Berbanding dengan teknologi kimpalan tradisional,kimpalan lasermempunyai kelebihan yang tiada tandingan dalam ketepatan kimpalan, kecekapan, kebolehpercayaan, automasi dan aspek lain. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia telah berkembang pesat dalam bidang automobil, tenaga, elektronik dan bidang lain, dan dianggap sebagai salah satu teknologi pembuatan yang paling menjanjikan pada abad ke-21.
1. Gambaran keseluruhan rasuk bergandakimpalan laser
Rasuk bergandakimpalan laserialah menggunakan kaedah optik untuk memisahkan laser yang sama kepada dua pancaran cahaya yang berasingan untuk mengimpal, atau menggunakan dua jenis laser yang berbeza untuk digabungkan, seperti laser CO2, Nd: laser YAG dan laser semikonduktor berkuasa tinggi. Semua boleh digabungkan. Ia dicadangkan terutamanya untuk menyelesaikan kebolehsuaian kimpalan laser kepada ketepatan pemasangan, meningkatkan kestabilan proses kimpalan, dan meningkatkan kualiti kimpalan. Rasuk bergandakimpalan laserboleh dengan mudah dan fleksibel melaraskan medan suhu kimpalan dengan menukar nisbah tenaga rasuk, jarak rasuk, dan juga corak pengagihan tenaga dua rasuk laser, mengubah corak kewujudan lubang kunci dan corak aliran logam cecair dalam kolam lebur. Menyediakan pilihan proses kimpalan yang lebih luas. Ia bukan sahaja mempunyai kelebihan yang besarkimpalan laserpenembusan, kelajuan pantas dan ketepatan tinggi, tetapi juga sesuai untuk bahan dan sambungan yang sukar dikimpal dengan konvensionalkimpalan laser.
Untuk rasuk bergandakimpalan laser, kita mula-mula membincangkan kaedah pelaksanaan laser rasuk dua kali. Kesusasteraan yang komprehensif menunjukkan bahawa terdapat dua cara utama untuk mencapai kimpalan rasuk dua: pemfokusan penghantaran dan pemfokusan pantulan. Khususnya, satu dicapai dengan melaraskan sudut dan jarak dua laser melalui cermin fokus dan cermin kolimat. Yang lain dicapai dengan menggunakan sumber laser dan kemudian memfokus melalui cermin pemantul, cermin transmissive dan cermin berbentuk baji untuk mencapai pancaran dwi. Untuk kaedah pertama, terdapat terutamanya tiga bentuk. Bentuk pertama adalah untuk menggandingkan dua laser melalui gentian optik dan membahagikannya kepada dua rasuk berbeza di bawah cermin kolimat dan cermin fokus yang sama. Yang kedua ialah dua sinar laser mengeluarkan sinar laser melalui kepala kimpalan masing-masing, dan rasuk berganda dibentuk dengan melaraskan kedudukan ruang kepala kimpalan. Kaedah ketiga ialah pancaran laser pertama kali dibelah melalui dua cermin 1 dan 2, dan kemudian difokuskan oleh dua cermin fokus 3 dan 4 masing-masing. Kedudukan dan jarak antara dua titik fokus boleh dilaraskan dengan melaraskan sudut dua cermin fokus 3 dan 4. Kaedah kedua ialah menggunakan laser keadaan pepejal untuk membelah cahaya untuk mencapai rasuk dwi, dan melaraskan sudut dan jarak melalui cermin perspektif dan cermin fokus. Dua gambar terakhir dalam baris pertama di bawah menunjukkan sistem spektroskopi laser CO2. Cermin rata digantikan dengan cermin berbentuk baji dan diletakkan di hadapan cermin fokus untuk membelah cahaya untuk mencapai cahaya selari dwi rasuk.
Selepas memahami pelaksanaan rasuk berganda, mari kita perkenalkan secara ringkas prinsip dan kaedah kimpalan. Dalam rasuk bergandakimpalan laserproses, terdapat tiga susunan rasuk biasa, iaitu susunan bersiri, susunan selari dan susunan hibrid. kain, iaitu, terdapat jarak dalam kedua-dua arah kimpalan dan arah menegak kimpalan. Seperti yang ditunjukkan dalam baris terakhir rajah, mengikut bentuk lubang kecil dan kolam lebur yang berbeza yang muncul di bawah jarak tempat yang berbeza semasa proses kimpalan bersiri, ia boleh dibahagikan lagi kepada leburan tunggal. Terdapat tiga keadaan: kolam, kolam lebur biasa dan kolam lebur berasingan. Ciri-ciri kolam lebur tunggal dan kolam lebur berasingan adalah serupa dengan kolam lebur tunggalkimpalan laser, seperti yang ditunjukkan dalam rajah simulasi berangka. Terdapat kesan proses yang berbeza untuk jenis yang berbeza.
Jenis 1: Di bawah jarak tempat tertentu, dua lubang kunci rasuk membentuk lubang kunci besar yang sama dalam kolam lebur yang sama; untuk jenis 1, dilaporkan bahawa satu pancaran cahaya digunakan untuk mencipta lubang kecil, dan pancaran cahaya yang lain digunakan untuk rawatan haba kimpalan, yang boleh meningkatkan sifat struktur keluli karbon tinggi dan keluli aloi dengan berkesan.
Jenis 2: Tingkatkan jarak titik dalam kolam lebur yang sama, pisahkan dua rasuk menjadi dua lubang kunci bebas, dan tukar corak aliran kolam lebur; untuk jenis 2, fungsinya bersamaan dengan dua kimpalan rasuk elektron, Mengurangkan percikan kimpalan dan kimpalan tidak teratur pada jarak fokus yang sesuai.
Jenis 3: Tingkatkan lagi jarak titik dan tukar nisbah tenaga kedua-dua rasuk, supaya satu daripada dua rasuk digunakan sebagai sumber haba untuk melakukan pemprosesan pra-kimpalan atau pasca-kimpalan semasa proses kimpalan, dan rasuk yang lain digunakan untuk menghasilkan lubang kecil. Bagi jenis 3, kajian mendapati bahawa kedua-dua rasuk membentuk lubang kunci, lubang kecil tidak mudah runtuh, dan kimpalan tidak mudah menghasilkan liang.
2. Pengaruh proses kimpalan terhadap kualiti kimpalan
Kesan nisbah rasuk-tenaga bersiri pada pembentukan jahitan kimpalan
Apabila kuasa laser ialah 2kW, kelajuan kimpalan ialah 45 mm/s, jumlah nyahfokus ialah 0mm, dan jarak rasuk ialah 3 mm, bentuk permukaan kimpalan apabila menukar RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) adalah seperti ditunjukkan dalam rajah. Apabila RS=0.50 dan 2.00, kimpalan menjadi kemek pada tahap yang lebih besar, dan terdapat lebih banyak percikan di tepi kimpalan, tanpa membentuk corak sisik ikan biasa. Ini kerana apabila nisbah tenaga rasuk terlalu kecil atau terlalu besar, tenaga laser terlalu pekat, menyebabkan lubang jarum laser berayun dengan lebih serius semasa proses kimpalan, dan tekanan mundur stim menyebabkan lonjakan dan percikan cair. logam kolam dalam kolam cair; Input haba yang berlebihan menyebabkan kedalaman penembusan kolam lebur pada bahagian aloi aluminium menjadi terlalu besar, menyebabkan kemurungan di bawah tindakan graviti. Apabila RS=0.67 dan 1.50, corak sisik ikan pada permukaan kimpalan adalah seragam, bentuk kimpalan lebih cantik, dan tiada rekahan panas kimpalan yang kelihatan, liang dan kecacatan kimpalan lain pada permukaan kimpalan. Bentuk keratan rentas kimpalan dengan nisbah tenaga rasuk berbeza RS adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Keratan rentas kimpalan adalah dalam "bentuk gelas wain" tipikal, menunjukkan bahawa proses kimpalan dijalankan dalam mod kimpalan penembusan dalam laser. RS mempunyai pengaruh penting pada kedalaman penembusan P2 kimpalan pada bahagian aloi aluminium. Apabila nisbah tenaga rasuk RS=0.5, P2 ialah 1203.2 mikron. Apabila nisbah tenaga rasuk ialah RS=0.67 dan 1.5, P2 berkurangan dengan ketara, iaitu masing-masing 403.3 mikron dan 93.6 mikron. Apabila nisbah tenaga rasuk ialah RS=2, kedalaman penembusan kimpalan keratan rentas sambungan ialah 1151.6 mikron.
Kesan nisbah rasuk-tenaga selari pada pembentukan jahitan kimpalan
Apabila kuasa laser ialah 2.8kW, kelajuan kimpalan ialah 33mm/s, jumlah nyahfokus ialah 0mm, dan jarak rasuk ialah 1mm, permukaan kimpalan diperoleh dengan menukar nisbah tenaga rasuk (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5 , 2, 4) Penampilan ditunjukkan dalam rajah. Apabila RS=2, corak sisik ikan pada permukaan kimpalan agak tidak teratur. Permukaan kimpalan yang diperolehi oleh lima nisbah tenaga rasuk berbeza yang lain terbentuk dengan baik, dan tiada kecacatan yang kelihatan seperti liang dan percikan. Oleh itu, berbanding dengan dwi-rasuk bersirikimpalan laser, permukaan kimpalan menggunakan dwi-rasuk selari adalah lebih seragam dan cantik. Apabila RS=0.25, terdapat sedikit kemurungan pada kimpalan; apabila nisbah tenaga rasuk meningkat secara beransur-ansur (RS=0.5, 0.67 dan 1.5), permukaan kimpalan adalah seragam dan tiada lekukan terbentuk; bagaimanapun, apabila nisbah tenaga rasuk meningkat lagi ( RS=1.50, 2.00), tetapi terdapat lekukan pada permukaan kimpalan. Apabila nisbah tenaga rasuk RS=0.25, 1.5 dan 2, bentuk keratan rentas kimpalan adalah "berbentuk gelas wain"; apabila RS=0.50, 0.67 dan 1, bentuk keratan rentas kimpalan adalah "berbentuk corong". Apabila RS=4, bukan sahaja retakan dijana di bahagian bawah kimpalan, tetapi juga beberapa liang dijana di bahagian tengah dan bawah kimpalan. Apabila RS=2, liang-liang proses besar muncul di dalam kimpalan, tetapi tiada retakan muncul. Apabila RS=0.5, 0.67 dan 1.5, kedalaman penembusan P2 kimpalan pada bahagian aloi aluminium adalah lebih kecil, dan keratan rentas kimpalan terbentuk dengan baik dan tiada kecacatan kimpalan yang jelas terbentuk. Ini menunjukkan bahawa nisbah tenaga rasuk semasa kimpalan laser dwi-rasuk selari juga mempunyai kesan penting ke atas penembusan kimpalan dan kecacatan kimpalan.
Rasuk selari – kesan jarak rasuk pada pembentukan jahitan kimpalan
Apabila kuasa laser ialah 2.8kW, kelajuan kimpalan ialah 33mm/s, jumlah nyahfokus ialah 0mm, dan nisbah tenaga rasuk RS=0.67, tukar jarak rasuk (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) untuk mendapatkan morfologi permukaan kimpalan seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Apabila d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, permukaan kimpalan licin dan rata, dan bentuknya cantik; corak sisik ikan kimpalan adalah teratur dan cantik, dan tidak ada liang yang kelihatan, retak dan kecacatan lain. Oleh itu, di bawah empat keadaan jarak rasuk, permukaan kimpalan terbentuk dengan baik. Di samping itu, apabila d=2 mm, dua kimpalan berbeza terbentuk, yang menunjukkan bahawa dua pancaran laser selari tidak lagi bertindak pada kolam lebur, dan tidak boleh membentuk kimpalan hibrid laser dwi-rasuk yang berkesan. Apabila jarak rasuk ialah 0.5mm, kimpalan adalah "berbentuk corong", kedalaman penembusan P2 kimpalan pada bahagian aloi aluminium ialah 712.9 mikron, dan tiada keretakan, liang dan kecacatan lain di dalam kimpalan. Apabila jarak rasuk terus meningkat, kedalaman penembusan P2 kimpalan pada bahagian aloi aluminium berkurangan dengan ketara. Apabila jarak rasuk ialah 1 mm, kedalaman penembusan kimpalan pada bahagian aloi aluminium hanyalah 94.2 mikron. Apabila jarak rasuk semakin meningkat, kimpalan tidak membentuk penembusan berkesan pada bahagian aloi aluminium. Oleh itu, apabila jarak rasuk ialah 0.5mm, kesan gabungan semula rasuk dua adalah yang terbaik. Apabila jarak rasuk meningkat, input haba kimpalan berkurangan dengan mendadak, dan kesan gabungan semula laser dua rasuk secara beransur-ansur menjadi lebih teruk.
Perbezaan dalam morfologi kimpalan disebabkan oleh aliran berbeza dan pemejalan penyejukan kolam lebur semasa proses kimpalan. Kaedah simulasi berangka bukan sahaja boleh membuat analisis tegasan kolam lebur lebih intuitif, tetapi juga mengurangkan kos eksperimen. Gambar di bawah menunjukkan perubahan dalam kolam lebur sisi dengan rasuk tunggal, susunan berbeza dan jarak tempat. Kesimpulan utama termasuk: (1) Semasa rasuk tunggalkimpalan laserproses, kedalaman lubang kolam cair adalah yang paling dalam, terdapat fenomena keruntuhan lubang, dinding lubang tidak teratur, dan pengagihan medan aliran berhampiran dinding lubang tidak sekata; berhampiran permukaan belakang kolam lebur Aliran semula adalah kuat, dan terdapat aliran semula ke atas di bahagian bawah kolam lebur; taburan medan aliran kolam lebur permukaan adalah agak seragam dan perlahan, dan lebar kolam lebur tidak sekata sepanjang arah kedalaman. Terdapat gangguan yang disebabkan oleh tekanan undur dinding dalam kolam lebur di antara lubang-lubang kecil di rasuk bergandakimpalan laser, dan ia sentiasa wujud di sepanjang arah kedalaman lubang-lubang kecil. Apabila jarak antara kedua-dua rasuk terus meningkat, ketumpatan tenaga rasuk secara beransur-ansur beralih dari satu puncak kepada keadaan puncak berganda. Terdapat nilai minimum antara dua puncak, dan ketumpatan tenaga berkurangan secara beransur-ansur. (2) Untuk rasuk bergandakimpalan laser, apabila jarak titik adalah 0-0.5mm, kedalaman lubang kecil kolam cair berkurangan sedikit, dan tingkah laku aliran kolam cair keseluruhan adalah serupa dengan rasuk tunggalkimpalan laser; apabila jarak titik melebihi 1mm, lubang-lubang kecil dipisahkan sepenuhnya, dan semasa proses kimpalan Hampir tiada interaksi antara kedua-dua laser, yang bersamaan dengan dua kimpalan laser rasuk tunggal berturut-turut/dua selari dengan kuasa 1750W. Hampir tiada kesan pemanasan awal, dan tingkah laku aliran kolam cair adalah serupa dengan kimpalan laser rasuk tunggal. (3) Apabila jarak tempat adalah 0.5-1mm, permukaan dinding lubang kecil lebih rata dalam dua susunan, kedalaman lubang kecil secara beransur-ansur berkurangan, dan bahagian bawah secara beransur-ansur memisahkan. Gangguan antara lubang kecil dan aliran kolam lebur permukaan adalah pada 0.8mm. Yang paling kuat. Untuk kimpalan bersiri, panjang kolam lebur secara beransur-ansur meningkat, lebar adalah yang terbesar apabila jarak titik ialah 0.8mm, dan kesan prapemanasan paling jelas apabila jarak titik ialah 0.8mm. Kesan daya Marangoni beransur lemah, dan lebih banyak cecair logam mengalir ke kedua-dua belah kolam cair. Jadikan taburan lebar cair lebih seragam. Untuk kimpalan selari, lebar kolam lebur secara beransur-ansur meningkat, dan panjang maksimum pada 0.8mm, tetapi tiada kesan pemanasan awal; aliran semula berhampiran permukaan yang disebabkan oleh daya Marangoni sentiasa wujud, dan aliran semula ke bawah di bahagian bawah lubang kecil secara beransur-ansur hilang; medan aliran keratan rentas tidak sebaik Ia kuat secara bersiri, gangguan hampir tidak menjejaskan aliran pada kedua-dua belah kolam lebur, dan lebar lebur diagihkan secara tidak sekata.
Masa siaran: 12-Okt-2023
