Zaproponowano metodę spawania podwójną wiązką, głównie w celu rozwiązania problemu adaptacjispawanie laserowedo dokładności montażu, poprawy stabilności procesu spawania i poprawy jakości spoiny, szczególnie w przypadku spawania cienkich blach i spawania stopów aluminium. Spawanie laserowe podwójną wiązką może wykorzystywać metody optyczne do rozdzielenia tego samego lasera na dwie oddzielne wiązki światła do spawania. Może również łączyć dwa różne typy laserów: laser CO2, laser Nd:YAG i laser półprzewodnikowy dużej mocy. można łączyć. Zmieniając energię wiązek, odstęp między wiązkami, a nawet wzór rozkładu energii dwóch wiązek, pole temperatury spawania można wygodnie i elastycznie regulować, zmieniając wzór istnienia otworów i wzór przepływu ciekłego metalu w roztopionym jeziorku , zapewniając lepsze rozwiązanie dla procesu spawania. Ogromna przestrzeń wyboru nie ma sobie równych w przypadku spawania laserowego z pojedynczą wiązką. Ma nie tylko zalety dużej penetracji spawania laserowego, dużej prędkości i wysokiej precyzji, ale także ma duże możliwości dostosowania do materiałów i połączeń, które są trudne do spawania za pomocą konwencjonalnego spawania laserowego.
Zasadaspawanie laserowe dwuwiązkowe
Spawanie podwójną wiązką oznacza jednoczesne wykorzystanie dwóch wiązek lasera podczas procesu spawania. Układ wiązek, odstęp wiązek, kąt między dwiema wiązkami, położenie ogniskowania i stosunek energii obu wiązek to istotne ustawienia w przypadku spawania laserowego dwuwiązkowego. parametr. Zwykle podczas procesu spawania istnieją dwa sposoby ułożenia podwójnych belek. Jak pokazano na rysunku, jeden jest ułożony szeregowo wzdłuż kierunku spawania. Układ ten może zmniejszyć szybkość chłodzenia roztopionego jeziorka. Zmniejsza tendencję spoiny do hartowności i powstawanie porów. Drugim jest ułożenie ich obok siebie lub poprzecznie po obu stronach spoiny, aby poprawić dopasowanie do szczeliny spoiny.
Zasada spawania laserowego podwójną wiązką
Spawanie podwójną wiązką oznacza jednoczesne wykorzystanie dwóch wiązek lasera podczas procesu spawania. Układ wiązek, odstęp wiązek, kąt między dwiema wiązkami, położenie ogniskowania i stosunek energii obu wiązek to istotne ustawienia w przypadku spawania laserowego dwuwiązkowego. parametr. Zwykle podczas procesu spawania istnieją dwa sposoby ułożenia podwójnych belek. Jak pokazano na rysunku, jeden jest ułożony szeregowo wzdłuż kierunku spawania. Układ ten może zmniejszyć szybkość chłodzenia roztopionego jeziorka. Zmniejsza tendencję spoiny do hartowności i powstawanie porów. Drugim jest ułożenie ich obok siebie lub poprzecznie po obu stronach spoiny, aby poprawić dopasowanie do szczeliny spoiny.
W przypadku systemu spawania laserowego z podwójną wiązką w układzie tandem istnieją trzy różne mechanizmy spawania w zależności od odległości między przednią i tylną belką, jak pokazano na poniższym rysunku.
1. W pierwszym typie mechanizmu spawalniczego odległość pomiędzy dwiema wiązkami światła jest stosunkowo duża. Jedna wiązka światła ma większą gęstość energii i jest skupiana na powierzchni przedmiotu obrabianego, tworząc dziurki od klucza w spawaniu; druga wiązka światła ma mniejszą gęstość energii. Używany wyłącznie jako źródło ciepła do obróbki cieplnej przed spawaniem lub po spawaniu. Dzięki temu mechanizmowi spawalniczemu można regulować szybkość chłodzenia jeziorka spawalniczego w pewnym zakresie, co jest korzystne przy spawaniu niektórych materiałów o dużej wrażliwości na pękanie, takich jak stal wysokowęglowa, stal stopowa itp., a także może poprawić wytrzymałość spoiny.
2. W drugim typie mechanizmu spawalniczego odległość ogniskowania pomiędzy dwiema wiązkami światła jest stosunkowo niewielka. Dwie wiązki światła wytwarzają dwie niezależne dziurki od klucza w jeziorku spawalniczym, co zmienia wzór przepływu ciekłego metalu i pomaga zapobiegać zatarciom. Może wyeliminować występowanie defektów, takich jak krawędzie i wybrzuszenia ściegu spoiny oraz poprawić tworzenie spoiny.
3. W trzecim typie mechanizmu spawalniczego odległość między dwiema wiązkami światła jest bardzo mała. W tym momencie dwie wiązki światła wytwarzają tę samą dziurkę od klucza w jeziorku spawalniczym. W porównaniu ze spawaniem laserowym z pojedynczą wiązką, ponieważ dziurka od klucza staje się większa i nie jest łatwa do zamknięcia, proces spawania jest bardziej stabilny, a gaz jest łatwiejszy do odprowadzania, co jest korzystne dla zmniejszenia porów i odprysków oraz uzyskania ciągłego, jednolitego i piękne spawy.
Podczas procesu spawania obie wiązki lasera można ustawić także pod pewnym kątem względem siebie. Mechanizm zgrzewający jest podobny do mechanizmu zgrzewającego równoległego z podwójną wiązką. Wyniki testów pokazują, że stosując dwa OO dużej mocy ustawione pod kątem 30° względem siebie i w odległości 1~2 mm, wiązka lasera może uzyskać dziurkę od klucza w kształcie lejka. Rozmiar dziurki od klucza jest większy i bardziej stabilny, co może skutecznie poprawić jakość spawania. W zastosowaniach praktycznych wzajemną kombinację dwóch wiązek światła można zmieniać w zależności od różnych warunków spawania, aby uzyskać różne procesy spawania.
6. Metoda realizacji spawania laserowego dwuwiązkowego
Akwizycję podwójnych wiązek można uzyskać poprzez połączenie dwóch różnych wiązek lasera lub jedną wiązkę lasera można podzielić na dwie wiązki lasera w celu spawania za pomocą układu spektrometrii optycznej. Aby podzielić wiązkę światła na dwie równoległe wiązki laserowe o różnej mocy, można zastosować spektroskop lub specjalny układ optyczny. Rysunek przedstawia dwa schematyczne diagramy zasad rozszczepiania światła przy użyciu zwierciadeł skupiających jako rozdzielaczy wiązki.
Ponadto odbłyśnik może służyć również jako rozdzielacz wiązki, a ostatni odbłyśnik na ścieżce optycznej może służyć jako rozdzielacz wiązki. Ten typ odbłyśnika nazywany jest także odbłyśnikiem dachowym. Jego powierzchnia odblaskowa nie jest płaską powierzchnią, ale składa się z dwóch płaszczyzn. Linia przecięcia dwóch powierzchni odblaskowych znajduje się pośrodku powierzchni lustra, podobnie jak kalenica dachu, jak pokazano na rysunku. Wiązka równoległego światła pada na spektroskop, jest odbijana przez dwie płaszczyzny pod różnymi kątami, tworząc dwie wiązki światła i świeci w różnych pozycjach zwierciadła skupiającego. Po skupieniu uzyskuje się dwie wiązki światła w określonej odległości na powierzchni przedmiotu obrabianego. Zmieniając kąt między dwiema powierzchniami odblaskowymi i położeniem dachu, można uzyskać rozdzielone wiązki światła o różnych odległościach ogniskowania i rozmieszczeniu.
W przypadku korzystania z dwóch różnych typówpromienie laserowe to tworzą podwójną belkę, istnieje wiele kombinacji. Do głównych prac spawalniczych można zastosować wysokiej jakości laser CO2 o rozkładzie energii Gaussa, a do obróbki cieplnej można zastosować laser półprzewodnikowy o prostokątnym rozkładzie energii. Z jednej strony to połączenie jest bardziej ekonomiczne. Z drugiej strony moc dwóch wiązek światła można regulować niezależnie. W przypadku różnych form złączy można uzyskać regulowane pole temperaturowe, regulując położenie nakładania się lasera i lasera półprzewodnikowego, co jest bardzo odpowiednie do spawania. Kontrola procesu. Ponadto laser YAG i laser CO2 można również łączyć w podwójną wiązkę do spawania, laser ciągły i laser impulsowy można łączyć do spawania, a wiązkę skupioną i wiązkę rozogniskowaną można również łączyć do spawania.
7. Zasada spawania laserowego dwuwiązkowego
3.1 Spawanie laserowe dwuwiązkowe blach ocynkowanych
Blacha stalowa ocynkowana jest najpowszechniej stosowanym materiałem w przemyśle motoryzacyjnym. Temperatura topnienia stali wynosi około 1500°C, podczas gdy temperatura wrzenia cynku wynosi zaledwie 906°C. Dlatego przy stosowaniu metody zgrzewania zwykle wytwarza się duża ilość par cynku, co powoduje niestabilność procesu spawania. , tworząc pory w spoinie. W przypadku połączeń zakładkowych ulatnianie się warstwy cynku następuje nie tylko na powierzchniach górnych i dolnych, ale także na powierzchni złącza. Podczas procesu spawania w niektórych obszarach opary cynku szybko wydostają się z powierzchni jeziorka, podczas gdy w innych trudno jest wydostać się z jeziorka. Na powierzchni basenu jakość spawania jest bardzo niestabilna.
Spawanie laserowe podwójną wiązką może rozwiązać problemy z jakością spawania spowodowane oparami cynku. Jedną z metod jest kontrolowanie czasu istnienia i szybkości chłodzenia roztopionego jeziorka poprzez rozsądne dopasowanie energii dwóch wiązek, aby ułatwić ucieczkę par cynku; druga metoda polega na uwolnieniu oparów cynku poprzez wstępne wykrawanie lub rowkowanie. Jak pokazano na rysunku 6-31, do spawania używany jest laser CO2. Laser YAG znajduje się przed laserem CO2 i służy do wiercenia otworów lub wycinania rowków. Wstępnie obrobione otwory lub rowki zapewniają drogę ucieczki dla oparów cynku powstających podczas późniejszego spawania, zapobiegając ich pozostawaniu w jeziorku stopionego i tworzeniu defektów.
3.2 Spawanie laserowe dwuwiązkowe stopów aluminium
Ze względu na szczególne właściwości użytkowe materiałów ze stopów aluminium, istnieją następujące trudności w stosowaniu spawania laserowego [39]: stop aluminium ma niski współczynnik absorpcji lasera, a początkowy współczynnik odbicia powierzchni wiązki lasera CO2 przekracza 90%; szwy do spawania laserowego stopów aluminium są łatwe do wykonania. Porowatość, pęknięcia; wypalanie elementów stopowych podczas spawania itp. Przy stosowaniu pojedynczego spawania laserowego trudno jest ustalić dziurkę od klucza i zachować stabilność. Spawanie laserowe podwójną wiązką może zwiększyć rozmiar dziurki od klucza, utrudniając jej zamknięcie, co jest korzystne w przypadku wyładowań gazowych. Może również zmniejszyć szybkość chłodzenia i zmniejszyć występowanie porów i pęknięć spawalniczych. Dzięki stabilniejszemu procesowi spawania i zmniejszeniu ilości odprysków, kształt powierzchni spoiny uzyskany przy spawaniu dwuwiązkowym stopów aluminium jest również znacznie lepszy niż przy spawaniu jednowiązkowym. Rysunek 6-32 przedstawia wygląd spoiny zgrzewanej doczołowo stopu aluminium o grubości 3 mm przy użyciu jednowiązkowego i dwuwiązkowego lasera CO2.
Badania pokazują, że podczas spawania stopu aluminium serii 5000 o grubości 2 mm, gdy odległość pomiędzy dwoma belkami wynosi 0,6 ~ 1,0 mm, proces spawania jest stosunkowo stabilny, a powstający otwór w kształcie dziurki od klucza jest większy, co sprzyja parowaniu i ulatnianiu się magnezu podczas spawania. proces spawania. Jeżeli odległość pomiędzy dwiema belkami będzie zbyt mała, proces spawania pojedynczej belki nie będzie stabilny. Jeśli odległość jest zbyt duża, będzie to miało wpływ na penetrację spawania, jak pokazano na rysunku 6-33. Ponadto stosunek energii obu wiązek ma również duży wpływ na jakość spawania. Jeżeli do spawania dwie belki o rozstawie 0,9 mm zostaną ustawione szeregowo, należy odpowiednio zwiększyć energię poprzedniej belki, tak aby stosunek energii dwóch belek przed i po był większy niż 1:1. Pomocne jest polepszenie jakości szwu spawalniczego, zwiększenie obszaru topienia, a mimo to uzyskanie gładkiego i pięknego szwu spawalniczego, gdy prędkość spawania jest wysoka.
3.3 Spawanie podwójną wiązką blach o różnej grubości
W produkcji przemysłowej często konieczne jest zespawanie dwóch lub więcej blach metalowych o różnych grubościach i kształtach w celu utworzenia łączonej płyty. Szczególnie w produkcji samochodów zastosowanie półfabrykatów spawanych na zamówienie staje się coraz bardziej powszechne. Poprzez spawanie płyt o różnych specyfikacjach, powłokach powierzchniowych lub właściwościach można zwiększyć wytrzymałość, zmniejszyć zużycie materiałów eksploatacyjnych i obniżyć jakość. Przy spawaniu paneli zwykle stosuje się spawanie laserowe blach o różnych grubościach. Głównym problemem jest to, że spawane płyty muszą być wstępnie uformowane z bardzo precyzyjnymi krawędziami i zapewniać dużą precyzję montażu. Zastosowanie spawania dwuwiązkowego blach o różnej grubości pozwala dostosować się do różnych zmian w odstępach między płytami, połączeniach doczołowych, grubościach względnych i materiałach płyt. Może spawać płyty o większych tolerancjach krawędzi i szczelin oraz poprawiać prędkość i jakość spawania.
Główne parametry procesu spawania blach o różnej grubości przez Shuangguangdonga można podzielić na parametry spawania i parametry płyty, jak pokazano na rysunku. Parametry spawania obejmują moc dwóch wiązek lasera, prędkość spawania, położenie ogniska, kąt głowicy spawalniczej, kąt obrotu wiązki na styku podwójnej wiązki i przesunięcie spawania itp. Parametry płyty obejmują rozmiar materiału, wydajność, warunki przycinania, szczeliny między płytami itp. Moc dwóch wiązek laserowych można regulować oddzielnie w zależności od różnych celów spawania. Pozycja ogniskowania jest zwykle umiejscowiona na powierzchni cienkiej płyty, aby zapewnić stabilny i wydajny proces spawania. Kąt głowicy spawalniczej zwykle dobiera się na około 6. Jeśli grubość dwóch płyt jest stosunkowo duża, można zastosować dodatni kąt głowicy spawalniczej, to znaczy laser jest pochylony w stronę cienkiej blachy, jak pokazano na rysunku; gdy grubość blachy jest stosunkowo mała, można zastosować ujemny kąt głowicy spawalniczej. Offset spawania definiuje się jako odległość pomiędzy ogniskiem lasera a krawędzią grubej blachy. Dostosowując przesunięcie spoiny, można zmniejszyć ilość wgnieceń spoiny i uzyskać dobry przekrój spoiny.
Podczas spawania płyt z dużymi szczelinami można zwiększyć efektywną średnicę nagrzewania wiązki, obracając kąt podwójnej wiązki, aby uzyskać dobre możliwości wypełniania szczelin. Szerokość wierzchołka spoiny jest określona przez efektywną średnicę wiązki dwóch wiązek lasera, czyli kąt obrotu wiązki. Im większy kąt obrotu, tym szerszy jest zakres nagrzewania podwójnej belki i tym większa jest szerokość górnej części spoiny. Obie wiązki lasera odgrywają odmienną rolę w procesie spawania. Jeden służy głównie do penetracji szwu, podczas gdy drugi służy głównie do topienia grubego materiału płytowego w celu wypełnienia szczeliny. Jak pokazano na rysunku 6-35, pod dodatnim kątem obrotu wiązki (przednia belka działa na grubą płytę, tylna belka działa na spoinę), przednia wiązka pada na grubą płytę w celu podgrzania i stopienia materiału, oraz następny Promień lasera tworzy penetrację. Pierwsza wiązka lasera z przodu może tylko częściowo stopić grubą blachę, ale ma ogromny wpływ na proces spawania, ponieważ nie tylko topi bok grubej blachy w celu lepszego wypełnienia szczeliny, ale także wstępnie łączy materiał złącza tak, że następujące belki Łatwiej jest spawać złącza, co pozwala na szybsze spawanie. Przy spawaniu dwuwiązkowym z ujemnym kątem obrotu (belka przednia działa na spoinę, a belka tylna na grubą blachę) obie wiązki działają dokładnie odwrotnie. Pierwsza wiązka topi złącze, a druga wiązka topi grubą płytę, aby ją wypełnić. luka. W tym przypadku do spawania przez zimną płytę wymagana jest belka przednia, a prędkość spawania jest mniejsza niż przy dodatnim kącie obrotu belki. Ze względu na efekt wstępnego podgrzewania poprzedniej wiązki, ta ostatnia wiązka stopi grubszy materiał płytowy przy tej samej mocy. W takim przypadku należy odpowiednio zmniejszyć moc tej ostatniej wiązki lasera. Dla porównania, zastosowanie dodatniego kąta obrotu wiązki może odpowiednio zwiększyć prędkość spawania, a zastosowanie ujemnego kąta obrotu wiązki może zapewnić lepsze wypełnienie szczeliny. Rysunek 6-36 pokazuje wpływ różnych kątów obrotu belki na przekrój spoiny.
3.4 Spawanie laserowe podwójną wiązką dużych grubych blach Wraz z poprawą poziomu mocy lasera i jakości wiązki, spawanie laserowe dużych grubych blach stało się rzeczywistością. Jednakże, ponieważ lasery dużej mocy są drogie, a spawanie dużych i grubych blach zazwyczaj wymaga spoiwa, istnieją pewne ograniczenia w rzeczywistej produkcji. Zastosowanie technologii spawania laserowego z podwójną wiązką może nie tylko zwiększyć moc lasera, ale także zwiększyć efektywną średnicę nagrzewania wiązki, zwiększyć zdolność topienia drutu dodatkowego, ustabilizować dziurkę od klucza lasera, poprawić stabilność spawania i poprawić jakość spawania.
Czas publikacji: 29 kwietnia 2024 r
