Kahekiirelise keevitusmeetodi väljatöötamine on peamiselt suunatud kohanemisvõime parandamisele.laserkeevitusmontaažitäpsust, keevitusprotsessi stabiilsust ja keevisõmbluse kvaliteeti, eriti õhukeste plaatide ja alumiiniumisulamite keevitamisel. Kahekiireline laserkeevitus võimaldab optilisi meetodeid kasutades eraldada sama laserkiire kaheks eraldi valguskiireks keevitamiseks. Samuti saab kombineerida kahte erinevat tüüpi lasereid: CO2-laserit, Nd:YAG-laserit ja suure võimsusega pooljuhtlaserit. Kiirte energiat, kiirte vahekaugust ja isegi kahe kiire energiajaotuse mustrit muutes saab keevitustemperatuuri välja mugavalt ja paindlikult reguleerida, muutes aukude olemasolu mustrit ja sulavannis oleva vedela metalli voolumustrit, pakkudes keevitusprotsessi jaoks paremat lahendust. Ühekiireline laserkeevitus pakub võrratut valikuvõimalust. Sellel pole mitte ainult suure laserkeevituse läbitungivuse, kiire kiiruse ja suure täpsuse eeliseid, vaid see on ka suurepäraselt kohanemisvõimeline materjalide ja ühendustega, mida on tavapärase laserkeevitusega keeruline keevitada.
Põhimõtekahekiireline laserkeevitus
Topeltkiirkeevitus tähendab kahe laserkiire samaaegset kasutamist keevitusprotsessi ajal. Kiirte paigutus, kiirte vahekaugus, kahe kiire vaheline nurk, teravustamisasend ja kahe kiire energiasuhe on kõik topeltkiirega laserkeevituse olulised parameetrid. Tavaliselt on keevitusprotsessi ajal topeltkiirte paigutamiseks kaks võimalust. Nagu joonisel näidatud, on üks paigutatud järjestikku piki keevitussuunda. See paigutus võib vähendada sulavanni jahtumiskiirust. See vähendab keevisõmbluse karastatavust ja pooride teket. Teine võimalus on paigutada need kõrvuti või risti keevisõmbluse mõlemale küljele, et parandada kohanemisvõimet keevisõmbluse vahega.
Topeltkiire laserkeevituspõhimõte
Topeltkiirkeevitus tähendab kahe laserkiire samaaegset kasutamist keevitusprotsessi ajal. Kiirte paigutus, kiirte vahekaugus, kahe kiire vaheline nurk, teravustamisasend ja kahe kiire energiasuhe on kõik topeltkiirega laserkeevituse olulised parameetrid. Tavaliselt on keevitusprotsessi ajal topeltkiirte paigutamiseks kaks võimalust. Nagu joonisel näidatud, on üks paigutatud järjestikku piki keevitussuunda. See paigutus võib vähendada sulavanni jahtumiskiirust. See vähendab keevisõmbluse karastatavust ja pooride teket. Teine võimalus on paigutada need kõrvuti või risti keevisõmbluse mõlemale küljele, et parandada kohanemisvõimet keevisõmbluse vahega.
Tandem-paigutusega kahekiirelise laserkeevitussüsteemi puhul on kolm erinevat keevitusmehhanismi, mis sõltuvad esi- ja tagakiire vahelisest kaugusest, nagu on näidatud alloleval joonisel.
1. Esimese tüüpi keevitusmehhanismi puhul on kahe valguskiire vaheline kaugus suhteliselt suur. Ühel valguskiirel on suurem energiatihedus ja see fokuseeritakse tooriku pinnale, et tekitada keevitusse võtmeauke; teisel valguskiirel on väiksem energiatihedus. Seda kasutatakse ainult soojusallikana keevituseelsel või -järgsel kuumtöötlusel. Selle keevitusmehhanismi abil saab keevitusvanni jahutuskiirust teatud vahemikus reguleerida, mis on kasulik mõnede kõrge pragunemistundlikkusega materjalide, näiteks kõrge süsinikusisaldusega terase, legeerterase jne keevitamisel ning võib parandada ka keevisõmbluse sitkust.
2. Teist tüüpi keevitusmehhanismis on kahe valgusvihu vaheline fookuskaugus suhteliselt väike. Kaks valgusvihku tekitavad keevitusvannis kaks sõltumatut võtmeauku, mis muudab vedela metalli voolumustrit ja aitab vältida kinnikiilumist. See aitab vältida defektide, näiteks servade ja keevisõmbluse mõhkude teket ning parandada keevisõmbluse moodustumist.
3. Kolmanda tüüpi keevitusmehhanismi puhul on kahe valgusvihu vaheline kaugus väga väike. Sel ajal tekitavad kaks valgusvihku keevitusvannis sama võtmeaugu. Võrreldes ühekiirelise laserkeevitusega on võtmeaugu suurus suurem ja seda on raskem sulgeda, mistõttu on keevitusprotsess stabiilsem ja gaasi on lihtsam välja juhtida, mis on kasulik pooride ja pritsmete vähendamiseks ning pidevate, ühtlaste ja ilusate keevisõmbluste saamiseks.
Keevitusprotsessi ajal saab kahte laserkiirt moodustada ka teineteise suhtes teatud nurga all. Keevitusmehhanism sarnaneb paralleelse topeltkiire keevitusmehhanismiga. Katsetulemused näitavad, et kahe suure võimsusega laserkiire abil, mille nurk on teineteise suhtes 30° ja kaugus 1–2 mm, saab laserkiirega lehtrikujulise võtmeaugu. Võtmeaugu suurus on suurem ja stabiilsem, mis aitab keevituse kvaliteeti tõhusalt parandada. Praktikas saab kahe valguskiire vastastikust kombinatsiooni muuta vastavalt erinevatele keevitustingimustele, et saavutada erinevaid keevitusprotsesse.
6. Kahekiirelise laserkeevituse rakendusmeetod
Topeltkiirte saamist saab saavutada kahe erineva laserkiire kombineerimise teel või ühe laserkiire saab optilise spektromeetriasüsteemi abil keevitamiseks jagada kaheks laserkiireks. Valguskiire jagamiseks kaheks erineva võimsusega paralleelseks laserkiireks saab kasutada spektroskoopi või mõnda spetsiaalset optilist süsteemi. Pildil on kaks valguse jagamise põhimõtete skemaatilist diagrammi, kus kiirejagajatena kasutatakse fokuseerivaid peegleid.
Lisaks saab reflektorit kasutada ka kiirejagajana ning optilise tee viimast reflektorit saab kasutada kiirejagajana. Seda tüüpi reflektorit nimetatakse ka katusetüüpi reflektoriks. Selle peegeldav pind ei ole tasane pind, vaid koosneb kahest tasapinnast. Kahe peegeldava pinna lõikejoon asub peegli pinna keskel, sarnaselt katuseharjaga, nagu joonisel näidatud. Spektroskoobile langeb paralleelne valgusvihk, mis peegeldub kahelt tasapinnalt erinevate nurkade all, moodustades kaks valgusvihku, ja langeb fokuseeriva peegli erinevatesse asenditesse. Pärast fokuseerimist saadakse töödeldava detaili pinnale teatud kaugusel kaks valgusvihku. Kahe peegeldava pinna vahelise nurga ja katuse asendi muutmisega saab saada erineva fookuskauguse ja paigutusega jagatud valguskiiri.
Kui kasutatakse kahte erinevat tüüpilaserkiired tTopeltkiire moodustamiseks on palju kombinatsioone. Põhilisteks keevitustöödeks saab kasutada Gaussi energiajaotusega kvaliteetset CO2-laserit ja kuumtöötlustööde abistamiseks ristkülikukujulise energiajaotusega pooljuhtlaserit. Ühelt poolt on see kombinatsioon säästlikum. Teisest küljest saab kahe valguskiire võimsust eraldi reguleerida. Erinevate vuukide puhul saab laseri ja pooljuhtlaseri kattuva asendi reguleerimise abil saada reguleeritava temperatuurivälja, mis sobib väga hästi keevitamiseks. Protsessi juhtimine. Lisaks saab YAG-laserit ja CO2-laserit keevitamiseks kombineerida ka topeltkiireks, keevitamiseks saab kombineerida pidevat laserit ja impulsslaserit ning keevitamiseks saab kombineerida ka fokuseeritud ja defokuseeritud kiirt.
7. Kahekiirelise laserkeevituse põhimõte
3.1 Tsingitud lehtmetalli kahekiireline laserkeevitus
Tsingitud terasplekk on autotööstuses kõige sagedamini kasutatav materjal. Terase sulamistemperatuur on umbes 1500 °C, tsingi keemistemperatuur aga vaid 906 °C. Seetõttu tekib sulatuskeevitusmeetodi kasutamisel tavaliselt suures koguses tsingiauru, mis muudab keevitusprotsessi ebastabiilseks ja moodustab keevisõmblusesse poorid. Kattuvusliidete puhul toimub tsingitud kihi lendumine mitte ainult ülemisel ja alumisel pinnal, vaid ka liitepinnal. Keevitusprotsessi käigus eraldub tsingiaur mõnes kohas sulabasseini pinnalt kiiresti, samas kui teistes kohtades on tsingiaurudel sulabasseinist raske väljuda. Bath'i pinnal on keevituse kvaliteet väga ebastabiilne.
Topeltkiire laserkeevitus aitab lahendada tsingiauru põhjustatud keevituskvaliteedi probleeme. Üks meetod on kontrollida sulavanni olemasolu aega ja jahutuskiirust, sobitades mõistlikult kahe kiire energiat, et hõlbustada tsingiauru väljumist; teine meetod on tsingiauru vabastamine eelstantsimise või soonte freesimise teel. Nagu on näidatud joonisel 6-31, kasutatakse keevitamiseks CO2-laserit. YAG-laser asub CO2-laseri ees ja seda kasutatakse aukude puurimiseks või soonte lõikamiseks. Eeltöödeldud augud või sooned pakuvad järgneva keevitamise käigus tekkivale tsingiaurule väljumisteed, takistades sellel sulavannis püsimist ja defektide teket.
3.2 Alumiiniumsulami kahekiireline laserkeevitus
Alumiiniumsulamite eriliste jõudlusomaduste tõttu esineb laserkeevitamisel järgmisi raskusi [39]: alumiiniumisulamil on madal laseri neeldumiskiirus ja CO2 laserkiire pinna algne peegeldusvõime ületab 90%; alumiiniumisulamist laserkeevitusõmblusi on lihtne tekitada, näiteks poorsus, praod, sulami elementide põlemine keevitamise ajal jne. Ühe laserkeevituse kasutamisel on keeruline võtmeaugu rajamine ja stabiilsuse säilitamine. Kahekiireline laserkeevitus võib suurendada võtmeaugu suurust, mistõttu on võtmeaugul raske sulguda, mis on kasulik gaaslahendusele. Samuti võib see vähendada jahutuskiirust ning vähendada pooride ja keevituspragude teket. Kuna keevitusprotsess on stabiilsem ja pritsmete hulk on vähenenud, on alumiiniumisulamite kahekiirelise keevituse teel saadud keevispinna kuju oluliselt parem kui ühekiirelise keevituse korral. Joonisel 6-32 on näidatud 3 mm paksuse alumiiniumisulami põkk-keevituse keevisõmbluse välimus, kasutades CO2 ühekiirelist laserit ja kahekiirelist laserkeevitust.
Uuringud näitavad, et 2 mm paksuse 5000-seeria alumiiniumsulami keevitamisel, kui kahe tala vaheline kaugus on 0,6–1,0 mm, on keevitusprotsess suhteliselt stabiilne ja moodustunud võtmeaugu ava on suurem, mis soodustab magneesiumi aurustumist ja väljapääsu keevitusprotsessi ajal. Kui kahe tala vaheline kaugus on liiga väike, ei ole ühe tala keevitusprotsess stabiilne. Kui kaugus on liiga suur, mõjutab see keevituse läbitungimist, nagu on näidatud joonisel 6-33. Lisaks mõjutab kahe tala energia suhe oluliselt keevituse kvaliteeti. Kui kaks tala on keevitamiseks järjestikku paigutatud 0,9 mm vahekaugusega, tuleks eelmise tala energiat vastavalt suurendada, nii et kahe tala energia suhe enne ja pärast oleks suurem kui 1:1. See aitab parandada keevitusõmbluse kvaliteeti, suurendada sulamisala ja saada samal ajal sileda ja ilusa keevitusõmbluse suure keevituskiiruse korral.
3.3 Ebavõrdse paksusega plaatide topeltkiirkeevitus
Tööstuslikus tootmises on sageli vaja keevitada kahte või enamat erineva paksuse ja kujuga metallplaati, et moodustada liitplaat. Eriti autotööstuses on üha laialdasemalt kasutusel rätsepatööna valmistatud toorikud. Erinevate spetsifikatsioonide, pinnakatte või omadustega plaatide keevitamisega saab suurendada tugevust, vähendada kulumaterjale ja parandada kvaliteeti. Erineva paksusega plaatide laserkeevitust kasutatakse tavaliselt paneelide keevitamisel. Peamine probleem on see, et keevitatavad plaadid peavad olema eelnevalt vormitud ülitäpsete servadega ja tagama ülitäpse montaaži. Ebavõrdse paksusega plaatide kahekiirelise keevituse kasutamine võimaldab kohanduda plaatide vahede, otsaühenduste, suhtelise paksuse ja plaadimaterjalide erinevate muutustega. See võimaldab keevitada suurema serva- ja vahetolerantsiga plaate ning parandada keevituskiirust ja keevituse kvaliteeti.
Shuangguangdongi ebavõrdse paksusega plaatide keevitamise peamised protsessiparameetrid võib jagada keevitusparameetriteks ja plaadiparameetriteks, nagu on näidatud joonisel. Keevitusparameetrite hulka kuuluvad kahe laserkiire võimsus, keevituskiirus, fookusasend, keevituspea nurk, topeltkiire ühenduskoha pöördenurk ja keevitusnihe jne. Plaadi parameetrite hulka kuuluvad materjali suurus, jõudlus, lõiketingimused, plaadi vahed jne. Kahe laserkiire võimsust saab vastavalt erinevatele keevituseesmärkidele eraldi reguleerida. Fookusasend asub üldiselt õhukese plaadi pinnal, et saavutada stabiilne ja tõhus keevitusprotsess. Keevituspea nurk valitakse tavaliselt umbes 6 kraadi. Kui kahe plaadi paksus on suhteliselt suur, saab kasutada positiivset keevituspea nurka, st laserit kallutatakse õhukese plaadi poole, nagu pildil näidatud; kui plaadi paksus on suhteliselt väike, saab kasutada negatiivset keevituspea nurka. Keevitusnihe on defineeritud kui laseri fookuse ja paksu plaadi serva vaheline kaugus. Keevitusnihke reguleerimisega saab vähendada keevitusmõlki ja saada hea keevisõmbluse ristlõike.
Suurte vahedega plaatide keevitamisel saab efektiivse kiire kuumutusläbimõõtu suurendada topeltkiire nurga pööramisega, et saavutada hea vahede täitmine. Keevisõmbluse ülemise osa laius määratakse kahe laserkiire efektiivse kiire läbimõõdu, st kiire pöördenurga järgi. Mida suurem on pöördenurk, seda laiem on topeltkiire kuumutusvahemik ja seda suurem on keevisõmbluse ülemise osa laius. Kahel laserkiirel on keevitusprotsessis erinev roll. Ühte kasutatakse peamiselt õmbluse läbistamiseks, teist aga peamiselt paksu plaadimaterjali sulatamiseks vahe täitmiseks. Nagu on näidatud joonisel 6-35, langeb positiivse kiire pöördenurga korral (eesmine kiir mõjub paksule plaadile, tagumine kiir mõjub keevisõmblusele) esimene kiir paksule plaadile, et materjali kuumutada ja sulatada, ning järgmine laserkiir tekitab läbisöötmise. Esimene eesmine laserkiir suudab paksu plaati ainult osaliselt sulatada, kuid see aitab oluliselt kaasa keevitusprotsessile, kuna see mitte ainult ei sulata paksu plaadi külge parema tühimike täitmiseks, vaid ka eelnevalt ühendab liitematerjali, nii et järgmised kiired hõlbustavad liitekohtade läbikeevitamist, mis võimaldab kiiremat keevitamist. Topeltkiire keevitamisel negatiivse pöördenurgaga (eesmine kiir mõjub keevisõmblusele ja tagumine kiir mõjub paksule plaadile) on kahel kiirel täpselt vastupidine mõju. Esimene kiir sulatab liitekoha ja teine kiir sulatab paksu plaadi, et see tühimik täita. Sellisel juhul peab esimene kiir keevitama läbi külma plaadi ja keevituskiirus on aeglasem kui positiivse kiire pöördenurga kasutamisel. Ja eelmise kiire eelsoojendusefekti tõttu sulatab teine kiir sama võimsuse juures rohkem paksu plaatmaterjali. Sellisel juhul tuleks viimase laserkiire võimsust vastavalt vähendada. Võrdluseks, positiivse kiire pöördenurga kasutamine võib keevituskiirust vastavalt suurendada ja negatiivse kiire pöördenurga kasutamine võib saavutada parema tühimike täitmise. Joonis 6-36 näitab erinevate tala pöördenurkade mõju keevisõmbluse ristlõikele.
3.4 Suurte paksude plaatide kahekiireline laserkeevitus Laseri võimsustaseme ja kiire kvaliteedi paranemisega on suurte paksude plaatide laserkeevitus muutunud reaalsuseks. Kuna aga suure võimsusega laserid on kallid ja suurte paksude plaatide keevitamiseks on üldiselt vaja lisametalli, on tegelikul tootmisel teatud piirangud. Kahekiirelise laserkeevitustehnoloogia kasutamine mitte ainult ei suurenda laseri võimsust, vaid suurendab ka kiire efektiivset kuumutusläbimõõtu, suurendab lisatraadi sulatamise võimet, stabiliseerib laserkiire ava, parandab keevituse stabiilsust ja keevituse kvaliteeti.
Postituse aeg: 29. aprill 2024
