Geleneksel kaynak teknolojisiyle karşılaştırıldığında,lazer kaynakkaynak doğruluğu, verimlilik, güvenilirlik, otomasyon ve diğer yönlerde benzersiz avantajlara sahiptir. Son yıllarda otomobil, enerji, elektronik ve diğer alanlarda hızla gelişerek 21. yüzyılın en umut verici imalat teknolojilerinden biri olarak değerlendirilmektedir.
1. Çift kirişe genel bakışlazer kaynak
Çift ışınlazer kaynakkaynak yapmak için aynı lazeri iki ayrı ışık ışınına ayırmak için optik yöntemler kullanmak veya CO2 lazer, Nd: YAG lazer ve yüksek güçlü yarı iletken lazer gibi iki farklı lazer türünü birleştirmek için kullanmaktır. Hepsi birleştirilebilir. Esas olarak lazer kaynağının montaj doğruluğuna uyarlanabilirliğini çözmek, kaynak işleminin stabilitesini arttırmak ve kaynağın kalitesini iyileştirmek önerildi. Çift ışınlazer kaynakışın enerji oranını, ışın aralığını ve hatta iki lazer ışınının enerji dağılım düzenini değiştirerek, anahtar deliğinin varoluş düzenini ve erimiş havuzdaki sıvı metalin akış düzenini değiştirerek kaynak sıcaklığı alanını rahat ve esnek bir şekilde ayarlayabilir. Daha geniş kaynak prosesi seçeneği sunar. Sadece büyük avantajlara sahip değillazer kaynaknüfuz etme, hızlı hız ve yüksek hassasiyet, ancak aynı zamanda geleneksel yöntemlerle kaynak yapılması zor olan malzemeler ve bağlantılar için de uygundur.lazer kaynak.
Çift ışın içinlazer kaynakÖncelikle çift ışınlı lazerin uygulama yöntemlerini tartışıyoruz. Kapsamlı literatür, çift ışın kaynağı elde etmenin iki ana yolu olduğunu göstermektedir: iletim odaklaması ve yansıma odaklaması. Spesifik olarak, odaklanan aynalar ve yön veren aynalar aracılığıyla iki lazerin açısını ve aralığını ayarlayarak bir çözüm elde edilir. Diğeri ise bir lazer kaynağı kullanılarak ve daha sonra çift ışın elde etmek için yansıtıcı aynalar, geçirgen aynalar ve kama şeklindeki aynalar aracılığıyla odaklanılarak elde edilir. İlk yöntem için esas olarak üç form vardır. İlk biçim, iki lazeri optik fiberler aracılığıyla bağlamak ve bunları aynı yönlendirici ayna ve odaklama aynası altında iki farklı ışına bölmektir. İkincisi, iki lazerin ilgili kaynak kafaları aracılığıyla lazer ışınları çıkarması ve kaynak kafalarının uzaysal konumu ayarlanarak çift ışın oluşturulmasıdır. Üçüncü yöntem, lazer ışınının önce iki aynaya (1 ve 2) bölünmesi ve daha sonra sırasıyla iki odaklama aynası (3 ve 4) tarafından odaklanmasıdır. İki odak noktası arasındaki konum ve mesafe, iki odaklama aynasının (3 ve 4) açıları ayarlanarak ayarlanabilir. İkinci yöntem, çift ışın elde etmek için ışığı bölmek üzere katı hal lazeri kullanmak ve açıyı ve açıyı ayarlamaktır. bir perspektif aynası ve bir odaklama aynası arasındaki mesafe. Aşağıdaki ilk satırdaki son iki resim CO2 lazerin spektroskopik sistemini göstermektedir. Düz ayna, kama şeklinde bir aynayla değiştirildi ve çift ışınlı paralel ışık elde etmek için ışığı bölmek üzere odaklama aynasının önüne yerleştirildi.
Çift kirişin uygulamasını anladıktan sonra kaynak prensip ve yöntemlerini kısaca tanıtalım. Çift ışındalazer kaynakProseste üç ortak ışın düzenlemesi vardır: seri düzenleme, paralel düzenleme ve hibrit düzenleme. yani hem kaynak yönünde hem de kaynak dikey yönünde mesafe vardır. Şeklin son satırında görüldüğü gibi seri kaynak işlemi sırasında farklı nokta aralıklarında ortaya çıkan küçük deliklerin ve eriyik havuzlarının farklı şekillerine göre tekli eriyiklere de bölünebilirler. Üç durum vardır: havuz, ortak erimiş havuz ve ayrılmış erimiş havuz. Tekli eriyik havuzunun ve ayrılmış eriyik havuzunun özellikleri, tekli eriyik havuzunun özellikleriyle benzerdir.lazer kaynaksayısal simülasyon diyagramında gösterildiği gibi. Farklı türler için farklı süreç etkileri vardır.
Tip 1: Belirli bir nokta aralığı altında, iki ışın anahtar deliği aynı eriyik havuzunda ortak bir büyük anahtar deliği oluşturur; Tip 1 için, bir ışık ışınının küçük bir delik oluşturmak için kullanıldığı ve diğer ışık ışınının, yüksek karbonlu çelik ve alaşımlı çeliğin yapısal özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirebilen kaynak ısıl işlemi için kullanıldığı rapor edilmiştir.
Tip 2: Aynı erimiş havuzdaki nokta aralığını artırın, iki ışını iki bağımsız anahtar deliğine ayırın ve erimiş havuzun akış düzenini değiştirin; tip 2 için işlevi iki elektron ışınlı kaynağa eşdeğerdir. Uygun odak uzaklığında kaynak sıçramasını ve düzensiz kaynakları azaltır.
Tip 3: Nokta aralığını daha da artırın ve iki ışının enerji oranını değiştirin, böylece iki ışından biri kaynak işlemi sırasında kaynak öncesi veya kaynak sonrası işlemleri gerçekleştirmek için ısı kaynağı olarak kullanılır ve diğer ışın küçük delikler oluşturmak için kullanılır. Tip 3 için çalışma, iki kirişin bir anahtar deliği oluşturduğunu, küçük deliğin çökmesinin kolay olmadığını ve kaynağın gözenek oluşturmasının kolay olmadığını buldu.
2. Kaynak işleminin kaynak kalitesine etkisi
Seri ışın-enerji oranının kaynak dikişi oluşumuna etkisi
Lazer gücü 2kW, kaynak hızı 45 mm/s, odaklanma miktarı 0 mm ve ışın aralığı 3 mm olduğunda RS değiştirildiğinde kaynak yüzeyi şekli (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) şu şekilde olur: şekilde gösterilmiştir. RS=0,50 ve 2,00 olduğunda, kaynakta daha fazla çentik oluşur ve düzenli balık pulu desenleri oluşturmadan kaynağın kenarında daha fazla sıçrama olur. Bunun nedeni, ışın enerji oranı çok küçük veya çok büyük olduğunda, lazer enerjisinin çok yoğunlaşması, kaynak işlemi sırasında lazer iğne deliğinin daha ciddi bir şekilde salınmasına neden olması ve buharın geri tepme basıncının erimiş malzemenin fırlamasına ve sıçramasına neden olmasıdır. metali erimiş havuzda havuzlayın; Aşırı ısı girişi, alüminyum alaşımı tarafındaki erimiş havuzun nüfuz etme derinliğinin çok büyük olmasına neden olarak yerçekimi etkisi altında bir çöküntüye neden olur. RS=0,67 ve 1,50 olduğunda, kaynak yüzeyindeki balık pulu deseni tekdüzedir, kaynak şekli daha güzeldir ve kaynak yüzeyinde görünür kaynak sıcak çatlakları, gözenekleri ve diğer kaynak kusurları yoktur. Farklı kiriş enerji oranları RS'ye sahip kaynakların kesit şekilleri şekildeki gibidir. Kaynakların kesiti tipik bir "şarap kadehi şeklindedir", bu da kaynak işleminin lazer derin nüfuzlu kaynak modunda gerçekleştirildiğini gösterir. RS'nin alüminyum alaşım tarafındaki kaynağın nüfuz derinliği P2 üzerinde önemli bir etkisi vardır. Işın enerji oranı RS=0,5 olduğunda P2 1203,2 mikrondur. Işın enerji oranı RS=0,67 ve 1,5 olduğunda, P2 önemli ölçüde azalır ve sırasıyla 403,3 mikron ve 93,6 mikron olur. Kiriş enerji oranı RS=2 olduğunda bağlantı kesitinin kaynak nüfuz derinliği 1151,6 mikrondur.
Paralel ışın-enerji oranının kaynak dikişi oluşumuna etkisi
Lazer gücü 2.8kW, kaynak hızı 33mm/s, odaklanma miktarı 0mm ve ışın aralığı 1mm olduğunda ışın enerji oranı değiştirilerek kaynak yüzeyi elde edilir (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5) , 2, 4) Görünüm şekilde gösterilmiştir. RS=2 olduğunda, kaynağın yüzeyindeki balık pulu deseni nispeten düzensizdir. Diğer beş farklı kiriş enerji oranıyla elde edilen kaynağın yüzeyi iyi şekillenmiş olup, gözenek, sıçrama gibi gözle görülür kusurlar bulunmamaktadır. Bu nedenle seri çift ışınlı ile karşılaştırıldığındalazer kaynakparalel çift kirişlerin kullanıldığı kaynak yüzeyi daha düzgün ve güzeldir. RS=0,25 olduğunda kaynakta hafif bir çöküntü vardır; kiriş enerji oranı kademeli olarak arttıkça (RS=0,5, 0,67 ve 1,5), kaynağın yüzeyi üniform olur ve herhangi bir çöküntü oluşmaz; ancak kiriş enerji oranı daha da arttığında ( RS=1.50, 2.00) ancak kaynak yüzeyinde çöküntüler oluşur. Işın enerji oranı RS=0,25, 1,5 ve 2 olduğunda, kaynağın kesit şekli “şarap kadehi şeklindedir”; RS=0,50, 0,67 ve 1 olduğunda kaynağın kesit şekli "huni şeklindedir". RS=4 olduğunda kaynağın sadece alt kısmında çatlaklar oluşmaz, aynı zamanda kaynağın orta ve alt kısmında da bazı gözenekler oluşur. RS=2 olduğunda, kaynağın içinde büyük işlem gözenekleri görünür, ancak çatlak görülmez. RS=0,5, 0,67 ve 1,5 olduğunda, alüminyum alaşım tarafındaki kaynağın nüfuz derinliği P2 daha küçüktür ve kaynağın kesiti iyi biçimlendirilmiştir ve belirgin kaynak kusurları oluşmamıştır. Bunlar, paralel çift ışınlı lazer kaynağı sırasında ışın enerji oranının kaynak nüfuziyeti ve kaynak kusurları üzerinde de önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.
Paralel ışın – ışın aralığının kaynak dikişi oluşumuna etkisi
Lazer gücü 2,8kW, kaynak hızı 33 mm/s, odaklanma miktarı 0 mm ve ışın enerji oranı RS=0,67 olduğunda, ışın aralığını (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) değiştirerek elde edin Resimde gösterildiği gibi kaynak yüzeyi morfolojisi. D=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm olduğunda, kaynağın yüzeyi pürüzsüz ve düzdür ve şekli güzeldir; Kaynağın balık pulu deseni düzenli ve güzeldir ve görünür gözenekler, çatlaklar ve diğer kusurlar yoktur. Bu nedenle, dört kiriş aralığı koşulu altında kaynak yüzeyi iyi bir şekilde oluşturulmuştur. Ayrıca d=2 mm olduğunda iki farklı kaynak oluşur, bu da iki paralel lazer ışınının artık erimiş havuza etki etmediğini ve etkili bir çift ışınlı lazer hibrit kaynak oluşturamayacağını gösterir. Kiriş aralığı 0,5 mm olduğunda, kaynak "huni şeklindedir", alüminyum alaşımlı taraftaki kaynağın nüfuz derinliği P2 712,9 mikrondur ve kaynağın içinde çatlak, gözenek ve diğer kusurlar yoktur. Kiriş aralığı artmaya devam ettikçe alüminyum alaşım tarafındaki kaynağın nüfuz derinliği P2 önemli ölçüde azalır. Kiriş aralığı 1 mm olduğunda alüminyum alaşım tarafındaki kaynağın nüfuz derinliği yalnızca 94,2 mikrondur. Kiriş aralığı daha da arttıkça kaynak, alüminyum alaşım tarafında etkili bir nüfuziyet oluşturmaz. Bu nedenle ışın aralığı 0,5 mm olduğunda çift ışın rekombinasyon etkisi en iyisidir. Işın aralığı arttıkça kaynak ısısı girişi keskin bir şekilde azalır ve iki ışınlı lazer rekombinasyon etkisi giderek kötüleşir.
Kaynak morfolojisindeki farklılık, kaynak işlemi sırasında erimiş havuzun farklı akışından ve soğuyarak katılaşmasından kaynaklanmaktadır. Sayısal simülasyon yöntemi yalnızca erimiş havuzun stres analizini daha sezgisel hale getirmekle kalmaz, aynı zamanda deneysel maliyeti de azaltır. Aşağıdaki resimde tek ışın, farklı düzenlemeler ve nokta aralıkları ile yan eritme havuzundaki değişiklikler gösterilmektedir. Ana sonuçlar şunları içerir: (1) Tek ışınlı ışınlama sırasındalazer kaynakSüreçte, erimiş havuz deliğinin derinliği en derindir, delik çökmesi olgusu vardır, delik duvarı düzensizdir ve delik duvarının yakınındaki akış alanı dağılımı eşit değildir; erimiş havuzun arka yüzeyine yakın Yeniden akış güçlüdür ve erimiş havuzun tabanında yukarıya doğru yeniden akış vardır; yüzeydeki erimiş havuzun akış alanı dağılımı nispeten düzgün ve yavaştır ve erimiş havuzun genişliği derinlik yönü boyunca eşit değildir. Çift kirişteki küçük delikler arasındaki erimiş havuzdaki duvar geri tepme basıncından kaynaklanan rahatsızlık varlazer kaynakve her zaman küçük deliklerin derinlik yönünde bulunur. İki ışın arasındaki mesafe artmaya devam ettikçe ışının enerji yoğunluğu yavaş yavaş tek tepe noktasından çift tepe durumuna geçiş yapar. İki tepe arasında bir minimum değer bulunur ve enerji yoğunluğu giderek azalır. (2) Çift ışın içinlazer kaynakSpot aralığı 0-0,5 mm olduğunda, erimiş havuzdaki küçük deliklerin derinliği hafifçe azalır ve genel erimiş havuz akış davranışı tek ışınlı akış davranışına benzerlazer kaynak; nokta aralığı 1 mm'nin üzerinde olduğunda küçük delikler tamamen ayrılır ve kaynak işlemi sırasında iki lazer arasında neredeyse hiç etkileşim olmaz, bu da 1750W gücünde iki ardışık/iki paralel tek ışınlı lazer kaynağına eşdeğerdir. Neredeyse hiç ön ısıtma etkisi yoktur ve erimiş havuz akış davranışı, tek ışınlı lazer kaynağına benzer. (3) Nokta aralığı 0,5-1 mm olduğunda, iki düzenlemede küçük deliklerin duvar yüzeyi daha düzdür, küçük deliklerin derinliği giderek azalır ve alt kısım yavaş yavaş ayrılır. Küçük delikler ile yüzeydeki erimiş havuzun akışı arasındaki bozulma 0,8 mm'dir. En güçlüsü. Seri kaynak için, erimiş havuzun uzunluğu kademeli olarak artar, nokta aralığı 0,8 mm olduğunda genişlik en büyük olur ve nokta aralığı 0,8 mm olduğunda ön ısıtma etkisi en belirgindir. Marangoni kuvvetinin etkisi giderek zayıflar ve erimiş havuzun her iki tarafına daha fazla metal sıvısı akar. Eriyik genişliği dağılımını daha düzgün hale getirin. Paralel kaynak için erimiş havuzun genişliği kademeli olarak artar ve uzunluk maksimum 0,8 mm'dir, ancak ön ısıtma etkisi yoktur; Marangoni kuvvetinin neden olduğu yüzeye yakın yeniden akış her zaman mevcuttur ve küçük deliğin tabanındaki aşağı doğru yeniden akış yavaş yavaş kaybolur; kesitsel akış alanı seri olarak güçlü olduğu kadar iyi değildir, rahatsızlık erimiş havuzun her iki tarafındaki akışı pek etkilemez ve erimiş genişlik eşit olmayan bir şekilde dağılır.
Gönderim zamanı: 12 Ekim 2023
