En comparación coa tecnoloxía de soldadura tradicional,soldadura por láserten vantaxes incomparables en precisión de soldadura, eficiencia, fiabilidade, automatización e outros aspectos. Nos últimos anos, desenvolveuse rapidamente nos campos dos automóbiles, a enerxía, a electrónica e outros campos, e considérase unha das tecnoloxías de fabricación máis prometedoras do século XXI.
1. Visión xeral do dobre feixesoldadura por láser
Dobre feixesoldadura por láseré utilizar métodos ópticos para separar o mesmo láser en dous feixes de luz separados para soldar, ou combinar dous tipos diferentes de láseres, como o láser CO2, o láser Nd:YAG e o láser semicondutor de alta potencia. Todo se pode combinar. Propúxose principalmente para resolver a adaptabilidade da soldadura con láser á precisión da montaxe, mellorar a estabilidade do proceso de soldadura e mellorar a calidade da soldadura. Dobre feixesoldadura por láserpode axustar de forma cómoda e flexible o campo de temperatura de soldadura cambiando a relación de enerxía do feixe, o espazamento do feixe e mesmo o patrón de distribución de enerxía dos dous raios láser, cambiando o patrón de existencia do oco da chave e o patrón de fluxo de metal líquido na piscina fundida. Ofrece unha variedade máis ampla de procesos de soldadura. Non só ten as vantaxes de grandessoldadura por láserpenetración, velocidade rápida e alta precisión, pero tamén é axeitado para materiais e unións que son difíciles de soldar consoldadura por láser.
Para dobre vigasoldadura por láser, primeiro discutimos os métodos de implementación do láser de dobre feixe. A literatura ampla mostra que hai dúas formas principais de conseguir a soldadura dobre feixe: o enfoque de transmisión e o enfoque de reflexión. Concretamente, conséguese axustando o ángulo e espazamento de dous láseres mediante espellos de enfoque e espellos colimadores. O outro conséguese mediante o uso dunha fonte láser e despois enfocando a través de espellos reflectores, espellos transmisivos e espellos en forma de cuña para conseguir dobres feixes. Para o primeiro método, hai principalmente tres formas. A primeira forma é acoplar dous láseres a través de fibras ópticas e dividilos en dous feixes diferentes baixo o mesmo espello colimador e espello de enfoque. O segundo é que dous láseres emiten raios láser a través dos seus respectivos cabezales de soldadura e fórmase un feixe dobre axustando a posición espacial dos cabezales de soldadura. O terceiro método é que o raio láser sexa primeiro dividido a través de dous espellos 1 e 2, e despois enfocado por dous espellos de enfoque 3 e 4 respectivamente. A posición e a distancia entre os dous puntos focais pódense axustar axustando os ángulos dos dous espellos de enfoque 3 e 4. O segundo método consiste en usar un láser de estado sólido para dividir a luz para conseguir raios dobres e axustar o ángulo e espazamento a través dun espello en perspectiva e un espello de enfoque. As dúas últimas imaxes da primeira fila a continuación mostran o sistema espectroscópico dun láser de CO2. O espello plano substitúese por un espello en forma de cuña e colócase diante do espello de enfoque para dividir a luz e conseguir unha luz paralela de dobre feixe.
Despois de comprender a implementación de vigas dobres, imos presentar brevemente os principios e métodos de soldadura. No dobre feixesoldadura por láserproceso, hai tres disposicións de feixe comúns, a saber, disposición en serie, disposición paralela e disposición híbrida. pano, é dicir, hai unha distancia tanto na dirección de soldadura como na dirección vertical de soldadura. Como se mostra na última fila da figura, segundo as diferentes formas de pequenos buratos e piscinas fundidas que aparecen baixo diferentes espazos de puntos durante o proceso de soldadura en serie, pódense dividir aínda máis en fundidos individuais. Hai tres estados: piscina, piscina fundida común e piscina fundida separada. As características das piscinas fundidas únicas e das piscinas fundidas separadas son similares ás das únicassoldadura por láser, como se mostra no diagrama de simulación numérica. Hai diferentes efectos de proceso para diferentes tipos.
Tipo 1: baixo un espazo determinado, dous buratos de feixe forman un oco común grande na mesma piscina fundida; para o tipo 1, infórmase de que un feixe de luz úsase para crear un pequeno burato e o outro feixe de luz úsase para o tratamento térmico de soldadura, o que pode mellorar eficazmente as propiedades estruturais do aceiro de alto carbono e o aceiro de aliaxe.
Tipo 2: aumenta o espazo de puntos na mesma piscina fundida, separa as dúas vigas en dous ocos independentes e cambia o patrón de fluxo da piscina fundida; para o tipo 2, a súa función é equivalente á soldadura de dous feixes de electróns, reduce as salpicaduras de soldadura e as soldaduras irregulares á distancia focal adecuada.
Tipo 3: aumenta aínda máis o espazo de puntos e cambia a relación de enerxía dos dous feixes, de xeito que un dos dous feixes utilízase como fonte de calor para realizar o procesamento previo ou posterior á soldadura durante o proceso de soldadura, e o outro feixe. úsase para xerar pequenos buratos. Para o tipo 3, o estudo descubriu que as dúas vigas forman un oco de pechadura, o pequeno burato non é fácil de colapsar e a soldadura non é fácil de producir poros.
2. A influencia do proceso de soldadura na calidade da soldadura
Efecto da relación feixe-enerxía en serie na formación do cordón de soldadura
Cando a potencia do láser é de 2 kW, a velocidade de soldadura é de 45 mm/s, a cantidade de desenfoque é de 0 mm e o espazamento do feixe é de 3 mm, a forma da superficie de soldadura ao cambiar RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) é igual. mostrado na figura. Cando RS=0,50 e 2,00, a soldadura está abollada en maior medida, e hai máis salpicaduras no bordo da soldadura, sen formar patróns regulares de escamas de peixe. Isto débese a que cando a relación de enerxía do feixe é demasiado pequena ou demasiado grande, a enerxía do láser está demasiado concentrada, o que fai que o burato do láser oscile máis gravemente durante o proceso de soldadura e a presión de retroceso do vapor provoca a expulsión e salpicaduras do fundido. metal da piscina na piscina fundida; A entrada de calor excesiva fai que a profundidade de penetración da piscina fundida no lado da aliaxe de aluminio sexa demasiado grande, provocando unha depresión baixo a acción da gravidade. Cando RS = 0,67 e 1,50, o patrón de escamas de peixe na superficie de soldadura é uniforme, a forma da soldadura é máis fermosa e non hai fisuras quentes de soldadura visibles, poros e outros defectos de soldadura na superficie de soldadura. As formas de sección transversal das soldaduras con diferentes relacións de enerxía do feixe RS son as mostradas na figura. A sección transversal das soldaduras ten unha típica "forma de copa de viño", o que indica que o proceso de soldadura realízase en modo de soldadura de penetración profunda con láser. RS ten unha influencia importante na profundidade de penetración P2 da soldadura no lado da aliaxe de aluminio. Cando a relación de enerxía do feixe RS=0,5, P2 é 1203,2 micras. Cando a relación de enerxía do feixe é RS=0,67 e 1,5, P2 redúcese significativamente, que son 403,3 micras e 93,6 micras respectivamente. Cando a relación de enerxía do feixe é RS=2, a profundidade de penetración da soldadura da sección transversal da unión é de 1151,6 micras.
Efecto da relación feixe paralelo-enerxía na formación do cordón de soldadura
Cando a potencia do láser é de 2,8 kW, a velocidade de soldadura é de 33 mm/s, a cantidade de desenfoque é de 0 mm e o espazamento do feixe é de 1 mm, a superficie de soldadura obtense cambiando a relación de enerxía do feixe (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) O aspecto móstrase na figura. Cando RS=2, o patrón de escamas de peixe na superficie da soldadura é relativamente irregular. A superficie da soldadura obtida polas outras cinco relacións de enerxía de feixe diferentes está ben formada e non hai defectos visibles como poros e salpicaduras. Polo tanto, en comparación coa serie de dobre feixesoldadura por láser, a superficie de soldadura usando vigas dobres paralelas é máis uniforme e fermosa. Cando RS=0,25, hai unha lixeira depresión na soldadura; a medida que a relación de enerxía do feixe aumenta gradualmente (RS=0,5, 0,67 e 1,5), a superficie da soldadura é uniforme e non se forma depresión; con todo, cando a relación de enerxía do feixe aumenta aínda máis (RS=1,50, 2,00), pero hai depresións na superficie da soldadura. Cando a relación de enerxía do feixe RS = 0,25, 1,5 e 2, a forma da sección transversal da soldadura é "en forma de copa de viño"; cando RS=0,50, 0,67 e 1, a forma da sección transversal da soldadura é "en forma de funil". Cando RS=4, non só se xeran gretas na parte inferior da soldadura, senón que tamén se xeran algúns poros na parte media e inferior da soldadura. Cando RS=2, aparecen grandes poros de proceso dentro da soldadura, pero non aparecen fendas. Cando RS = 0,5, 0,67 e 1,5, a profundidade de penetración P2 da soldadura no lado da aliaxe de aluminio é menor e a sección transversal da soldadura está ben formada e non se forman defectos de soldadura obvios. Estes mostran que a relación de enerxía do feixe durante a soldadura paralela con láser de dobre feixe tamén ten un impacto importante na penetración da soldadura e os defectos de soldeo.
Feixe paralela: o efecto da separación dos feixes na formación de cordas de soldadura
Cando a potencia do láser é de 2,8 kW, a velocidade de soldadura é de 33 mm/s, a cantidade de desenfoque é de 0 mm e a relación de enerxía do feixe RS = 0,67, cambie o espazamento do feixe (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) para obter a morfoloxía da superficie de soldadura como mostra a imaxe. Cando d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, a superficie da soldadura é lisa e plana e a forma é fermosa; o patrón de escamas de peixe da soldadura é regular e fermoso, e non hai poros visibles, fendas e outros defectos. Polo tanto, baixo as catro condicións de espazamento de feixes, a superficie de soldadura está ben formada. Ademais, cando d=2 mm, fórmanse dúas soldaduras diferentes, o que demostra que os dous raios láser paralelos xa non actúan sobre unha piscina fundida e non poden formar unha soldadura híbrida láser de dobre feixe eficaz. Cando o espazamento do feixe é de 0,5 mm, a soldadura ten "forma de funil", a profundidade de penetración P2 da soldadura no lado da aliaxe de aluminio é de 712,9 micras e non hai fendas, poros e outros defectos dentro da soldadura. A medida que o espazamento do feixe segue aumentando, a profundidade de penetración P2 da soldadura no lado da aliaxe de aluminio diminúe significativamente. Cando a separación do feixe é de 1 mm, a profundidade de penetración da soldadura no lado da aliaxe de aluminio é de só 94,2 micras. A medida que o espazamento do feixe aumenta aínda máis, a soldadura non forma unha penetración efectiva no lado da aliaxe de aluminio. Polo tanto, cando o espazamento do feixe é de 0,5 mm, o efecto de recombinación de dobre feixe é o mellor. A medida que aumenta o espazamento do feixe, a entrada de calor de soldadura diminúe drasticamente e o efecto de recombinación láser de dous feixes empeora gradualmente.
A diferenza na morfoloxía da soldadura é causada polo diferente fluxo e a solidificación de arrefriamento da piscina fundida durante o proceso de soldadura. O método de simulación numérica non só pode facer máis intuitiva a análise da tensión da piscina fundida, senón que tamén pode reducir o custo experimental. A imaxe de abaixo mostra os cambios na piscina de fusión lateral cunha única viga, diferentes disposicións e separación de puntos. As principais conclusións inclúen: (1) Durante o único feixesoldadura por láserproceso, a profundidade do burato da piscina fundida é a máis profunda, hai un fenómeno de colapso do burato, a parede do burato é irregular e a distribución do campo de fluxo preto da parede do burato é irregular; preto da superficie traseira da piscina fundida O refluxo é forte e hai refluxo cara arriba no fondo da piscina fundida; a distribución do campo de fluxo da piscina fundida superficial é relativamente uniforme e lenta, e o ancho da piscina fundida é desigual na dirección da profundidade. Hai perturbacións causadas pola presión de retroceso da parede na piscina fundida entre os pequenos orificios do dobre feixesoldadura por láser, e sempre existe ao longo da dirección da profundidade dos pequenos buratos. A medida que a distancia entre os dous feixes segue aumentando, a densidade de enerxía do feixe pasa gradualmente dun estado de pico único a un estado de pico dobre. Hai un valor mínimo entre os dous picos, e a densidade de enerxía diminúe gradualmente. (2) Para dobre vigasoldadura por láser, cando a separación de puntos é de 0-0,5 mm, a profundidade dos pequenos buratos da piscina fundida diminúe lixeiramente e o comportamento global do fluxo da piscina fundida é semellante ao dun único feixe.soldadura por láser; cando o espazamento de puntos é superior a 1 mm, os pequenos orificios están completamente separados e durante o proceso de soldadura case non hai interacción entre os dous láseres, o que equivale a dúas soldaduras con láser de feixe único consecutivas/dous paralelas cunha potencia de 1750W. Case non hai efecto de prequentamento e o comportamento do fluxo da piscina fundida é similar ao da soldadura con láser dun só feixe. (3) Cando a distancia entre os puntos é de 0,5-1 mm, a superficie da parede dos pequenos buratos é máis plana nas dúas disposicións, a profundidade dos pequenos buratos diminúe gradualmente e o fondo sepárase gradualmente. A perturbación entre os pequenos buratos e o fluxo da piscina fundida superficial é de 0,8 mm. O máis forte. Para a soldadura en serie, a lonxitude da piscina fundida aumenta gradualmente, a anchura é a maior cando o espazo de puntos é de 0,8 mm e o efecto de prequecemento é máis evidente cando o espazo de puntos é de 0,8 mm. O efecto da forza de Marangoni vaise debilitando gradualmente e máis líquido metálico flúe a ambos os dous lados da piscina fundida. Fai que a distribución de ancho de fusión sexa máis uniforme. Para a soldadura paralela, o ancho da piscina fundida aumenta gradualmente e a lonxitude é máxima en 0,8 mm, pero non hai efecto de prequecemento; o refluxo preto da superficie causado pola forza Marangoni sempre existe, e o refluxo cara abaixo no fondo do pequeno burato desaparece gradualmente; o campo de fluxo transversal non é tan bo como É forte en serie, a perturbación apenas afecta o fluxo a ambos os dous lados da piscina fundida e o ancho fundido distribúese de forma desigual.
Hora de publicación: 12-Oct-2023
