Proponse o método de soldadura de dobre feixe, principalmente para resolver a adaptabilidade desoldadura láserpara a precisión da montaxe, mellorar a estabilidade do proceso de soldadura e mellorar a calidade da soldadura, especialmente para a soldadura de placas finas e a soldadura de aliaxes de aluminio. A soldadura láser de dobre feixe pode usar métodos ópticos para separar o mesmo láser en dous feixes de luz separados para a soldadura. Tamén pode usar dous tipos diferentes de láseres para combinar, láser de CO2, láser Nd:YAG e láser de semicondutores de alta potencia. Ao cambiar a enerxía do feixe, o espazado do feixe e mesmo o patrón de distribución de enerxía dos dous feixes, o campo de temperatura de soldadura pódese axustar de forma cómoda e flexible, cambiando o patrón de existencia dos buratos e o patrón de fluxo do metal líquido na piscina fundida, proporcionando unha mellor solución para o proceso de soldadura. O vasto espazo de elección non ten comparación coa soldadura láser de feixe único. Non só ten as vantaxes dunha gran penetración da soldadura láser, velocidade rápida e alta precisión, senón que tamén ten unha gran adaptabilidade a materiais e unións que son difíciles de soldar coa soldadura láser convencional.
Principio desoldadura láser de dobre feixe
A soldadura de dobre feixe significa usar dous feixes láser ao mesmo tempo durante o proceso de soldadura. A disposición do feixe, o espazado do feixe, o ángulo entre os dous feixes, a posición de enfoque e a relación de enerxía dos dous feixes son axustes relevantes na soldadura láser de dobre feixe. Normalmente, durante o proceso de soldadura, xeralmente hai dúas formas de dispor os feixes dobres. Como se mostra na figura, un está disposto en serie ao longo da dirección de soldadura. Esta disposición pode reducir a velocidade de arrefriamento do baño fundido. Reduce a tendencia á templabilidade da soldadura e a xeración de poros. A outra é dispor os feixes un ao lado do outro ou transversalmente a ambos os dous lados da soldadura para mellorar a adaptabilidade á fenda da soldadura.
Principio de soldadura láser de dobre feixe
A soldadura de dobre feixe significa usar dous feixes láser ao mesmo tempo durante o proceso de soldadura. A disposición do feixe, o espazado do feixe, o ángulo entre os dous feixes, a posición de enfoque e a relación de enerxía dos dous feixes son axustes relevantes na soldadura láser de dobre feixe. Normalmente, durante o proceso de soldadura, xeralmente hai dúas formas de dispor os feixes dobres. Como se mostra na figura, un está disposto en serie ao longo da dirección de soldadura. Esta disposición pode reducir a velocidade de arrefriamento do baño fundido. Reduce a tendencia á templabilidade da soldadura e a xeración de poros. A outra é dispor os feixes un ao lado do outro ou transversalmente a ambos os dous lados da soldadura para mellorar a adaptabilidade á fenda da soldadura.
Para un sistema de soldadura láser de dobre feixe en tándem, existen tres mecanismos de soldadura diferentes dependendo da distancia entre os feixes dianteiro e traseiro, como se mostra na figura seguinte.
1. No primeiro tipo de mecanismo de soldadura, a distancia entre os dous feixes de luz é relativamente grande. Un feixe de luz ten unha maior densidade de enerxía e céntrase na superficie da peza para producir buratos de chave na soldadura; o outro feixe de luz ten unha densidade de enerxía menor. Só se usa como fonte de calor para o tratamento térmico previo ou posterior á soldadura. Usando este mecanismo de soldadura, a velocidade de arrefriamento do baño de soldadura pódese controlar dentro dun certo rango, o que é beneficioso para soldar algúns materiais con alta sensibilidade ás fisuras, como o aceiro con alto contido en carbono, o aceiro de aliaxe, etc., e tamén pode mellorar a tenacidade da soldadura.
2. No segundo tipo de mecanismo de soldadura, a distancia focal entre os dous feixes de luz é relativamente pequena. Os dous feixes de luz producen dous buratos de chave independentes nun baño de soldadura, o que cambia o patrón de fluxo do metal líquido e axuda a evitar o agarrotamento. Pode eliminar a aparición de defectos como bordos e protuberancias do cordón de soldadura e mellorar a formación da soldadura.
3. No terceiro tipo de mecanismo de soldadura, a distancia entre os dous feixes de luz é moi pequena. Neste momento, os dous feixes de luz producen o mesmo burato de fechadura na piscina de soldadura. En comparación coa soldadura láser de feixe único, debido a que o tamaño do burato de fechadura se fai maior e non é doado de pechar, o proceso de soldadura é máis estable e o gas é máis doado de descargar, o que é beneficioso para reducir os poros e as salpicaduras, e obter soldaduras continuas, uniformes e bonitas.
Durante o proceso de soldadura, os dous feixes láser tamén se poden facer nun certo ángulo entre si. O mecanismo de soldadura é similar ao mecanismo de soldadura de dobre feixe paralelo. Os resultados das probas mostran que, ao usar dous OO de alta potencia cun ángulo de 30° entre si e unha distancia de 1~2 mm, o feixe láser pode obter un burato de fechadura en forma de funil. O tamaño do burato de fechadura é maior e máis estable, o que pode mellorar eficazmente a calidade da soldadura. Nas aplicacións prácticas, a combinación mutua dos dous feixes de luz pódese cambiar segundo as diferentes condicións de soldadura para lograr diferentes procesos de soldadura.
6. Método de implementación da soldadura láser de dobre feixe
A adquisición de feixes dobres pódese obter combinando dous feixes láser diferentes, ou un feixe láser pódese dividir en dous feixes láser para soldar usando un sistema de espectrometría óptica. Para dividir un feixe de luz en dous feixes láser paralelos de diferentes potencias, pódese usar un espectroscopio ou algún sistema óptico especial. A imaxe mostra dous diagramas esquemáticos dos principios de división da luz usando espellos de enfoque como divisores de feixes.
Ademais, un reflector tamén se pode usar como divisor de feixe, e o último reflector da traxectoria óptica pódese usar como divisor de feixe. Este tipo de reflector tamén se denomina reflector de tipo teito. A súa superficie reflectante non é unha superficie plana, senón que consta de dous planos. A liña de intersección das dúas superficies reflectantes está situada no medio da superficie do espello, de xeito similar á crista dun teito, como se mostra na figura. Un feixe de luz paralela brilla no espectroscopio, é reflectido por dous planos en diferentes ángulos para formar dous feixes de luz e brilla en diferentes posicións do espello de enfoque. Despois de enfocar, obtéñense dous feixes de luz a unha certa distancia na superficie da peza de traballo. Ao cambiar o ángulo entre as dúas superficies reflectantes e a posición do teito, pódense obter feixes de luz divididos con diferentes distancias e disposicións de enfoque.
Ao usar dous tipos diferentes deraios láser tPara formar un feixe dobre, existen moitas combinacións. Pódese usar un láser de CO2 de alta calidade cunha distribución de enerxía gaussiana para o traballo de soldadura principal e un láser semicondutor cunha distribución de enerxía rectangular para axudar no traballo de tratamento térmico. Por unha banda, esta combinación é máis económica. Por outra banda, a potencia dos dous feixes de luz pódese axustar de forma independente. Para diferentes formas de unión, pódese obter un campo de temperatura axustable axustando a posición de superposición do láser e do láser semicondutor, o que é moi axeitado para a soldadura. Control de procesos. Ademais, o láser YAG e o láser de CO2 tamén se poden combinar nun feixe dobre para soldadura, o láser continuo e o láser de pulsos pódense combinar para soldadura e o feixe enfocado e o feixe desenfocado tamén se poden combinar para soldadura.
7. Principio da soldadura láser de dobre feixe
3.1 Soldadura láser de dobre feixe de chapas galvanizadas
A chapa de aceiro galvanizada é o material máis empregado na industria do automóbil. O punto de fusión do aceiro é duns 1500 °C, mentres que o punto de ebulición do zinc é de só 906 °C. Polo tanto, ao usar o método de soldadura por fusión, xérase unha gran cantidade de vapor de zinc, o que fai que o proceso de soldadura sexa inestable, formando poros na soldadura. Para as unións de solape, a volatilización da capa galvanizada non só se produce nas superficies superior e inferior, senón que tamén se produce na superficie da unión. Durante o proceso de soldadura, o vapor de zinc sae rapidamente da superficie da piscina fundida nalgunhas zonas, mentres que noutras zonas é difícil que o vapor de zinc escape da piscina fundida. Na superficie da piscina, a calidade da soldadura é moi inestable.
A soldadura láser de dobre feixe pode resolver os problemas de calidade da soldadura causados polo vapor de zinc. Un método é controlar o tempo de existencia e a velocidade de arrefriamento da piscina fundida axustando razoablemente a enerxía dos dous feixes para facilitar a saída do vapor de zinc; o outro método é liberar o vapor de zinc mediante preperforación ou ranurado. Como se mostra na Figura 6-31, o láser de CO2 úsase para a soldadura. O láser YAG está diante do láser de CO2 e úsase para perforar buratos ou cortar ranuras. Os buratos ou ranuras preprocesadas proporcionan unha vía de escape para o vapor de zinc xerado durante a soldadura posterior, evitando que permaneza na piscina fundida e forme defectos.
3.2 Soldadura láser de dobre feixe de aliaxe de aluminio
Debido ás características especiais de rendemento dos materiais de aliaxe de aluminio, existen as seguintes dificultades no uso da soldadura láser [39]: a aliaxe de aluminio ten unha baixa taxa de absorción do láser e a reflectividade inicial da superficie do feixe láser de CO2 supera o 90 %; as costuras de soldadura láser da aliaxe de aluminio son fáciles de producir porosidade, gretas; queimaduras de elementos de aliaxe durante a soldadura, etc. Cando se usa a soldadura láser única, é difícil establecer o burato da fechadura e manter a estabilidade. A soldadura láser de dobre feixe pode aumentar o tamaño do burato da fechadura, o que dificulta o seu peche, o que é beneficioso para a descarga de gas. Tamén pode reducir a velocidade de arrefriamento e reducir a aparición de poros e gretas de soldadura. Dado que o proceso de soldadura é máis estable e se reduce a cantidade de salpicaduras, a forma da superficie de soldadura obtida mediante a soldadura de dobre feixe de aliaxes de aluminio tamén é significativamente mellor que a da soldadura de feixe único. A figura 6-32 mostra a aparencia da costura de soldadura dunha soldadura a tope de aliaxe de aluminio de 3 mm de espesor usando láser de feixe único de CO2 e soldadura láser de dobre feixe.
A investigación demostra que, ao soldar unha aliaxe de aluminio da serie 5000 de 2 mm de espesor, cando a distancia entre as dúas vigas é de 0,6 a 1,0 mm, o proceso de soldadura é relativamente estable e a abertura formada é maior, o que favorece a evaporación e o escape de magnesio durante o proceso de soldadura. Se a distancia entre as dúas vigas é demasiado pequena, o proceso de soldadura dunha soa viga non será estable. Se a distancia é demasiado grande, a penetración da soldadura verase afectada, como se mostra na Figura 6-33. Ademais, a relación de enerxía das dúas vigas tamén ten un grande impacto na calidade da soldadura. Cando as dúas vigas cun espazado de 0,9 mm se dispoñen en serie para soldar, a enerxía da viga anterior debe aumentarse adecuadamente para que a relación de enerxía das dúas vigas antes e despois sexa superior a 1:1. É útil mellorar a calidade da costura de soldadura, aumentar a área de fusión e aínda así obter unha costura de soldadura suave e fermosa cando a velocidade de soldadura é alta.
3.3 Soldadura de dobre viga de placas de grosor desigual
Na produción industrial, a miúdo é necesario soldar dúas ou máis placas metálicas de diferentes grosores e formas para formar unha placa empalmada. Especialmente na produción de automóbiles, a aplicación de pezas soldadas a medida é cada vez máis estendida. Ao soldar placas con diferentes especificacións, revestimentos superficiais ou propiedades, pódese aumentar a resistencia, reducir os consumibles e reducir a calidade. A soldadura por láser de placas de diferentes grosores úsase normalmente na soldadura de paneis. Un problema importante é que as placas a soldar deben preformarse con bordos de alta precisión e garantir unha montaxe de alta precisión. O uso de soldadura de dobre feixe de placas de grosor desigual pode adaptarse a diferentes cambios nos ocos das placas, as unións a tope, os grosores relativos e os materiais das placas. Pode soldar placas con maiores tolerancias de bordos e ocos e mellorar a velocidade de soldadura e a calidade da soldadura.
Os principais parámetros do proceso de soldadura de placas de grosor desigual en Shuangguangdong pódense dividir en parámetros de soldadura e parámetros de placa, como se mostra na figura. Os parámetros de soldadura inclúen a potencia dos dous feixes láser, a velocidade de soldadura, a posición do foco, o ángulo do cabezal de soldadura, o ángulo de rotación do feixe da unión a tope de dobre feixe e o desprazamento da soldadura, etc. Os parámetros da placa inclúen o tamaño do material, o rendemento, as condicións de recorte, os espazos entre as placas, etc. A potencia dos dous feixes láser pódese axustar por separado segundo os diferentes propósitos de soldadura. A posición do foco xeralmente está situada na superficie da placa delgada para lograr un proceso de soldadura estable e eficiente. O ángulo do cabezal de soldadura adoita seleccionarse para ser de arredor de 6. Se o grosor das dúas placas é relativamente grande, pódese usar un ángulo positivo do cabezal de soldadura, é dicir, o láser inclínase cara á placa delgada, como se mostra na imaxe; cando o grosor da placa é relativamente pequeno, pódese usar un ángulo negativo do cabezal de soldadura. O desprazamento da soldadura defínese como a distancia entre o foco do láser e o bordo da placa grosa. Axustando o desprazamento da soldadura, pódese reducir a cantidade de abolladura da soldadura e pódese obter unha boa sección transversal da soldadura.
Ao soldar placas con grandes ocos, pódese aumentar o diámetro efectivo de quecemento do feixe xirando o ángulo do feixe dobre para obter boas capacidades de recheo de ocos. A anchura da parte superior da soldadura está determinada polo diámetro efectivo do feixe dos dous feixes láser, é dicir, o ángulo de rotación do feixe. Canto maior sexa o ángulo de rotación, maior será o rango de quecemento do feixe dobre e maior será a anchura da parte superior da soldadura. Os dous feixes láser desempeñan diferentes funcións no proceso de soldadura. Un úsase principalmente para penetrar na costura, mentres que o outro úsase principalmente para fundir o material da placa grosa para encher o oco. Como se mostra na Figura 6-35, baixo un ángulo de rotación do feixe positivo (o feixe frontal actúa sobre a placa grosa, o feixe traseiro actúa sobre a soldadura), o feixe frontal incide sobre a placa grosa para quentar e fundir o material, e o seguinte, o feixe láser, crea penetración. O primeiro raio láser da parte dianteira só pode fundir parcialmente a placa grosa, pero contribúe enormemente ao proceso de soldadura, porque non só funde o lateral da placa grosa para un mellor recheo do oco, senón que tamén preúne o material da unión para que os seguintes raios sexan máis fáciles de soldar a través das unións, o que permite unha soldadura máis rápida. Na soldadura de dobre raio cun ángulo de rotación negativo (o raio dianteiro actúa sobre a soldadura e o raio traseiro actúa sobre a placa grosa), os dous raios teñen exactamente o efecto contrario. O primeiro raio funde a unión e o segundo raio funde a placa grosa para enchela. Neste caso, o raio dianteiro debe soldar a través da placa fría e a velocidade de soldadura é máis lenta que usar un ángulo de rotación do raio positivo. E debido ao efecto de prequecemento do raio anterior, o último raio fundirá máis material da placa grosa coa mesma potencia. Neste caso, a potencia do último raio láser debería reducirse adecuadamente. En comparación, usar un ángulo de rotación do raio positivo pode aumentar adecuadamente a velocidade de soldadura e usar un ángulo de rotación do raio negativo pode conseguir un mellor recheo do oco. A figura 6-36 mostra a influencia de diferentes ángulos de rotación da viga na sección transversal da soldadura.
3.4 Soldadura láser de dobre feixe de placas grandes e grosas Coa mellora do nivel de potencia do láser e da calidade do feixe, a soldadura láser de placas grandes e grosas converteuse nunha realidade. Non obstante, debido a que os láseres de alta potencia son caros e a soldadura de placas grandes e grosas xeralmente require metal de recheo, existen certas limitacións na produción real. O uso da tecnoloxía de soldadura láser de dobre feixe non só pode aumentar a potencia do láser, senón tamén aumentar o diámetro de quecemento efectivo do feixe, aumentar a capacidade de fundir o fío de recheo, estabilizar o burato da chave do láser, mellorar a estabilidade da soldadura e mellorar a calidade da soldadura.
Data de publicación: 29 de abril de 2024
