Jako zaawansowane narzędzie do obróbki, laser odgrywa coraz ważniejszą rolę w spawalnictwie przemysłowym. Chociaż tradycyjna technologia spawania laserowego pozwala w pewnym stopniu kontrolować te wady, jej skuteczność jest często ograniczona przez stałe parametry i procesy spawania. W ostatnich latach pojawienie się technologii laserowego spawania wahadłowego stanowi nowe rozwiązanie w zakresie kontroli wad spawalniczych. Wprowadzenie ruchu wahadłowego wiązki laserowej podczas procesu spawania pozwala znacząco poprawić charakterystykę dynamiczną jeziorka spawalniczego, optymalizując tym samym jakość spawania. Technologia laserowego spawania wahadłowego opiera się głównie na precyzyjnej kontroli wiązki laserowej i technologii ruchu wahadłowego, co pozwala na osiągnięcie wydajnego i wysokiej jakości spawania.
Poprawa wyglądu:
Podczasproces spawania, wiązka laserowa jest szybko i precyzyjnie przesuwana, aby pokryć cały obszar spawania. Gdy wiązka porusza się wzdłuż kierunku spoiny, oscyluje w różnych kształtach, takich jak koło, ósemka i helisa. Chen i in. użyli lasera wahadłowego do spawania różnych stopów aluminium i w porównaniu ze spawaniem laserowym bez wahadłowego, morfologia spoiny przedniej i tylnej podczas spawania laserowego wahadłowego uległa znacznej poprawie. Ponadto, spawanie laserowe z poprzecznym wahadłem jest stosowane w celu zwiększenia możliwości adaptacji luzu rowka. W przypadku niektórych przewodzących elementów łączących konieczne jest rozszerzenie obszaru nadprądowego, a także rozszerzenie metalowej powierzchni połączenia i również konieczne jest przesunięcie spawania laserowego, aby metalowa powierzchnia połączenia przybrała kształt litery „U”.
1. (a) i (b) statystyki morfologii przekroju spoiny i rozmiaru spoiny przy różnych trybach ruchu wahadłowego; (c) Kształtowanie się górnej powierzchni spoiny przy różnych trybach ruchu wahadłowego.
Poprawa słabego połączenia ścian bocznych:
Wada braku przetopienia ścianki bocznej występuje często podczas tradycyjnego spawania laserowego blach o średniej grubości metodą wąskoszczelinową. Wynika ona z nierównomiernego rozłożenia energii lasera w otworze, dużego dopływu ciepła w środku rowka i małego dopływu ciepła do ścianki bocznej rowka, co uniemożliwia uzyskanie dobrej kombinacji. Kluczowym sposobem na rozwiązanie problemu braku przetopienia ścianki bocznej jest zwiększenie dopływu ciepła do ścianki bocznej. W procesie spawania laserowego, dzięki wahadłowej zmianie wiązki laserowej, można uzyskać bardziej racjonalny rozkład energii na powierzchni przedmiotu obrabianego. Wraz ze zmianą szerokości rowka, amplituda wahania wiązki jest dostosowywana do szerokości rowka, aby uzyskać efektywny dopływ ciepła do ścianki bocznej.
2. Makroskopowy obraz spoiny od pierwszej warstwy (L1) do siódmej warstwy (L7) dla spawania laserowego z oscylacją lub bez.
Zmniejszenie wad porowatości:
Mechanizm hamowania drgań lasera w porach spawalniczych można przypisać poprawie stabilności małych otworów i poprawie płynności ciekłego metalu. Rysunek 3 przedstawia zachowanie się strumienia ciekłego jeziorka spawalniczego, widocznego dzięki cząsteczkom znacznika podczas procesu spawania. Ruchy wiązki światła powodują, że mały otwór wprawiany jest w ruch obrotowy o wysokiej częstotliwości i prędkości, co sprzyja wypływowi pęcherzyków i ma efekt „uwięzienia” zakrzepłych porów. Jednocześnie ruchy wiązki światła zwiększają powierzchnię małego otworu i zmniejszają prawdopodobieństwo jego niestabilnego zapadnięcia się w pęcherzyki.
3. (a) i (b) trajektorie cząstek znacznikowych podczas spawania; Obszar otworu dziurki od klucza: (c) brak wahadłowego lasera (d) wahadłowy laser.
Zmniejszenie uszkodzeń pęknięć:
Pęknięcie termiczne to rodzaj wady powstającej w procesie spawania w wyniku interakcji naprężeń wewnętrznych i czynników metalurgicznych, która często występuje w strefie wpływu ciepła (HAZ) podczas spawania. Powstawanie takich pęknięć jest związane z podatnością materiału na wysokie temperatury, naprężeniami spawalniczymi oraz składem chemicznym materiału. Tradycyjna technologia spawania laserowego może powodować pęknięcia termiczne w procesie spawania, głównie z następujących powodów: Po pierwsze, ze względu na wysoki pobór energii podczas spawania laserowego, powodujący szybkie nagrzewanie i chłodzenie obszaru spawania, co skutkuje dużym gradientem temperatury i naprężeniami cieplnymi; Po drugie, reakcja metalurgiczna w procesie spawania może prowadzić do segregacji zanieczyszczeń o niskiej temperaturze topnienia, tworząc fazę kruchą i zwiększając podatność na pęknięcia. Wreszcie, szybkie krzepnięcie materiału może prowadzić do niejednorodności mikrostruktury, a kierunek wzrostu kryształów kolumnowych jest od jeziorka stopionego do środka, jak pokazano na rysunku 4. W tym przypadku podatność na pękanie jest znacznie zwiększona.
4. Tryb krzepnięcia podczas spawania laserowego (a) konwencjonalne spawanie laserowe (b) spawanie laserowe wahadłowe.
Technologia spawania laserowego z oscylacją może skutecznie ograniczyć lub wyeliminować występowanie pęknięć na gorąco poprzez wprowadzenie oscylującej wiązki laserowej. Podczas procesu spawania laserowego z oscylacją, okresowe oscylacje wiązki laserowej wspomagają przepływ metalu w jeziorku stopowym, poprawiając w ten sposób jednorodność mikrostruktury. Ziarna rosną współosiowo w centrum jeziorka, jak pokazano na rysunku 5. Te współosiowe ziarna działają jak bariera ochronna, zapobiegając rozprzestrzenianiu się pęknięć, i pełnią funkcję izolacji termicznej, zapobiegając dalszemu rozprzestrzenianiu się pęknięć. Jednocześnie oscylujący laser pomaga ograniczyć powstawanie fazy kruchej w wyniku segregacji składników, zmniejszając ryzyko pęknięć termicznych.
5. (A) charakterystyka mikrostruktury krzepnięcia konwencjonalnych spoin spawanych laserowo (B) charakterystyka mikrostruktury krzepnięcia spoin obrotowych laserowych (CCW).
W porównaniu ze spawaniem laserowym samowulkanizującym, technologia spawania laserowego wahadłowego została uznana za skuteczny sposób na zmniejszenie tendencji do porowatości i eliminację wad, takich jak niedotopienie ścianek bocznych. Dzięki efektowi mieszania wiązki w jeziorku spawalniczym, technologia ta ma znaczące zalety w zakresie poprawy dopasowania szczelin, jednorodności mikrostruktury i rozdrobnienia ziarna. Zastosowanie technologii spawania laserowego wahadłowego może przyczynić się do szerszego zastosowania spawania laserowego, a także do uzyskania wydajnego, precyzyjnego spawania laserowego w przypadku większych elementów obrabianych i szerszych spoin, co oznacza, że podstawowy proces i dokładność montażu produktu ulegają obniżeniu.
Czas publikacji: 21-02-2025
