Võrreldes traditsioonilise keevitustehnoloogiaga,laserkeevitusomab võrratuid eeliseid keevitamise täpsuse, efektiivsuse, töökindluse, automatiseerimise ja muude aspektide osas. Viimastel aastatel on see kiiresti arenenud autotööstuses, energeetikas, elektroonikas ja muudes valdkondades ning seda peetakse 21. sajandi üheks paljulubavamaks tootmistehnoloogiaks.
1. Topelttala ülevaadelaserkeevitus
Topelttalalaserkeevituson optiliste meetodite abil sama laserkiire eraldamine kaheks eraldi valguskiireks keevitamiseks või kahe erinevat tüüpi laseri kombineerimine, näiteks CO2-laserit, Nd:YAG-laserit ja suure võimsusega pooljuhtlaserit. Kõiki neid saab kombineerida. Pakuti välja peamiselt laserkeevituse kohandatavuse lahendamine montaažitäpsuse osas, keevitusprotsessi stabiilsuse parandamine ja keevisõmbluse kvaliteedi parandamine. Kahekiirlaserkeevitussaab keevitustemperatuuri välja mugavalt ja paindlikult reguleerida, muutes kiire energia suhet, kiirede vahekaugust ja isegi kahe laserkiire energiajaotuse mustrit, muutes võtmeaugu olemasolu mustrit ja sulavannis oleva vedela metalli voolumustrit. Pakub laiemat valikut keevitusprotsesse. Sellel pole mitte ainult suurte eeliste eeliseidlaserkeevitusläbitungivust, suurt kiirust ja suurt täpsust, kuid sobib ka materjalide ja ühenduste jaoks, mida on tavalise keevitusega keeruline keevitadalaserkeevitus.
Topelttala jaokslaserkeevitus, arutame kõigepealt kahekiirelise laseri rakendusmeetodeid. Põhjalik kirjandus näitab, et kahekiirelise keevituse saavutamiseks on kaks peamist viisi: läbilaskev fokuseerimine ja peegeldusfokuseerimine. Täpsemalt saavutatakse üks kahe laseri nurga ja vahekauguse reguleerimisega fokuseerimispeeglite ja kollimaatorpeeglite abil. Teine saavutatakse laserallika kasutamise ja seejärel peegeldavate, läbilaskvate ja kiilukujuliste peeglite abil fokuseerimise teel, et saavutada kahekordne kiir. Esimesel meetodil on peamiselt kolm vormi. Esimene vorm on kahe laseri ühendamine optiliste kiudude kaudu ja nende jagamine kaheks erinevaks kiireks sama kollimaatorpeegli ja fokuseerimispeegli all. Teine on see, et kaks laserit väljastavad laserkiiri oma vastavate keevituspeade kaudu ja topeltkiir moodustatakse keevituspeade ruumilise asukoha reguleerimise teel. Kolmas meetod on see, et laserkiir jagatakse kõigepealt läbi kahe peegli 1 ja 2 ning seejärel fokuseeritakse vastavalt kahe fokuseerimispeegli 3 ja 4 abil. Kahe fookuspunkti asukohta ja kaugust saab reguleerida kahe fokuseerimispeegli 3 ja 4 nurkade muutmise teel. Teine meetod on kasutada tahkislaserit valguse jagamiseks kahe kiire saamiseks ning nurga ja vahekauguse reguleerimiseks perspektiivpeegli ja fokuseerimispeegli abil. Alloleva esimese rea kaks viimast pilti näitavad CO2-laseri spektroskoopilist süsteemi. Lamepeegel asendatakse kiilukujulise peegliga ja asetatakse fokuseerimispeegli ette, et jagada valgus kahe paralleelse kiire saamiseks.
Pärast topelttalade rakendamise mõistmist tutvustame lühidalt keevitamise põhimõtteid ja meetodeid. Topelttalaslaserkeevitusprotsessis on kolm levinud tala paigutust: järjestikku paigutatud, paralleelselt paigutatud ja hübriidpaigutus. Kangas, see tähendab, et nii keevitussuunas kui ka keevituse vertikaalsuunas on vahemaa. Nagu joonise viimasel real näidatud, saab seeriakeevitusprotsessi ajal erinevate punktide vahekauguste all tekkivate väikeste aukude ja sulabasseinide erineva kuju järgi need jagada eraldi sulabasseinideks. On kolm olekut: bassein, ühine sulabassein ja eraldatud sulabassein. Üksiku sulabasseini ja eraldatud sulabasseini omadused on sarnased üksiku sulabasseini omadustega.laserkeevitus, nagu on näidatud numbrilise simulatsiooni diagrammil. Erinevat tüüpi protsessidel on erinevad efektid.
Tüüp 1: Teatud täppide vahekauguse korral moodustavad kaks kiirte ava samas sulabasseinis ühise suure ava; 1. tüübi puhul on teatatud, et ühte valgusvihku kasutatakse väikese augu loomiseks ja teist valgusvihku kasutatakse keevitamiseks kuumtöötluseks, mis võib tõhusalt parandada kõrge süsinikusisaldusega terase ja legeerterase konstruktsioonilisi omadusi.
Tüüp 2: Suurendage samas sulabasseinis täppide vahekaugust, eraldage kaks kiirt kaheks sõltumatuks võtmeaukuks ja muutke sulabasseini voolumustrit; tüübi 2 puhul on selle funktsioon samaväärne kahe elektronkiire keevitamisega, vähendades keevituspritsmeid ja ebakorrapäraseid keevisõmblusi sobiva fookuskauguse korral.
Tüüp 3: Suurendage veelgi kahe kiire punktide vahekaugust ja muutke energia suhet nii, et ühte kahest kiirest kasutatakse soojusallikana keevituseelse või -järgse töötlemise teostamiseks keevitusprotsessi ajal ja teist kiirt kasutatakse väikeste aukude tekitamiseks. Tüübi 3 puhul leiti uuringus, et kaks kiirt moodustavad võtmeaugu, väikest auku ei ole kerge kokku variseda ja keevisõmbluses ei ole lihtne poore tekitada.
2. Keevitusprotsessi mõju keevituskvaliteedile
Järjestikuse kiire ja energia suhte mõju keevitusõmbluse moodustumisele
Kui laseri võimsus on 2kW, keevituskiirus on 45 mm/s, fookuse hägusus on 0mm ja kiirede vahe on 3mm, siis keevisõmbluse pinna kuju RS muutumisel (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) on joonisel näidatud. Kui RS = 0,50 ja 2,00, on keevisõmblus suuremal määral mõlkis ja keevisõmbluse serval on rohkem pritsmeid, moodustamata korrapäraseid soomusmustreid. See on tingitud asjaolust, et kui kiire energia suhe on liiga väike või liiga suur, on laseri energia liiga kontsentreeritud, põhjustades laseri nõelaaugu tugevamat võnkumist keevitusprotsessi ajal ja auru tagasilöögirõhk põhjustab sulametalli väljapaiskumist ja pritsimist sulavannis; liigne soojuse sisend põhjustab sulavanni läbitungimissügavuse alumiiniumisulamist poolel liiga suureks, põhjustades raskusjõu mõjul süvendi. Kui RS = 0,67 ja 1,50, on keevisõmbluse pinnal olev kalasoomuste muster ühtlane, keevisõmbluse kuju on ilusam ning keevisõmbluse pinnal puuduvad nähtavad keevituspraod, poorid ja muud keevitusdefektid. Erineva kiireenergia suhtega RS keevisõmbluse ristlõike kuju on näidatud joonisel. Keevisõmbluse ristlõige on tüüpilise "veiniklaasi" kujuga, mis näitab, et keevitusprotsess viiakse läbi lasersügavläbitungimisega keevituse režiimis. RS-il on oluline mõju alumiiniumisulami poolel oleva keevisõmbluse läbitungimissügavusele P2. Kui kiireenergia suhe RS = 0,5, on P2 1203,2 mikronit. Kui kiireenergia suhe on RS = 0,67 ja 1,5, on P2 oluliselt vähenenud, mis on vastavalt 403,3 mikronit ja 93,6 mikronit. Kui kiireenergia suhe on RS = 2, on liite ristlõike keevisõmbluse läbitungimissügavus 1151,6 mikronit.
Paralleelkiire ja energia suhte mõju keevitusõmbluse moodustumisele
Kui laseri võimsus on 2,8 kW, keevituskiirus on 33 mm/s, fookusest väljas olemise määr on 0 mm ja kiirte vahe on 1 mm, saadakse keevisõmbluse pind kiire energiasuhte muutmisega (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Välimus on näidatud joonisel. Kui RS = 2, on keevisõmbluse pinnal olev kalasoomuste muster suhteliselt ebaühtlane. Ülejäänud viie erineva kiire energiasuhtega saadud keevisõmbluse pind on hästi vormitud ja nähtavaid defekte, nagu poorid ja pritsmed, pole. Seetõttu on võrreldes järjestikuse kahekiirelise keevitusega...laserkeevitusParalleelsete kahekiirte kasutamisel on keevisõmbluse pind ühtlasem ja ilusam. Kui RS=0,25, on keevisõmbluses kerge lohk; kiire energiasuhte järkjärgulise suurenemisega (RS=0,5, 0,67 ja 1,5) on keevisõmbluse pind ühtlane ja lohke ei teki; kui kiire energiasuhe aga veelgi suureneb (RS=1,50, 2,00), on keevisõmbluse pinnal siiski lohud. Kiire energiasuhte RS=0,25, 1,5 ja 2 korral on keevisõmbluse ristlõige „veiniklaasikujuline“; RS=0,50, 0,67 ja 1 korral on keevisõmbluse ristlõige „lehtrikujuline“. Kui RS=4, tekivad keevisõmbluse põhjas mitte ainult praod, vaid ka kesk- ja alaosas poorid. Kui RS=2, tekivad keevisõmbluse sisse suured protsessipoorid, kuid pragusid ei teki. Kui RS = 0,5, 0,67 ja 1,5, on alumiiniumisulamist poolel keevisõmbluse läbitungimissügavus P2 väiksem ning keevisõmbluse ristlõige on hästi vormitud ja ilmseid keevitusdefekte ei teki. See näitab, et paralleelse kahekiirelise laserkeevituse ajal on kiireenergia suhtel oluline mõju ka keevisõmbluse läbitungimissügavusele ja keevitusdefektidele.
Paralleelkiir – talade vahekauguse mõju keevitusõmbluse moodustumisele
Kui laseri võimsus on 2,8 kW, keevituskiirus on 33 mm/s, fookusest väljas olemise määr on 0 mm ja kiire energiasuhe RS = 0,67, tuleb kiirede vahekaugust muuta (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm), et saavutada pildil näidatud keevisõmbluse pinna morfoloogia. Kui d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, on keevisõmbluse pind sile ja tasane ning kuju on ilus; keevisõmbluse kalasoomuste muster on korrapärane ja ilus ning nähtavaid poore, pragusid ja muid defekte pole. Seega on keevisõmbluse pind nelja kiire vahekauguse korral hästi vormitud. Lisaks, kui d = 2 mm, moodustub kaks erinevat keevisõmblust, mis näitab, et kaks paralleelset laserkiirt ei mõjuta enam sulavanni ega saa moodustada efektiivset kahekiirelist laserhübriidkeevitust. Kui kiirte vahe on 0,5 mm, on keevisõmblus "lehtrikujuline", alumiiniumisulamipoolse keevisõmbluse läbitungimissügavus P2 on 712,9 mikronit ning keevisõmbluse sees ei ole pragusid, poore ega muid defekte. Kui kiirte vahekaugus jätkuvalt suureneb, väheneb alumiiniumisulamipoolse keevisõmbluse läbitungimissügavus P2 märkimisväärselt. Kui kiirte vahe on 1 mm, on alumiiniumisulamipoolse keevisõmbluse läbitungimissügavus vaid 94,2 mikronit. Kui kiirte vahekaugus veelgi suureneb, ei moodusta keevisõmblus alumiiniumisulamipoolsel küljel efektiivset läbitungimissügavust. Seetõttu on 0,5 mm kiirte vahekauguse korral kahekiirelise rekombinatsiooniefekt parim. Kiirte vahekauguse suurenedes väheneb keevituse soojussisend järsult ja kahekiirelise laserrekombinatsiooniefekt halveneb järk-järgult.
Keevisõmbluse morfoloogia erinevus tuleneb sulavanni erinevast voolamisest ja jahutamisest kuni tahkumiseni keevitusprotsessi ajal. Numbriline simulatsioonimeetod mitte ainult ei muuda sulavanni pingeanalüüsi intuitiivsemaks, vaid vähendab ka katsekulusid. Allolev pilt näitab külgmise sulavanni muutusi ühe tala, erinevate paigutuste ja täppide vahekauguste korral. Peamised järeldused hõlmavad järgmist: (1) Ühe tala ajallaserkeevitusProtsessi käigus on sulabasseini augu sügavus kõige suurem, esineb augu kokkuvarisemise nähtus, augu sein on ebakorrapärane ja vooluvälja jaotus augu seina lähedal on ebaühtlane; sulabasseini tagumise pinna lähedal on tagasivool tugev ja sulabasseini põhjas on ülespoole suunatud tagasivool; pinna sulabasseini vooluvälja jaotus on suhteliselt ühtlane ja aeglane ning sulabasseini laius on sügavuse suunas ebaühtlane. Topeltkiire väikeste aukude vahel sulabasseinis on seina tagasilöögirõhk põhjustatud häiringutest.laserkeevitusja see eksisteerib alati väikeste aukude sügavussuunas. Kahe kiire vahelise kauguse jätkuva suurenemisega läheb kiire energiatihedus järk-järgult ühest tipust kahe tipu olekusse. Kahe tipu vahel on minimaalne väärtus ja energiatihedus väheneb järk-järgult. (2) Kahe kiire puhullaserkeevitus, kui täppide vahe on 0–0,5 mm, väheneb sulavanni väikeste aukude sügavus veidi ja sulavanni üldine voolavuskäitumine on sarnane ühe talaga omagalaserkeevitusKui täppide vahe on üle 1 mm, on väikesed augud täielikult eraldatud ja keevitusprotsessi ajal kahe laseri vahel peaaegu puudub vastastikmõju, mis on samaväärne kahe järjestikuse/kahe paralleelse ühekiirelise laserkeevitusega võimsusega 1750 W. Eelsoojenduse efekt peaaegu puudub ja sulavanni voolamise käitumine on sarnane ühekiirelise laserkeevitusega. (3) Kui täppide vahe on 0,5–1 mm, on väikeste aukude seinapind kahes paigutuses lamedam, väikeste aukude sügavus väheneb järk-järgult ja põhi eraldub järk-järgult. Häire väikeste aukude ja pinna sulavanni voolu vahel on 0,8 mm. Kõige tugevam. Järjestikusel keevitamisel suureneb sulavanni pikkus järk-järgult, laius on suurim, kui täppide vahe on 0,8 mm, ja eelsoojenduse efekt on kõige ilmsem, kui täppide vahe on 0,8 mm. Marangoni jõu mõju nõrgeneb järk-järgult ja sulavanni mõlemale küljele voolab rohkem metallivedelikku. See muudab sulavanni laiuse jaotuse ühtlasemaks. Paralleelkeevitamisel suureneb sulabasseini laius järk-järgult ja pikkus on maksimaalselt 0,8 mm, kuid eelsoojenduse efekti ei esine; Marangoni jõu põhjustatud tagasivool pinna lähedal on alati olemas ja väikese augu põhjas olev allapoole suunatud tagasivool kaob järk-järgult; ristlõike vooluväli ei ole nii hea kui järjestikku tugev, häiring mõjutab voolu sulabasseini mõlemal küljel vaevu ja sula laius on ebaühtlaselt jaotunud.
Postituse aeg: 12. okt 2023
