Vergeleken met traditionele lastechnologie,laserlassenheeft ongeëvenaarde voordelen op het gebied van lasnauwkeurigheid, efficiëntie, betrouwbaarheid, automatisering en andere aspecten. De afgelopen jaren heeft het zich snel ontwikkeld op het gebied van auto's, energie, elektronica en andere gebieden, en wordt het beschouwd als een van de meest veelbelovende productietechnologieën van de 21e eeuw.
1. Overzicht dubbele liggerlaserlassen
Dubbele straallaserlassenis het gebruik van optische methoden om dezelfde laser in twee afzonderlijke lichtbundels te scheiden voor het lassen, of om twee verschillende soorten lasers te combineren, zoals CO2-laser, Nd: YAG-laser en krachtige halfgeleiderlaser. Alles kan gecombineerd worden. Er werd voornamelijk voorgesteld om het aanpassingsvermogen van laserlassen aan de nauwkeurigheid van de assemblage op te lossen, de stabiliteit van het lasproces te verbeteren en de kwaliteit van de las te verbeteren. Dubbele straallaserlassenkan het lastemperatuurveld gemakkelijk en flexibel aanpassen door de energieverhouding van de straal, de straalafstand en zelfs het energieverdelingspatroon van de twee laserstralen te veranderen, waardoor het bestaanspatroon van het sleutelgat en het stromingspatroon van vloeibaar metaal in het gesmolten zwembad veranderen. Biedt een ruimere keuze aan lasprocessen. Het heeft niet alleen de voordelen van grootlaserlassenpenetratie, hoge snelheid en hoge precisie, maar is ook geschikt voor materialen en verbindingen die moeilijk te lassen zijn met conventioneellaserlassen.
Voor dubbele straallaserlassenbespreken we eerst de implementatiemethoden van laser met dubbele straal. Uit de uitgebreide literatuur blijkt dat er twee belangrijke manieren zijn om dubbelbundellassen te bereiken: transmissiefocussering en reflectiefocussering. Concreet wordt dit bereikt door de hoek en de afstand van twee lasers aan te passen door middel van focusserende spiegels en collimerende spiegels. De andere wordt bereikt door een laserbron te gebruiken en vervolgens te focusseren via reflecterende spiegels, doorlatende spiegels en wigvormige spiegels om dubbele bundels te verkrijgen. Voor de eerste methode zijn er hoofdzakelijk drie vormen. De eerste vorm is om twee lasers via optische vezels te koppelen en deze in twee verschillende bundels te splitsen onder dezelfde collimerende spiegel en focusserende spiegel. De tweede is dat twee lasers laserstralen uitzenden via hun respectievelijke laskoppen, en dat er een dubbele straal wordt gevormd door de ruimtelijke positie van de laskoppen aan te passen. De derde methode is dat de laserstraal eerst wordt gesplitst door twee spiegels 1 en 2, en vervolgens wordt gefocusseerd door respectievelijk twee focusseringsspiegels 3 en 4. De positie en afstand tussen de twee brandpunten kunnen worden aangepast door de hoeken van de twee focusseerspiegels 3 en 4 aan te passen. De tweede methode is het gebruik van een solid-state laser om het licht te splitsen om dubbele bundels te verkrijgen, en de hoek aan te passen en afstand door een perspectiefspiegel en een focusspiegel. De laatste twee afbeeldingen in de eerste rij hieronder tonen het spectroscopische systeem van een CO2-laser. De platte spiegel wordt vervangen door een wigvormige spiegel en voor de focusseerspiegel geplaatst om het licht te splitsen om parallel licht met dubbele bundel te verkrijgen.
Nadat we de implementatie van dubbele balken hebben begrepen, laten we de lasprincipes en -methoden kort introduceren. In de dubbele straallaserlassenproces zijn er drie gemeenschappelijke bundelopstellingen, namelijk seriële opstelling, parallelle opstelling en hybride opstelling. doek, dat wil zeggen dat er een afstand is in zowel de lasrichting als de verticale lasrichting. Zoals weergegeven in de laatste rij van de figuur, kunnen ze, afhankelijk van de verschillende vormen van kleine gaatjes en gesmolten poelen die tijdens het seriële lasproces onder verschillende puntafstanden verschijnen, verder worden onderverdeeld in afzonderlijke smeltingen. Er zijn drie toestanden: zwembad, gemeenschappelijk gesmolten zwembad en gescheiden gesmolten zwembad. De kenmerken van een enkel gesmolten bad en een gescheiden gesmolten bad zijn vergelijkbaar met die van een enkel gesmolten badlaserlassen, zoals weergegeven in het numerieke simulatiediagram. Er zijn verschillende proceseffecten voor verschillende typen.
Type 1: Onder een bepaalde onderlinge afstand vormen twee bundelsleutelgaten een gemeenschappelijk groot sleutelgat in hetzelfde smeltbad; voor type 1 wordt gerapporteerd dat één lichtstraal wordt gebruikt om een klein gaatje te creëren, en de andere lichtstraal wordt gebruikt voor warmtebehandeling bij lassen, wat de structurele eigenschappen van koolstofstaal en gelegeerd staal effectief kan verbeteren.
Type 2: Vergroot de vlekafstand in hetzelfde gesmolten bad, scheid de twee balken in twee onafhankelijke sleutelgaten en verander het stromingspatroon van het gesmolten bad; voor type 2 is de functie ervan gelijk aan twee-elektronenbundellassen. Vermindert lasspatten en onregelmatige lassen bij de juiste brandpuntsafstand.
Type 3: Vergroot de puntafstand verder en verander de energieverhouding van de twee balken, zodat een van de twee balken wordt gebruikt als warmtebron om voor- of nalasprocessen uit te voeren tijdens het lasproces, en de andere straal wordt gebruikt om kleine gaatjes te genereren. Voor type 3 bleek uit het onderzoek dat de twee balken een sleutelgat vormen, dat het kleine gat niet gemakkelijk instort en dat de las niet gemakkelijk poriën produceert.
2. De invloed van het lasproces op de laskwaliteit
Effect van seriële bundel-energieverhouding op lasnaadvorming
Wanneer het laservermogen 2 kW is, is de lassnelheid 45 mm/s, is de mate van onscherpte 0 mm en is de straalafstand 3 mm. De vorm van het lasoppervlak bij het veranderen van RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) is als weergegeven in de figuur. Wanneer RS=0,50 en 2,00 is de las meer gedeukt en is er meer spat op de rand van de las, zonder dat er regelmatige visschubbenpatronen ontstaan. Dit komt omdat wanneer de energieverhouding van de straal te klein of te groot is, de laserenergie te geconcentreerd is, waardoor het gaatje van de laser ernstiger gaat oscilleren tijdens het lasproces, en de terugslagdruk van de stoom het uitstoten en spatten van het gesmolten materiaal veroorzaakt. metaal in het gesmolten bad verzamelen; Overmatige warmte-inbreng zorgt ervoor dat de penetratiediepte van het gesmolten bad aan de kant van de aluminiumlegering te groot is, waardoor onder invloed van de zwaartekracht een depressie ontstaat. Wanneer RS=0,67 en 1,50 is het visschubbenpatroon op het lasoppervlak uniform, is de lasvorm mooier en zijn er geen zichtbare lasscheuren, poriën en andere lasfouten op het lasoppervlak. De dwarsdoorsnedevormen van de lassen met verschillende bundelenergieverhoudingen RS zijn zoals weergegeven in de figuur. De dwarsdoorsnede van de lassen heeft de typische “wijnglasvorm”, wat aangeeft dat het lasproces wordt uitgevoerd in de laserlasmodus met diepe penetratie. RS heeft een belangrijke invloed op de indringdiepte P2 van de las aan de zijde van de aluminiumlegering. Wanneer de bundelenergieverhouding RS=0,5 is P2 1203,2 micron. Wanneer de bundelenergieverhouding RS=0,67 en 1,5 is, wordt P2 aanzienlijk verminderd, respectievelijk 403,3 micron en 93,6 micron. Wanneer de energieverhouding van de straal RS=2 is, bedraagt de laspenetratiediepte van de verbindingsdoorsnede 1151,6 micron.
Effect van parallelle bundel-energieverhouding op lasnaadvorming
Wanneer het laservermogen 2,8 kW is, de lassnelheid 33 mm/s, de mate van onscherpte 0 mm en de straalafstand 1 mm, wordt het lasoppervlak verkregen door de energieverhouding van de straal te veranderen (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Het uiterlijk wordt weergegeven in de figuur. Wanneer RS=2 is het visschubbenpatroon op het oppervlak van de las relatief onregelmatig. Het oppervlak van de las verkregen door de andere vijf verschillende bundelenergieverhoudingen is goed gevormd en er zijn geen zichtbare defecten zoals poriën en spatten. Daarom vergeleken met seriële dual-beamlaserlassenHet lasoppervlak met parallelle dubbele balken is uniformer en mooier. Wanneer RS=0,25 is er een lichte inzinking in de las; naarmate de energieverhouding van de bundel geleidelijk toeneemt (RS = 0,5, 0,67 en 1,5), is het oppervlak van de las uniform en wordt er geen verdieping gevormd; Wanneer de energieverhouding van de bundel echter verder toeneemt (RS=1,50, 2,00), zijn er wel depressies op het oppervlak van de las. Wanneer de energieverhouding RS=0,25, 1,5 en 2, is de dwarsdoorsnedevorm van de las “wijnglasvormig”; wanneer RS=0,50, 0,67 en 1 is de dwarsdoorsnedevorm van de las “trechtervormig”. Wanneer RS=4 ontstaan er niet alleen scheuren aan de onderkant van de las, maar ontstaan er ook enkele poriën in het midden en onderste deel van de las. Wanneer RS=2 verschijnen er grote procesporiën in de las, maar verschijnen er geen scheuren. Wanneer RS=0,5, 0,67 en 1,5 is de penetratiediepte P2 van de las aan de kant van de aluminiumlegering kleiner en is de dwarsdoorsnede van de las goed gevormd en worden er geen duidelijke lasdefecten gevormd. Hieruit blijkt dat de energieverhouding van de straal tijdens parallel laserlassen met dubbele straal ook een belangrijke invloed heeft op de laspenetratie en lasfouten.
Parallelle straal – het effect van de straalafstand op de lasnaadvorming
Wanneer het laservermogen 2,8 kW is, de lassnelheid 33 mm/s, de mate van onscherpte 0 mm en de energieverhouding RS = 0,67, wijzigt u de straalafstand (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) om een de morfologie van het lasoppervlak zoals de afbeelding laat zien. Wanneer d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm is het oppervlak van de las glad en vlak en is de vorm mooi; het visschubbenpatroon van de las is regelmatig en mooi, en er zijn geen zichtbare poriën, scheuren en andere defecten. Daarom is het lasoppervlak onder de vier straalafstandsomstandigheden goed gevormd. Bovendien worden, wanneer d=2 mm, twee verschillende lassen gevormd, wat aantoont dat de twee parallelle laserstralen niet langer op een gesmolten bad inwerken en geen effectief hybride laserlassen met dubbele straal kunnen vormen. Wanneer de straalafstand 0,5 mm is, is de las "trechtervormig", is de penetratiediepte P2 van de las aan de kant van de aluminiumlegering 712,9 micron en zijn er geen scheuren, poriën en andere defecten in de las. Naarmate de afstand tussen de balken blijft toenemen, neemt de penetratiediepte P2 van de las aan de zijde van de aluminiumlegering aanzienlijk af. Wanneer de straalafstand 1 mm bedraagt, bedraagt de penetratiediepte van de las aan de zijde van de aluminiumlegering slechts 94,2 micron. Naarmate de afstand tussen de balken verder toeneemt, vormt de las geen effectieve penetratie aan de zijde van de aluminiumlegering. Wanneer de straalafstand 0,5 mm bedraagt, is het recombinatie-effect met dubbele straal het beste. Naarmate de afstand tussen de bundels groter wordt, neemt de warmte-inbreng bij het lassen scherp af en wordt het recombinatie-effect van de tweebundellaser geleidelijk erger.
Het verschil in lasmorfologie wordt veroorzaakt door de verschillende stroming en stolling door koeling van het gesmolten bad tijdens het lasproces. De numerieke simulatiemethode kan niet alleen de spanningsanalyse van het gesmolten zwembad intuïtiever maken, maar ook de experimentele kosten verlagen. De onderstaande afbeelding toont de veranderingen in het smeltbad aan de zijkant met een enkele balk, verschillende opstellingen en vlekafstanden. De belangrijkste conclusies zijn: (1) Tijdens de enkele straallaserlassenproces, de diepte van het gesmolten poelgat is het diepst, er is een fenomeen van instorting van het gat, de gatwand is onregelmatig en de stroomveldverdeling nabij de gatwand is ongelijk; nabij het achteroppervlak van de gesmolten poel. De terugvloeiing is sterk en er is een opwaartse terugvloeiing op de bodem van de gesmolten poel; de stroomveldverdeling van het smeltbad aan het oppervlak is relatief uniform en langzaam, en de breedte van het gesmolten bad is ongelijkmatig in de diepterichting. Er is verstoring veroorzaakt door de terugslagdruk van de muur in het gesmolten bad tussen de kleine gaten in de dubbele balklaserlassen, en het bestaat altijd in de diepterichting van de kleine gaten. Naarmate de afstand tussen de twee bundels blijft toenemen, gaat de energiedichtheid van de bundel geleidelijk over van een enkele piek naar een dubbele piektoestand. Er is een minimumwaarde tussen de twee pieken en de energiedichtheid neemt geleidelijk af. (2) Voor dubbelliggerlaserlassenWanneer de vlekafstand 0-0,5 mm bedraagt, neemt de diepte van de kleine gaten in het gesmolten zwembad enigszins af en is het algehele stromingsgedrag van het gesmolten zwembad vergelijkbaar met dat van een enkele straallaserlassen; wanneer de puntafstand groter is dan 1 mm, zijn de kleine gaatjes volledig gescheiden en tijdens het lasproces is er vrijwel geen interactie tussen de twee lasers, wat overeenkomt met twee opeenvolgende/twee parallelle laserlassen met een enkele straal met een vermogen van 1750 W. Er is vrijwel geen voorverwarmingseffect en het stromingsgedrag van het gesmolten zwembad is vergelijkbaar met dat van laserlassen met een enkele straal. (3) Wanneer de vlekafstand 0,5-1 mm bedraagt, is het wandoppervlak van de kleine gaten vlakker in de twee opstellingen, neemt de diepte van de kleine gaten geleidelijk af en scheidt de bodem geleidelijk. De verstoring tussen de kleine gaten en de stroming van het smeltbad aan het oppervlak bedraagt 0,8 mm. De sterkste. Bij serieel lassen neemt de lengte van het gesmolten bad geleidelijk toe, de breedte is het grootst wanneer de puntafstand 0,8 mm is, en het voorverwarmingseffect is het duidelijkst wanneer de puntafstand 0,8 mm is. Het effect van de Marangoni-kracht verzwakt geleidelijk en er stroomt meer metaalvloeistof naar beide zijden van het gesmolten bad. Maak de smeltbreedteverdeling uniformer. Bij parallel lassen neemt de breedte van het gesmolten bad geleidelijk toe en is de lengte maximaal 0,8 mm, maar er is geen voorverwarmingseffect; de terugvloeiing nabij het oppervlak, veroorzaakt door de Marangoni-kracht, bestaat altijd, en de neerwaartse terugvloeiing op de bodem van het kleine gaatje verdwijnt geleidelijk; het stromingsveld in de dwarsdoorsnede is niet zo goed als sterk in serie, de verstoring heeft nauwelijks invloed op de stroming aan beide zijden van het gesmolten bad en de gesmolten breedte is ongelijk verdeeld.
Posttijd: 12 oktober 2023
