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 laseradalah dengan menggunakan kaedah optik untuk memisahkan laser yang sama kepada dua pancaran cahaya yang berasingan untuk kimpalan, atau menggunakan dua jenis laser yang berbeza untuk digabungkan, seperti laser CO2, laser Nd: 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. Pancaran bergandakimpalan laserboleh melaraskan medan suhu kimpalan dengan mudah dan fleksibel dengan mengubah nisbah tenaga pancaran, jarak pancaran, dan juga corak taburan tenaga dua pancaran 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, pertama sekali kita akan membincangkan kaedah pelaksanaan laser pancaran berganda. Literatur yang komprehensif menunjukkan bahawa terdapat dua cara utama untuk mencapai kimpalan pancaran berganda: pemfokusan penghantaran dan pemfokusan pantulan. Secara khususnya, satu dicapai dengan melaraskan sudut dan jarak dua laser melalui cermin pemfokusan dan cermin kolimat. Yang satu lagi dicapai dengan menggunakan sumber laser dan kemudian memfokuskan melalui cermin pantulan, cermin transmisif dan cermin berbentuk baji untuk mencapai pancaran berganda. Untuk kaedah pertama, terdapat tiga bentuk utama. Bentuk pertama adalah untuk menggabungkan dua laser melalui gentian optik dan membahagikannya kepada dua pancaran berbeza di bawah cermin kolimat dan cermin pemfokusan yang sama. Yang kedua ialah dua laser mengeluarkan pancaran laser melalui kepala kimpalan masing-masing, dan pancaran berganda dibentuk dengan melaraskan kedudukan ruang kepala kimpalan. Kaedah ketiga ialah pancaran laser dipecahkan terlebih dahulu melalui dua cermin 1 dan 2, dan kemudian difokuskan oleh dua cermin pemfokusan 3 dan 4 masing-masing. Kedudukan dan jarak antara dua titik fokus boleh dilaraskan dengan melaraskan sudut dua cermin pemfokusan 3 dan 4. Kaedah kedua adalah dengan menggunakan laser keadaan pepejal untuk memisahkan cahaya bagi mencapai pancaran dwi, dan melaraskan sudut dan jarak melalui cermin perspektif dan cermin pemfokusan. 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 pemfokusan untuk memisahkan cahaya bagi mencapai pancaran dwi selari.
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 titik yang berbeza semasa proses kimpalan bersiri, ia boleh dibahagikan lagi kepada leburan tunggal. Terdapat tiga keadaan: kolam, kolam lebur biasa dan kolam lebur yang terpisah. Ciri-ciri kolam lebur tunggal dan kolam lebur yang terpisah adalah serupa dengan ciri-ciri kolam lebur tunggalkimpalan laser, seperti yang ditunjukkan dalam gambar rajah simulasi berangka. Terdapat kesan proses yang berbeza untuk jenis yang berbeza.
Jenis 1: Di bawah jarak titik tertentu, dua lubang kunci rasuk membentuk lubang kunci besar yang sama dalam kolam cair 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, asingkan dua rasuk kepada dua lubang kunci bebas, dan ubah corak aliran kolam lebur; untuk jenis 2, fungsinya bersamaan dengan kimpalan dua rasuk elektron, Mengurangkan percikan kimpalan dan kimpalan tidak sekata pada panjang fokus yang sesuai.
Jenis 3: Tingkatkan lagi jarak titik dan ubah nisbah tenaga kedua-dua rasuk, supaya salah satu daripada dua rasuk digunakan sebagai sumber haba untuk melakukan pemprosesan pra-kimpalan atau pasca-kimpalan semasa proses kimpalan, dan rasuk yang satu lagi 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 tenaga rasuk bersiri pada pembentukan jahitan kimpalan
Apabila kuasa laser ialah 2kW, kelajuan kimpalan ialah 45 mm/s, jumlah defokus ialah 0mm, dan jarak pancaran ialah 3 mm, bentuk permukaan kimpalan apabila menukar RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Apabila RS=0.50 dan 2.00, kimpalan akan kemek pada tahap yang lebih besar, dan terdapat lebih banyak percikan di tepi kimpalan, tanpa membentuk corak sisik ikan yang sekata. Ini kerana apabila nisbah tenaga pancaran terlalu kecil atau terlalu besar, tenaga laser terlalu pekat, menyebabkan lubang jarum laser berayun dengan lebih serius semasa proses kimpalan, dan tekanan sentakan stim menyebabkan lontaran dan percikan logam kolam cair ke dalam kolam cair; Input haba yang berlebihan menyebabkan kedalaman penembusan kolam cair 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 retakan panas kimpalan, liang dan kecacatan kimpalan lain yang kelihatan pada permukaan kimpalan. Bentuk keratan rentas kimpalan dengan nisbah tenaga rasuk RS yang berbeza adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Keratan rentas kimpalan adalah dalam "bentuk gelas wain" yang tipikal, menunjukkan bahawa proses kimpalan dijalankan dalam mod kimpalan penembusan dalam laser. RS mempunyai pengaruh penting terhadap 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 tenaga rasuk selari pada pembentukan jahitan kimpalan
Apabila kuasa laser ialah 2.8kW, kelajuan kimpalan ialah 33mm/s, jumlah defokus ialah 0mm, dan jarak pancaran ialah 1mm, permukaan kimpalan diperoleh dengan mengubah nisbah tenaga pancaran (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). Rupa ditunjukkan dalam rajah. Apabila RS=2, corak sisik ikan pada permukaan kimpalan agak tidak sekata. Permukaan kimpalan yang diperoleh oleh lima nisbah tenaga pancaran berbeza yang lain terbentuk dengan baik, dan tiada kecacatan yang kelihatan seperti liang dan percikan. Oleh itu, berbanding dengan pancaran dwi bersirikimpalan laser, permukaan kimpalan yang menggunakan rasuk dwi selari adalah lebih seragam dan cantik. Apabila RS=0.25, terdapat sedikit lekukan 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; walau 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 dihasilkan di bahagian bawah kimpalan, tetapi juga beberapa liang dihasilkan di bahagian tengah dan bawah kimpalan. Apabila RS=2, liang proses yang 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 pancaran semasa kimpalan laser dwi-pancaran selari juga mempunyai kesan penting terhadap 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 defokus ialah 0mm, dan nisbah tenaga pancaran RS=0.67, ubah jarak pancaran (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 sekata dan cantik, dan tiada liang, retakan dan kecacatan lain yang kelihatan. Oleh itu, di bawah keadaan jarak empat pancaran, 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-pancaran yang berkesan. Apabila jarak rasuk ialah 0.5mm, kimpalan tersebut berbentuk "corong", kedalaman penembusan P2 kimpalan pada bahagian aloi aluminium ialah 712.9 mikron, dan tiada retakan, 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 hanya 94.2 mikron. Apabila jarak rasuk semakin meningkat, kimpalan tidak membentuk penembusan yang berkesan pada bahagian aloi aluminium. Oleh itu, apabila jarak rasuk ialah 0.5mm, kesan penggabungan semula rasuk berganda adalah yang terbaik. Apabila jarak rasuk meningkat, input haba kimpalan berkurangan dengan mendadak, dan kesan penggabungan semula laser dua rasuk secara beransur-ansur menjadi lebih teruk.
Perbezaan morfologi kimpalan disebabkan oleh aliran dan pemejalan penyejukan kolam lebur yang berbeza semasa proses kimpalan. Kaedah simulasi berangka bukan sahaja dapat menjadikan analisis tegasan kolam lebur lebih intuitif, tetapi juga mengurangkan kos eksperimen. Gambar di bawah menunjukkan perubahan dalam kolam lebur sisi dengan rasuk tunggal, susunan dan jarak titik yang berbeza. Kesimpulan utama termasuk: (1) Semasa rasuk tunggalkimpalan laserDalam proses ini, kedalaman lubang kolam cair adalah yang paling dalam, terdapat fenomena keruntuhan lubang, dinding lubang tidak teratur, dan taburan medan aliran berhampiran dinding lubang tidak sekata; berhampiran permukaan belakang kolam cair, aliran balik adalah kuat, dan terdapat aliran balik ke atas di bahagian bawah kolam cair; taburan medan aliran permukaan kolam cair agak seragam dan perlahan, dan lebar kolam cair tidak sekata di sepanjang arah kedalaman. Terdapat gangguan yang disebabkan oleh tekanan sentakan dinding dalam kolam cair antara lubang kecil dalam rasuk berganda.kimpalan laser, dan ia sentiasa wujud di sepanjang arah kedalaman lubang kecil. Apabila jarak antara dua rasuk terus meningkat, ketumpatan tenaga rasuk secara beransur-ansur beralih daripada satu puncak kepada keadaan puncak berganda. Terdapat nilai minimum antara dua puncak, dan ketumpatan tenaga secara beransur-ansur berkurangan. (2) Untuk rasuk bergandakimpalan laser, apabila jarak titik ialah 0-0.5mm, kedalaman lubang kecil kolam cair berkurangan sedikit, dan keseluruhan kelakuan aliran kolam cair adalah serupa dengan rasuk tunggalkimpalan laser; apabila jarak titik melebihi 1mm, lubang-lubang kecil terpisah sepenuhnya, dan semasa proses kimpalan, hampir tiada interaksi antara kedua-dua laser, yang bersamaan dengan dua kimpalan laser pancaran tunggal berturut-turut/dua selari dengan kuasa 1750W. Hampir tiada kesan prapemanasan, dan kelakuan aliran kolam lebur adalah serupa dengan kimpalan laser pancaran tunggal. (3) Apabila jarak titik ialah 0.5-1mm, permukaan dinding lubang kecil adalah lebih rata dalam kedua-dua susunan, kedalaman lubang kecil secara beransur-ansur berkurangan, dan bahagian bawah secara beransur-ansur terpisah. Gangguan antara lubang kecil dan aliran kolam lebur permukaan adalah pada 0.8mm. Paling kuat. Untuk kimpalan bersiri, panjang kolam lebur secara beransur-ansur meningkat, lebarnya adalah yang terbesar apabila jarak titik ialah 0.8mm, dan kesan prapemanasan paling jelas apabila jarak titik ialah 0.8mm. Kesan daya Marangoni secara beransur-ansur menjadi lemah, dan lebih banyak cecair logam mengalir ke kedua-dua belah kolam lebur. Menjadikan taburan lebar lebur lebih seragam. Untuk kimpalan selari, lebar kolam lebur secara beransur-ansur meningkat, dan panjangnya maksimum pada 0.8mm, tetapi tiada kesan prapemanasan; 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 yang kuat dalam siri, gangguan hampir tidak menjejaskan aliran di kedua-dua belah kolam lebur, dan lebar lebur diagihkan secara tidak sekata.
Masa siaran: 12 Okt-2023
