In paragone cù a tecnulugia di saldatura tradiziunale,saldatura laserhà vantaghji senza paragone in termini di precisione di saldatura, efficienza, affidabilità, automatizazione è altri aspetti. In l'ultimi anni, s'hè sviluppatu rapidamente in i campi di l'automobile, l'energia, l'elettronica è altri campi, è hè cunsideratu cum'è una di e tecnulugie di fabricazione più promettenti di u XXI seculu.
1. Panoramica di u doppiu fasciusaldatura laser
Doppiu fasciusaldatura laserhè di utilizà metudi ottichi per separà u listessu laser in dui fasci di luce separati per a saldatura, o di utilizà dui tipi diversi di laser per cumminà, cum'è u laser CO2, u laser Nd: YAG è u laser à semiconduttore d'alta putenza. Tutti ponu esse cumminati. Hè statu prupostu principalmente per risolve l'adattabilità di a saldatura laser à a precisione di l'assemblea, migliurà a stabilità di u prucessu di saldatura è migliurà a qualità di a saldatura. Doppiu fasciusaldatura laserpò aghjustà cunvenientemente è flessibile u campu di temperatura di saldatura cambiendu u rapportu di l'energia di u fasciu, a spaziatura di u fasciu, è ancu u schema di distribuzione di l'energia di i dui fasci laser, cambiendu u schema di esistenza di u bucu di serratura è u schema di flussu di metallu liquidu in u bagnu fusu. Fornisce una scelta più larga di prucessi di saldatura. Ùn hà micca solu i vantaghji di grandesaldatura laserpenetrazione, velocità rapida è alta precisione, ma hè ancu adatta per materiali è giunti chì sò difficiuli da saldà cù cunvenziunalisaldatura laser.
Per doppia travesaldatura laser, discuteremu prima i metudi d'implementazione di u laser à doppiu fasciu. A literatura cumpleta mostra chì ci sò dui modi principali per ottene a saldatura à doppiu fasciu: a focalizazione di trasmissione è a focalizazione di riflessione. Specificamente, unu hè ottenutu aghjustendu l'angulu è a spaziatura di dui laser attraversu specchi di focalizazione è specchi di collimazione. L'altru hè ottenutu aduprendu una fonte laser è dopu focalizazione attraversu specchi riflettenti, specchi trasmissivi è specchi in forma di cuneu per ottene fasci doppi. Per u primu metudu, ci sò principalmente trè forme. A prima forma hè di accoppià dui laser attraversu fibre ottiche è divideli in dui fasci diversi sottu à u listessu specchiu di collimazione è specchiu di focalizazione. U secondu hè chì dui laser emettenu fasci laser attraversu e so rispettive teste di saldatura, è un fasciu doppiu hè furmatu aghjustendu a pusizione spaziale di e teste di saldatura. U terzu metudu hè chì u fasciu laser hè prima divisu attraversu dui specchi 1 è 2, è dopu focalizatu da dui specchi di focalizazione 3 è 4 rispettivamente. A pusizione è a distanza trà i dui punti focali ponu esse aghjustate aghjustendu l'anguli di i dui specchi di focalizazione 3 è 4. U secondu metudu hè di utilizà un laser à statu solidu per dividisce a luce per ottene fasci doppi, è aghjustà l'angulu è a spaziatura attraversu un specchiu prospettivu è un specchiu di focalizazione. L'ultime duie imagine in a prima fila sottu mostranu u sistema spettroscopicu di un laser CO2. U specchiu pianu hè rimpiazzatu da un specchiu in forma di cuneu è piazzatu davanti à u specchiu di focalizazione per dividisce a luce per ottene una luce parallela à dui fasci.
Dopu avè capitu l'implementazione di e travi doppie, introducemu brevemente i principii è i metudi di saldatura. In a doppia travesaldatura laserprucessu, ci sò trè disposizioni cumuni di fasci, vale à dì a disposizione seriale, a disposizione parallela è a disposizione ibrida. tela, vale à dì, ci hè una distanza sia in a direzzione di saldatura sia in a direzzione verticale di saldatura. Cum'è mostratu in l'ultima fila di a figura, secondu e diverse forme di picculi fori è piscine fuse chì appariscenu sottu à diverse spaziature di punti durante u prucessu di saldatura seriale, ponu esse ulteriormente divisi in fusioni singole. Ci sò trè stati: piscina, piscina fusa cumuna è piscina fusa separata. E caratteristiche di a piscina fusa unica è di a piscina fusa separata sò simili à quelle di a piscina fusa unicasaldatura laser, cum'è mostratu in u diagrama di simulazione numerica. Ci sò diversi effetti di prucessu per diversi tipi.
Tipu 1: Sottu à una certa distanza trà i punti, dui fori di serratura di u fasciu formanu un grande foru di serratura cumunu in u listessu bagnu fusu; per u tipu 1, hè statu signalatu chì un fasciu di luce hè adupratu per creà un picculu foru, è l'altru fasciu di luce hè adupratu per u trattamentu termicu di saldatura, chì pò migliurà efficacemente e proprietà strutturali di l'acciaiu à altu carbone è di l'acciaiu alliatu.
Tipu 2: Aumentà a spaziatura di i punti in u listessu bagnu fusu, separà i dui fasci in dui fori di serratura indipendenti, è cambià u schema di flussu di u bagnu fusu; per u tipu 2, a so funzione hè equivalente à a saldatura à dui fasci di elettroni, Riduce i spruzzi di saldatura è e saldature irregulari à a lunghezza focale adatta.
Tipu 3: Aumentà ulteriormente a spaziatura di i punti è cambià u rapportu energeticu di i dui fasci, in modu chì unu di i dui fasci sia adupratu cum'è fonte di calore per eseguisce u prucessu di pre-saldatura o post-saldatura durante u prucessu di saldatura, è l'altru fasciu sia adupratu per generà picculi fori. Per u tipu 3, u studiu hà trovu chì i dui fasci formanu un bucu di serratura, u picculu foru ùn hè faciule da crollà, è a saldatura ùn hè faciule da pruduce pori.
2. L'influenza di u prucessu di saldatura nantu à a qualità di a saldatura
Effettu di u rapportu fasciu seriale-energia nantu à a furmazione di cuciture di saldatura
Quandu a putenza di u laser hè di 2 kW, a velocità di saldatura hè di 45 mm/s, a quantità di sfocatura hè di 0 mm, è a spaziatura di u fasciu hè di 3 mm, a forma di a superficia di saldatura quandu si cambia RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) hè cum'è mostrata in a figura. Quandu RS = 0,50 è 2,00, a saldatura hè ammaccata in più misura, è ci hè più spruzzi nantu à u bordu di a saldatura, senza furmà mudelli regulari di squame di pesce. Questu hè perchè quandu u rapportu di energia di u fasciu hè troppu chjucu o troppu grande, l'energia laser hè troppu cuncintrata, pruvucendu l'oscillazione più seria di u foru di punta di u laser durante u prucessu di saldatura, è a pressione di rinculu di u vapore provoca l'espulsione è u spruzzu di u metallu di u bagnu fusu in u bagnu fusu; L'apportu di calore eccessivu face chì a prufundità di penetrazione di u bagnu fusu nantu à u latu di a lega d'aluminiu sia troppu grande, pruvucendu una depressione sottu l'azione di a gravità. Quandu RS = 0,67 è 1,50, u mudellu di squame di pesce nantu à a superficia di a saldatura hè uniforme, a forma di a saldatura hè più bella, è ùn ci sò micca crepe calde di saldatura visibili, pori è altri difetti di saldatura nantu à a superficia di a saldatura. E forme di a sezione trasversale di e saldature cù diversi rapporti di energia di u fasciu RS sò cum'è mostrate in a figura. A sezione trasversale di e saldature hà una tipica "forma di bicchieru di vinu", chì indica chì u prucessu di saldatura hè realizatu in modu di saldatura à penetrazione profonda laser. RS hà una influenza impurtante nantu à a prufundità di penetrazione P2 di a saldatura nantu à u latu di a lega d'aluminiu. Quandu u rapportu di energia di u fasciu RS = 0,5, P2 hè 1203,2 micron. Quandu u rapportu di energia di u fasciu hè RS = 0,67 è 1,5, P2 hè significativamente riduttu, chì sò 403,3 micron è 93,6 micron rispettivamente. Quandu u rapportu di energia di u fasciu hè RS = 2, a prufundità di penetrazione di a saldatura di a sezione trasversale di u giuntu hè 1151,6 micron.
Effettu di u rapportu energia-fascio parallelu nantu à a furmazione di cuciture di saldatura
Quandu a putenza di u laser hè di 2,8 kW, a velocità di saldatura hè di 33 mm/s, a quantità di sfocatura hè di 0 mm, è a spaziatura di u fasciu hè di 1 mm, a superficia di saldatura hè ottenuta cambiendu u rapportu di energia di u fasciu (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). L'aspettu hè mostratu in a figura. Quandu RS = 2, u mudellu di squame di pesce nantu à a superficia di a saldatura hè relativamente irregulare. A superficia di a saldatura ottenuta da l'altri cinque diversi rapporti di energia di u fasciu hè ben furmata, è ùn ci sò difetti visibili cum'è pori è spruzzi. Dunque, paragunatu à u doppiu fasciu serialesaldatura laser, a superficia di saldatura cù travi doppie parallele hè più uniforme è bella. Quandu RS = 0,25, ci hè una ligera depressione in a saldatura; mentre u rapportu di energia di u fasciu aumenta gradualmente (RS = 0,5, 0,67 è 1,5), a superficia di a saldatura hè uniforme è ùn si forma alcuna depressione; tuttavia, quandu u rapportu di energia di u fasciu aumenta ulteriormente (RS = 1,50, 2,00), ma ci sò depressioni nantu à a superficia di a saldatura. Quandu u rapportu di energia di u fasciu RS = 0,25, 1,5 è 2, a forma di a sezione trasversale di a saldatura hè "in forma di bicchiere di vinu"; quandu RS = 0,50, 0,67 è 1, a forma di a sezione trasversale di a saldatura hè "in forma d'imbutu". Quandu RS = 4, micca solu si generanu crepe in u fondu di a saldatura, ma ancu alcuni pori sò generati in a parte media è inferiore di a saldatura. Quandu RS = 2, grandi pori di prucessu appariscenu in a saldatura, ma ùn appariscenu crepe. Quandu RS = 0,5, 0,67 è 1,5, a prufundità di penetrazione P2 di a saldatura da u latu di a lega d'aluminiu hè più chjuca, è a sezione trasversale di a saldatura hè ben furmata è ùn si formanu difetti di saldatura evidenti. Quessi mostranu chì u rapportu di energia di u fasciu durante a saldatura laser à doppiu fasciu parallelu hà ancu un impattu impurtante nantu à a penetrazione di a saldatura è i difetti di saldatura.
Trave parallela - l'effettu di a spaziatura di u trave nantu à a furmazione di cuciture di saldatura
Quandu a putenza di u laser hè di 2,8 kW, a velocità di saldatura hè di 33 mm/s, a quantità di sfocatura hè di 0 mm, è u rapportu di energia di u fasciu RS = 0,67, cambiate a spaziatura di u fasciu (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) per ottene a morfologia di a superficia di saldatura cum'è mostra l'imagine. Quandu d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, a superficia di a saldatura hè liscia è piatta, è a forma hè bella; u mudellu di squame di pesce di a saldatura hè regulare è bellu, è ùn ci sò pori visibili, crepe è altri difetti. Dunque, sottu à e quattru cundizioni di spaziatura di u fasciu, a superficia di saldatura hè ben furmata. Inoltre, quandu d = 2 mm, si formanu duie saldature diverse, ciò chì mostra chì i dui fasci laser paralleli ùn agiscenu più nantu à un bagnu fusu, è ùn ponu micca furmà una saldatura ibrida laser à doppiu fasciu efficace. Quandu a spaziatura di u fasciu hè di 0,5 mm, a saldatura hè in forma di "imbutu", a prufundità di penetrazione P2 di a saldatura da u latu di a lega d'aluminiu hè di 712,9 micron, è ùn ci sò micca crepe, pori è altri difetti in a saldatura. Mentre a spaziatura di u fasciu cuntinueghja à cresce, a prufundità di penetrazione P2 di a saldatura da u latu di a lega d'aluminiu diminuisce significativamente. Quandu a spaziatura di u fasciu hè di 1 mm, a prufundità di penetrazione di a saldatura da u latu di a lega d'aluminiu hè solu di 94,2 micron. Mentre a spaziatura di u fasciu aumenta ulteriormente, a saldatura ùn forma micca una penetrazione efficace da u latu di a lega d'aluminiu. Dunque, quandu a spaziatura di u fasciu hè di 0,5 mm, l'effettu di ricombinazione à doppiu fasciu hè u megliu. Mentre a spaziatura di u fasciu aumenta, l'apportu di calore di saldatura diminuisce bruscamente, è l'effettu di ricombinazione laser à dui fasci peghju gradualmente.
A diffarenza in a morfologia di a saldatura hè causata da u flussu differente è da a solidificazione di u raffreddamentu di u bagnu fusu durante u prucessu di saldatura. U metudu di simulazione numerica pò micca solu rende l'analisi di a tensione di u bagnu fusu più intuitiva, ma ancu riduce u costu sperimentale. L'imagine quì sottu mostra i cambiamenti in u bagnu fusu laterale cù un solu fasciu, diverse disposizioni è spaziatura di i punti. E principali cunclusioni includenu: (1) Durante u solu fasciusaldatura laserprucessu, a prufundità di u pirtusu di a piscina fusa hè a più prufonda, ci hè un fenomenu di crollu di u pirtusu, u muru di u pirtusu hè irregulare, è a distribuzione di u campu di flussu vicinu à u muru di u pirtusu hè irregulare; vicinu à a superficia posteriore di a piscina fusa U reflow hè forte, è ci hè un reflow ascendente in u fondu di a piscina fusa; a distribuzione di u campu di flussu di a piscina fusa di a superficia hè relativamente uniforme è lenta, è a larghezza di a piscina fusa hè irregulare longu a direzzione di a prufundità. Ci hè un disturbu causatu da a pressione di rinculu di u muru in a piscina fusa trà i picculi pirtusi in u doppiu fasciusaldatura laser, è esiste sempre longu a direzzione di a prufundità di i picculi fori. Mentre a distanza trà i dui fasci cuntinueghja à cresce, a densità d'energia di u fasciu passa gradualmente da un piccu unicu à un statu di piccu doppiu. Ci hè un valore minimu trà i dui picchi, è a densità d'energia diminuisce gradualmente. (2) Per u fasciu doppiusaldatura laser, quandu a spaziatura di u puntu hè 0-0.5mm, a prufundità di i picculi fori di u bagnu fusu diminuisce ligeramente, è u cumpurtamentu generale di u flussu di u bagnu fusu hè simile à quellu di un solu fasciu.saldatura laser; quandu a spaziatura di u puntu hè sopra à 1 mm, i picculi fori sò cumpletamente separati, è durante u prucessu di saldatura ùn ci hè guasi nisuna interazione trà i dui laser, chì hè equivalente à duie saldature laser à fasciu unicu consecutive / parallele cù una putenza di 1750 W. Ùn ci hè guasi nisun effettu di preriscaldamentu, è u cumpurtamentu di u flussu di a piscina fusa hè simile à quellu di a saldatura laser à fasciu unicu. (3) Quandu a spaziatura di u puntu hè 0,5-1 mm, a superficia di u muru di i picculi fori hè più piatta in i dui arrangiamenti, a prufundità di i picculi fori diminuisce gradualmente, è u fondu si separa gradualmente. U disturbu trà i picculi fori è u flussu di a piscina fusa di a superficia hè à 0,8 mm. U più forte. Per a saldatura seriale, a lunghezza di a piscina fusa aumenta gradualmente, a larghezza hè a più grande quandu a spaziatura di u puntu hè 0,8 mm, è l'effettu di preriscaldamentu hè più evidente quandu a spaziatura di u puntu hè 0,8 mm. L'effettu di a forza Marangoni s'indebulisce gradualmente, è più liquidu metallicu scorre da i dui lati di a piscina fusa. Rende a distribuzione di a larghezza di a fusione più uniforme. Per a saldatura parallela, a larghezza di a piscina fusa aumenta gradualmente, è a lunghezza hè massima à 0,8 mm, ma ùn ci hè micca effettu di preriscaldamentu; u reflow vicinu à a superficia causatu da a forza Marangoni esiste sempre, è u reflow discendente in u fondu di u picculu foru sparisce gradualmente; u campu di flussu trasversale ùn hè micca cusì bonu cum'è hè forte in serie, u disturbu ùn affetta guasi micca u flussu da i dui lati di a piscina fusa, è a larghezza fusa hè distribuita in modu irregulare.
Data di publicazione: 12 d'ottobre di u 2023
