η χρήση οπτικών μεθόδων για τον διαχωρισμό του ίδιου λέιζερ σε δύο ξεχωριστές δέσμες φωτός για συγκόλληση ή η χρήση δύο διαφορετικών τύπων λέιζερ για συνδυασμό, όπως λέιζερ CO2, Nd: λέιζερ YAG και λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος. Όλα μπορούν να συνδυαστούν. Προτάθηκε κυρίως για την επίλυση της προσαρμοστικότητας της συγκόλλησης με λέιζερ στην ακρίβεια συναρμολόγησης, τη βελτίωση της σταθερότητας της διαδικασίας συγκόλλησης και τη βελτίωση της ποιότητας της συγκόλλησης. Διπλό δοκάρισυγκόλληση με λέιζερμπορεί άνετα και ευέλικτα να προσαρμόσει το πεδίο θερμοκρασίας συγκόλλησης αλλάζοντας την αναλογία ενέργειας δέσμης, την απόσταση δέσμης, ακόμη και το σχέδιο κατανομής ενέργειας των δύο ακτίνων λέιζερ, αλλάζοντας το μοτίβο ύπαρξης της κλειδαρότρυπας και το σχέδιο ροής του υγρού μετάλλου στη λιωμένη λίμνη. Παρέχει μια ευρύτερη επιλογή διαδικασιών συγκόλλησης. Δεν έχει μόνο τα πλεονεκτήματα του μεγάλουσυγκόλληση με λέιζερδιείσδυση, γρήγορη ταχύτητα και υψηλή ακρίβεια, αλλά είναι επίσης κατάλληλο για υλικά και αρμούς που είναι δύσκολο να συγκολληθούν με συμβατικάσυγκόλληση με λέιζερ.
Για διπλή δοκόσυγκόλληση με λέιζερ, αρχικά συζητάμε τις μεθόδους υλοποίησης του λέιζερ διπλής δέσμης. Η εκτενής βιβλιογραφία δείχνει ότι υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για να επιτευχθεί συγκόλληση διπλής δέσμης: εστίαση μετάδοσης και εστίαση ανάκλασης. Συγκεκριμένα, το ένα επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση της γωνίας και της απόστασης δύο λέιζερ μέσω κατόπτρων εστίασης και καθρεφτών παραλληλισμού. Το άλλο επιτυγχάνεται με τη χρήση μιας πηγής λέιζερ και, στη συνέχεια, την εστίαση μέσω ανακλαστικών καθρεφτών, καθρεπτών μετάδοσης και σφηνοειδών καθρεφτών για την επίτευξη διπλής δέσμης. Για την πρώτη μέθοδο, υπάρχουν κυρίως τρεις μορφές. Η πρώτη μορφή είναι η σύζευξη δύο λέιζερ μέσω οπτικών ινών και ο διαχωρισμός τους σε δύο διαφορετικές δέσμες κάτω από τον ίδιο καθρέφτη ευθυγράμμισης και τον ίδιο καθρέφτη εστίασης. Το δεύτερο είναι ότι δύο λέιζερ εξάγουν δέσμες λέιζερ μέσω των αντίστοιχων κεφαλών συγκόλλησης και σχηματίζεται μια διπλή δέσμη ρυθμίζοντας τη χωρική θέση των κεφαλών συγκόλλησης. Η τρίτη μέθοδος είναι ότι η δέσμη λέιζερ αρχικά χωρίζεται σε δύο κάτοπτρα 1 και 2 και στη συνέχεια εστιάζεται από δύο εστιαζόμενους καθρέφτες 3 και 4 αντίστοιχα. Η θέση και η απόσταση μεταξύ των δύο εστιακών σημείων μπορεί να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας τις γωνίες των δύο κατόπτρων εστίασης 3 και 4. Η δεύτερη μέθοδος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα λέιζερ στερεάς κατάστασης για να χωρίσετε το φως για να επιτύχετε διπλές δέσμες και να ρυθμίσετε τη γωνία και τη γωνία και απόσταση μέσα από έναν προοπτικό καθρέφτη και έναν καθρέφτη εστίασης. Οι δύο τελευταίες εικόνες στην πρώτη σειρά παρακάτω δείχνουν το φασματοσκοπικό σύστημα ενός λέιζερ CO2. Ο επίπεδος καθρέφτης αντικαθίσταται με έναν καθρέφτη σε σχήμα σφήνας και τοποθετείται μπροστά από τον καθρέφτη εστίασης για να χωρίσει το φως για να επιτευχθεί παράλληλο φως διπλής δέσμης.
Αφού κατανοήσουμε την εφαρμογή των διπλών δοκών, ας εισαγάγουμε εν συντομία τις αρχές και τις μεθόδους συγκόλλησης. Στο διπλό δοκάρισυγκόλληση με λέιζερδιαδικασία, υπάρχουν τρεις κοινές διατάξεις δέσμης, δηλαδή σειριακή διάταξη, παράλληλη διάταξη και υβριδική διάταξη. πανί, δηλαδή υπάρχει απόσταση και στην κατεύθυνση της συγκόλλησης και στην κατακόρυφη διεύθυνση συγκόλλησης. Όπως φαίνεται στην τελευταία σειρά του σχήματος, ανάλογα με τα διαφορετικά σχήματα μικρών οπών και λιμνών που εμφανίζονται κάτω από διαφορετικές αποστάσεις κατά τη διαδικασία της σειριακής συγκόλλησης, μπορούν να χωριστούν περαιτέρω σε μεμονωμένα τήγματα. Υπάρχουν τρεις καταστάσεις: πισίνα, κοινή λιωμένη δεξαμενή και διαχωρισμένη λιμωμένη πισίνα. Τα χαρακτηριστικά της μονής λιμωμένης πισίνας και της διαχωρισμένης λιμωμένης δεξαμενής είναι παρόμοια με εκείνα της απλήςσυγκόλληση με λέιζερ, όπως φαίνεται στο διάγραμμα αριθμητικής προσομοίωσης. Υπάρχουν διαφορετικά εφέ διαδικασίας για διαφορετικούς τύπους.
Τύπος 1: Κάτω από ένα συγκεκριμένο σημείο απόστασης, δύο κλειδαρότρυπες δοκών σχηματίζουν μια κοινή μεγάλη κλειδαρότρυπα στην ίδια λιωμένη πισίνα. για τον τύπο 1, αναφέρεται ότι μια δέσμη φωτός χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας μικρής οπής και η άλλη δέσμη φωτός χρησιμοποιείται για θερμική επεξεργασία συγκόλλησης, η οποία μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τις δομικές ιδιότητες του χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και του κράματος χάλυβα.
Τύπος 2: Αυξήστε την απόσταση των σημείων στην ίδια δεξαμενή λιωμένου, διαχωρίστε τις δύο δοκούς σε δύο ανεξάρτητες κλειδαρότρυπες και αλλάξτε το σχέδιο ροής της λιμνής δεξαμενής. για τον τύπο 2, η λειτουργία του είναι ισοδύναμη με συγκόλληση με δύο δέσμες ηλεκτρονίων, Μειώνει το πιτσίλισμα και τις ακανόνιστες συγκολλήσεις στην κατάλληλη εστιακή απόσταση.
Τύπος 3: Αυξήστε περαιτέρω την απόσταση των σημείων και αλλάξτε την αναλογία ενέργειας των δύο δοκών, έτσι ώστε η μία από τις δύο δέσμες να χρησιμοποιείται ως πηγή θερμότητας για την εκτέλεση επεξεργασίας πριν ή μετά τη συγκόλληση κατά τη διαδικασία συγκόλλησης και η άλλη δέσμη χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μικρών οπών. Για τον τύπο 3, η μελέτη διαπίστωσε ότι οι δύο δοκοί σχηματίζουν μια κλειδαρότρυπα, η μικρή τρύπα δεν είναι εύκολο να καταρρεύσει και η συγκόλληση δεν είναι εύκολο να δημιουργήσει πόρους.
2. Η επίδραση της διαδικασίας συγκόλλησης στην ποιότητα της συγκόλλησης
Επίδραση του σειριακού λόγου δοκού-ενέργειας στο σχηματισμό ραφών συγκόλλησης
Όταν η ισχύς λέιζερ είναι 2 kW, η ταχύτητα συγκόλλησης είναι 45 mm/s, η ποσότητα αποεστίασης είναι 0 mm και η απόσταση δέσμης είναι 3 mm, το σχήμα της επιφάνειας συγκόλλησης κατά την αλλαγή RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) είναι όπως φαίνεται στο σχήμα. Όταν RS=0,50 και 2,00, η συγκόλληση έχει βαθουλώματα σε μεγαλύτερο βαθμό και υπάρχει περισσότερο πιτσίλισμα στην άκρη της συγκόλλησης, χωρίς να σχηματίζονται κανονικά μοτίβα λέπια ψαριού. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν ο λόγος ενέργειας της δέσμης είναι πολύ μικρός ή πολύ μεγάλος, η ενέργεια του λέιζερ είναι πολύ συγκεντρωμένη, με αποτέλεσμα η οπή λέιζερ να ταλαντώνεται πιο σοβαρά κατά τη διαδικασία συγκόλλησης και η πίεση ανάκρουσης του ατμού προκαλεί την εκτόξευση και το πιτσίλισμα του τηγμένου μέταλλο πισίνας στη λιωμένη πισίνα. Η υπερβολική εισροή θερμότητας κάνει το βάθος διείσδυσης της λιωμένης πισίνας στην πλευρά του κράματος αλουμινίου να είναι πολύ μεγάλο, προκαλώντας ύφεση υπό τη δράση της βαρύτητας. Όταν RS=0,67 και 1,50, το σχέδιο αλάτων ψαριού στην επιφάνεια συγκόλλησης είναι ομοιόμορφο, το σχήμα συγκόλλησης είναι πιο όμορφο και δεν υπάρχουν ορατές θερμές ρωγμές συγκόλλησης, πόροι και άλλα ελαττώματα συγκόλλησης στην επιφάνεια συγκόλλησης. Τα σχήματα διατομής των συγκολλήσεων με διαφορετικούς λόγους ενέργειας δέσμης RS είναι όπως φαίνεται στο σχήμα. Η διατομή των συγκολλήσεων είναι σε τυπικό «σχήμα ποτηριού κρασιού», υποδεικνύοντας ότι η διαδικασία συγκόλλησης πραγματοποιείται σε λειτουργία συγκόλλησης βαθιάς διείσδυσης με λέιζερ. Το RS έχει σημαντική επίδραση στο βάθος διείσδυσης P2 της συγκόλλησης στην πλευρά του κράματος αλουμινίου. Όταν ο λόγος ενέργειας δέσμης RS=0,5, το P2 είναι 1203,2 μικρά. Όταν ο λόγος ενέργειας της δέσμης είναι RS=0,67 και 1,5, το P2 μειώνεται σημαντικά, που είναι 403,3 μικρά και 93,6 μικρά αντίστοιχα. Όταν ο λόγος ενέργειας της δέσμης είναι RS=2, το βάθος διείσδυσης συγκόλλησης της διατομής της άρθρωσης είναι 1151,6 μικρά.
Επίδραση του λόγου παράλληλης δοκού-ενέργειας στο σχηματισμό ραφών συγκόλλησης
Όταν η ισχύς του λέιζερ είναι 2,8 kW, η ταχύτητα συγκόλλησης είναι 33 mm/s, η ποσότητα αποεστίασης είναι 0 mm και η απόσταση δέσμης είναι 1 mm, η επιφάνεια συγκόλλησης προκύπτει με αλλαγή του λόγου ενέργειας δέσμης (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Η εμφάνιση φαίνεται στο σχήμα. Όταν RS=2, το σχέδιο αλάτων ψαριού στην επιφάνεια της συγκόλλησης είναι σχετικά ακανόνιστο. Η επιφάνεια της συγκόλλησης που προκύπτει από τις άλλες πέντε διαφορετικές αναλογίες ενέργειας δέσμης είναι καλά σχηματισμένη και δεν υπάρχουν ορατά ελαττώματα όπως πόροι και πιτσίλισμα. Επομένως, σε σύγκριση με τη σειριακή διπλή δέσμησυγκόλληση με λέιζερ, η επιφάνεια συγκόλλησης που χρησιμοποιεί παράλληλες διπλές δοκούς είναι πιο ομοιόμορφη και όμορφη. Όταν RS=0,25, υπάρχει μια ελαφριά υποβάθμιση στη συγκόλληση. Καθώς η αναλογία ενέργειας της δέσμης αυξάνεται σταδιακά (RS=0,5, 0,67 και 1,5), η επιφάνεια της συγκόλλησης είναι ομοιόμορφη και δεν σχηματίζεται βαθούλωμα. Ωστόσο, όταν ο λόγος ενέργειας της δέσμης αυξάνεται περαιτέρω (RS=1,50, 2,00), αλλά υπάρχουν κοιλότητες στην επιφάνεια της συγκόλλησης. Όταν η αναλογία ενέργειας δέσμης RS=0,25, 1,5 και 2, το σχήμα της διατομής της συγκόλλησης έχει «σχήμα γυαλιού κρασιού». όταν RS=0,50, 0,67 και 1, το σχήμα της διατομής της συγκόλλησης έχει σχήμα χοάνης. Όταν RS=4, δεν δημιουργούνται μόνο ρωγμές στο κάτω μέρος της συγκόλλησης, αλλά και ορισμένοι πόροι δημιουργούνται στο μεσαίο και κάτω μέρος της συγκόλλησης. Όταν RS=2, εμφανίζονται μεγάλοι πόροι διεργασίας μέσα στη συγκόλληση, αλλά δεν εμφανίζονται ρωγμές. Όταν RS=0,5, 0,67 και 1,5, το βάθος διείσδυσης P2 της συγκόλλησης στην πλευρά του κράματος αλουμινίου είναι μικρότερο και η διατομή της συγκόλλησης είναι καλά διαμορφωμένη και δεν σχηματίζονται εμφανή ελαττώματα συγκόλλησης. Αυτά δείχνουν ότι η αναλογία ενέργειας δέσμης κατά τη διάρκεια της παράλληλης συγκόλλησης με λέιζερ διπλής δέσμης έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στη διείσδυση και στα ελαττώματα συγκόλλησης.
Παράλληλη δοκός – η επίδραση της απόστασης των δοκών στο σχηματισμό ραφών συγκόλλησης
Όταν η ισχύς λέιζερ είναι 2,8 kW, η ταχύτητα συγκόλλησης είναι 33 mm/s, η ποσότητα αποεστίασης είναι 0 mm και ο λόγος ενέργειας δέσμης RS=0,67, αλλάξτε την απόσταση δέσμης (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) για να λάβετε τη μορφολογία της επιφάνειας συγκόλλησης όπως φαίνεται στην εικόνα. Όταν d=0,5mm, 1mm, 1,5mm, 2mm, η επιφάνεια της συγκόλλησης είναι λεία και επίπεδη και το σχήμα είναι όμορφο. το σχέδιο αλάτων ψαριού της συγκόλλησης είναι κανονικό και όμορφο και δεν υπάρχουν ορατοί πόροι, ρωγμές και άλλα ελαττώματα. Επομένως, υπό τις τέσσερις συνθήκες απόστασης δοκών, η επιφάνεια συγκόλλησης είναι καλά διαμορφωμένη. Επιπλέον, όταν d=2 mm, σχηματίζονται δύο διαφορετικές συγκολλήσεις, γεγονός που δείχνει ότι οι δύο παράλληλες δέσμες λέιζερ δεν δρουν πλέον σε μια λιωμένη δεξαμενή και δεν μπορούν να σχηματίσουν μια αποτελεσματική υβριδική συγκόλληση με λέιζερ διπλής δέσμης. Όταν η απόσταση της δοκού είναι 0,5 mm, η συγκόλληση έχει «σχήμα χοάνης», το βάθος διείσδυσης P2 της συγκόλλησης στην πλευρά του κράματος αλουμινίου είναι 712,9 μικρά και δεν υπάρχουν ρωγμές, πόροι και άλλα ελαττώματα μέσα στη συγκόλληση. Καθώς η απόσταση των δοκών συνεχίζει να αυξάνεται, το βάθος διείσδυσης P2 της συγκόλλησης στην πλευρά του κράματος αλουμινίου μειώνεται σημαντικά. Όταν η απόσταση της δοκού είναι 1 mm, το βάθος διείσδυσης της συγκόλλησης στην πλευρά του κράματος αλουμινίου είναι μόνο 94,2 μικρά. Καθώς η απόσταση των δοκών αυξάνεται περαιτέρω, η συγκόλληση δεν σχηματίζει αποτελεσματική διείσδυση στην πλευρά του κράματος αλουμινίου. Επομένως, όταν η απόσταση δέσμης είναι 0,5 mm, το εφέ ανασυνδυασμού διπλής δέσμης είναι το καλύτερο. Καθώς η απόσταση της δέσμης αυξάνεται, η εισροή θερμότητας συγκόλλησης μειώνεται απότομα και το φαινόμενο ανασυνδυασμού λέιζερ δύο ακτίνων σταδιακά χειροτερεύει.
Η διαφορά στη μορφολογία της συγκόλλησης προκαλείται από τη διαφορετική ροή και στερεοποίηση ψύξης της λιωμένης δεξαμενής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης. Η μέθοδος αριθμητικής προσομοίωσης μπορεί όχι μόνο να κάνει την ανάλυση τάσεων της λιωμένης δεξαμενής πιο διαισθητική, αλλά και να μειώσει το πειραματικό κόστος. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τις αλλαγές στην πλαϊνή δεξαμενή τήξης με μια ενιαία δοκό, διαφορετικές διατάξεις και απόσταση σημείων. Τα κύρια συμπεράσματα περιλαμβάνουν: (1) Κατά τη διάρκεια της μονής δοκούσυγκόλληση με λέιζερδιαδικασία, το βάθος της λιωμένης οπής της πισίνας είναι το βαθύτερο, υπάρχει ένα φαινόμενο κατάρρευσης της τρύπας, το τοίχωμα της οπής είναι ακανόνιστο και η κατανομή του πεδίου ροής κοντά στο τοίχωμα της οπής είναι ανομοιόμορφη. κοντά στην πίσω επιφάνεια της λιμωμένης πισίνας Η επαναροή είναι ισχυρή και υπάρχει προς τα πάνω ροή στο κάτω μέρος της λιμωμένης πισίνας. η κατανομή του πεδίου ροής της επιφανειακής λιμωμένης δεξαμενής είναι σχετικά ομοιόμορφη και αργή, και το πλάτος της λιωμένης δεξαμενής είναι ανομοιόμορφο κατά την κατεύθυνση του βάθους. Υπάρχει διαταραχή που προκαλείται από την πίεση ανάκρουσης του τοιχώματος στη λιωμένη λίμνη μεταξύ των μικρών οπών στη διπλή δοκόσυγκόλληση με λέιζερ, και υπάρχει πάντα κατά την κατεύθυνση του βάθους των μικρών οπών. Καθώς η απόσταση μεταξύ των δύο δεσμών συνεχίζει να αυξάνεται, η ενεργειακή πυκνότητα της δέσμης μεταβαίνει σταδιακά από μια μονή κορυφή σε μια κατάσταση διπλής κορυφής. Υπάρχει μια ελάχιστη τιμή μεταξύ των δύο κορυφών και η ενεργειακή πυκνότητα μειώνεται σταδιακά. (2) Για διπλή δοκόσυγκόλληση με λέιζερ, όταν η απόσταση των κηλίδων είναι 0-0,5 χιλιοστά, το βάθος των μικρών οπών της λιμωμένης πισίνας μειώνεται ελαφρώς και η συνολική συμπεριφορά ροής της λιμωμένης πισίνας είναι παρόμοια με αυτή της μονής δοκούσυγκόλληση με λέιζερ; όταν η απόσταση μεταξύ των σημείων είναι μεγαλύτερη από 1 mm, οι μικρές οπές διαχωρίζονται πλήρως και κατά τη διαδικασία συγκόλλησης δεν υπάρχει σχεδόν καμία αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο λέιζερ, κάτι που ισοδυναμεί με δύο διαδοχικές/δύο παράλληλες συγκολλήσεις λέιζερ μονής δέσμης ισχύος 1750W. Δεν υπάρχει σχεδόν κανένα αποτέλεσμα προθέρμανσης και η συμπεριφορά ροής λιωμένης λίμνης είναι παρόμοια με αυτή της συγκόλλησης με λέιζερ μονής δέσμης. (3) Όταν η απόσταση των σημείων είναι 0,5-1 mm, η επιφάνεια του τοίχου των μικρών οπών είναι πιο επίπεδη στις δύο διατάξεις, το βάθος των μικρών οπών σταδιακά μειώνεται και ο πυθμένας σταδιακά διαχωρίζεται. Η διαταραχή μεταξύ των μικρών οπών και η ροή της επιφανειακής λιωμένης πισίνας είναι στα 0,8mm. Το πιο δυνατό. Για τη σειριακή συγκόλληση, το μήκος της λιωμένης δεξαμενής αυξάνεται σταδιακά, το πλάτος είναι το μεγαλύτερο όταν η απόσταση κηλίδων είναι 0,8 mm και το αποτέλεσμα προθέρμανσης είναι πιο εμφανές όταν η απόσταση κηλίδων είναι 0,8 mm. Η επίδραση της δύναμης Marangoni σταδιακά εξασθενεί και περισσότερο μεταλλικό υγρό ρέει και στις δύο πλευρές της λιωμένης λίμνης. Κάντε την κατανομή του πλάτους του τήγματος πιο ομοιόμορφη. Για παράλληλη συγκόλληση, το πλάτος της λιωμένης δεξαμενής αυξάνεται σταδιακά και το μήκος είναι μέγιστο στα 0,8 mm, αλλά δεν υπάρχει αποτέλεσμα προθέρμανσης. Η επαναρροή κοντά στην επιφάνεια που προκαλείται από τη δύναμη Marangoni υπάρχει πάντα και η προς τα κάτω επαναροή στο κάτω μέρος της μικρής τρύπας σταδιακά εξαφανίζεται. το πεδίο ροής διατομής δεν είναι τόσο καλό όσο Είναι ισχυρό σε σειρά, η διαταραχή δεν επηρεάζει σχεδόν καθόλου τη ροή και στις δύο πλευρές της λιωμένης δεξαμενής και το πλάτος του λιωμένου κατανέμεται άνισα.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-12-2023
