Am Verglach mat der traditioneller Schweisstechnologie,Laserschweißenhuet ongeëvenaart Virdeeler a punkto Schweessgenauegkeet, Effizienz, Zouverlässegkeet, Automatiséierung an aner Aspekter. An de leschte Joren huet et sech séier an de Beräicher Automobil, Energie, Elektronik an aner Beräicher entwéckelt a gëllt als eng vun de villverspriechendsten Produktiounstechnologien am 21. Joerhonnert.
1. Iwwersiicht iwwer DuebelbalkenLaserschweißen
DuebelstrahlLaserschweißenass et, optesch Methoden ze benotzen, fir deeselwechte Laser an zwou separat Liichtstralen fir d'Schweißen ze trennen, oder zwou verschidden Aarte vu Laser ze benotzen, fir se ze kombinéieren, wéi zum Beispill CO2-Laser, Nd:YAG-Laser an Héichleistungs-Hallefleederlaser. All kënne kombinéiert ginn. Et gouf haaptsächlech virgeschloen, d'Adaptabilitéit vum Laserschweißen un d'Montagegenauegkeet ze léisen, d'Stabilitéit vum Schweessprozess ze verbesseren an d'Qualitéit vun der Schweess ze verbesseren. Duebelstral-Laserschweißenkann d'Schweisstemperaturfeld bequem an flexibel upassen andeems d'Stralenergieverhältnis, den Ofstand tëscht de Stralen an och d'Energieverdeelungsmuster vun den zwee Laserstralen geännert ginn, wouduerch d'Existenzmuster vum Schlëssellach an d'Flossmuster vum flëssege Metall am geschmollte Pool geännert ginn. Bitt eng méi grouss Auswiel u Schweessprozesser. Et huet net nëmmen d'Virdeeler vu groussenLaserschweißenPenetratioun, héich Geschwindegkeet a héich Präzisioun, awer och gëeegent fir Materialien a Verbindungen, déi schwéier mat konventionellen ze schweessen sinnLaserschweißen.
Fir DuebelstrahlerLaserschweißen, diskutéiere mir als éischt d'Ëmsetzungsmethoden vum Duebelstrahllaser. Déi ëmfangräich Literatur weist, datt et zwou Haaptméiglechkeeten gëtt fir Duebelstrahlschweißen z'erreechen: Transmissiounsfokusséierung a Reflexiounsfokusséierung. Speziell gëtt eng erreecht andeems de Wénkel an den Ofstand vun zwee Laser duerch Fokussierspigelen a Kollimatorspigelen ugepasst gëtt. Déi aner gëtt erreecht andeems eng Laserquell benotzt gëtt an dann duerch Reflektierspigelen, Transmissivspigelen a Keilspigelen fokusséiert gëtt fir duebel Stralen z'erreechen. Fir déi éischt Method ginn et haaptsächlech dräi Formen. Déi éischt Form ass zwee Laser duerch optesch Faseren ze koppelen an se an zwee verschidde Stralen ënner dem selwechte Kollimatorspigel a Fokussierspiggel ze trennen. Déi zweet ass datt zwee Laser Laserstrahlen duerch hir jeeweileg Schweesskäpf ausginn, an en Duebelstrahl gëtt geformt andeems d'raimlech Positioun vun de Schweesskäpf ugepasst gëtt. Déi drëtt Method ass datt de Laserstrahl als éischt duerch zwee Spigelen 1 an 2 gedeelt gëtt, an dann duerch zwee Fokussierspigelen 3 respektiv 4 fokusséiert gëtt. D'Positioun an den Ofstand tëscht den zwéi Brennpunkten kënnen ugepasst ginn, andeems d'Wénkelen vun den zwéi Fokusspigelen 3 an 4 ugepasst ginn. Déi zweet Method ass e Festkierperlaser ze benotzen, fir d'Liicht ze splécken, fir duebel Stralen z'erreechen, an de Wénkel an den Ofstand duerch e Perspektivspigel an e Fokussspigel unzepassen. Déi lescht zwou Biller an der éischter Rei hei drënner weisen de spektroskopesche System vun engem CO2-Laser. De flaache Spigel gëtt duerch e keilfërmege Spigel ersat a virum Fokussspigel placéiert, fir d'Liicht ze splécken, fir parallelt duebelt Stralenliicht z'erreechen.
Nodeems mir d'Ëmsetzung vun Duebelträger verstanen hunn, loosst eis kuerz d'Schweissprinzipien a Methoden aféieren. Am Duebelträger-SchweissLaserschweißenProzess, ginn et dräi üblech Stralarrangementer, nämlech seriell Uerdnung, parallel Uerdnung an Hybrid Uerdnung. Stoff, dat heescht, et gëtt en Ofstand souwuel an der Schweessrichtung wéi och an der vertikaler Schweessrichtung. Wéi an der leschter Zeil vun der Figur gewisen, kënnen se jee no de verschiddene Forme vu klenge Lächer a Schmelzpools, déi ënner verschiddene Punktofstänn während dem seriellen Schweessprozess optrieden, weider an eenzel Schmelz opgedeelt ginn. Et ginn dräi Zoustänn: Pool, gemeinsame Schmelzpool a getrennte Schmelzpool. D'Charakteristike vun engem eenzege Schmelzpool an getrennte Schmelzpool sinn ähnlech wéi déi vun engem eenzege Schmelzpool.Laserschweißen, wéi am numeresche Simulatiounsdiagramm gewisen. Et gëtt ënnerschiddlech Prozesseffekter fir verschidden Typen.
Typ 1: Ënner engem bestëmmte Punktofstand bilden zwee Schlëssellächer fir d'Stral e gemeinsamt grousst Schlëssellach am selwechte Schmelzbad; fir Typ 1 gëtt bericht, datt ee Liichtstraal benotzt gëtt fir e klengt Lach ze kreéieren, an deen anere Liichtstraal fir d'Hëtztbehandlung vum Schweessen, wat d'strukturell Eegeschafte vu Kuelestoffstol a Legierungsstol effektiv verbessere kann.
Typ 2: Erhéicht den Ofstand tëscht de Punkten am selwechte Schmelzbad, trennt déi zwee Stralen an zwee onofhängeg Schlëssellächer a verännert de Flossmuster vum Schmelzbad; fir Typ 2 ass seng Funktioun gläichwäerteg mat engem Zwee-Elektronestrahlschweißen, reduzéiert Schweißsprëtzer an onregelméisseg Schweißnähten bei der entspriechender Brennwäit.
Typ 3: Den Ofstand tëscht de Punkten weider erhéijen an den Energieverhältnis vun den zwéi Träger änneren, sou datt ee vun den zwéi Träger als Hëtztquell benotzt gëtt fir d'Vir- oder Noschweessveraarbechtung während dem Schweessprozess duerchzeféieren, an deen anere Träger benotzt gëtt fir kleng Lächer ze generéieren. Fir Typ 3 huet d'Studie festgestallt, datt déi zwéi Träger e Schlëssellach bilden, dat klengt Lach net einfach zesummebrécht, an d'Schweißnaht net einfach Poren produzéiert.
2. Den Afloss vum Schweessprozess op d'Schweessqualitéit
Effekt vum serielle Stral-Energie-Verhältnis op d'Bildung vu Schweessnähten
Wann d'Laserleistung 2 kW ass, d'Schweissgeschwindegkeet 45 mm/s ass, den Defokus 0 mm ass an den Ofstand tëscht de Sträl 3 mm ass. D'Form vun der Schweissoberfläche beim Ännere vum RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) ass wéi an der Figur gewisen. Wann RS = 0,50 an 2,00 ass d'Schweiss méi staark verbeult, an et gëtt méi Sprëtzer um Rand vun der Schweiss, ouni datt reegelméisseg Fëschschuppenmuster entstinn. Dëst ass well wann d'Stralenergieverhältnis ze kleng oder ze grouss ass, d'Laserenergie ze konzentréiert ass, wouduerch d'Laserlach während dem Schweessprozess méi staark oszilléiert, an den Drock vum Damp d'Ausworf an d'Sprëtze vum geschmollte Metall am geschmollte Pool verursaacht; Iwwerméisseg Hëtztinput verursaacht eng ze grouss Penetratiounsdéift vum geschmollte Pool op der Aluminiumlegierungssäit, wouduerch eng Verdéiwung ënner der Wierkung vun der Schwéierkraaft entsteet. Wann RS=0,67 an 1,50 ass d'Fëschschuppenmuster op der Schweessfläch gläichméisseg, d'Schweessform ass méi schéin, an et gi keng siichtbar Schweessrëss, Poren an aner Schweessdefekter op der Schweessfläch. D'Querschnittsformen vun de Schweessnähten mat verschiddene Stralenergieverhältnisser RS sinn wéi an der Figur gewisen. De Querschnitt vun de Schweessnähten ass an enger typescher "Wäiglasform", wat beweist datt de Schweessprozess am Laser-Déifpenetratiounsschweissmodus duerchgefouert gëtt. RS huet en wichtegen Afloss op d'Penetratiounsdéift P2 vun der Schweess op der Aluminiumlegierungsäit. Wann d'Stralenergieverhältnis RS=0,5 ass, ass P2 1203,2 Mikron. Wann d'Stralenergieverhältnis RS=0,67 an 1,5 ass, gëtt P2 däitlech reduzéiert, déi 403,3 Mikron respektiv 93,6 Mikron sinn. Wann d'Stralenergieverhältnis RS=2 ass, ass d'Schweesspenetratiounsdéift vum Verbindungsquerschnitt 1151,6 Mikron.
Effekt vum parallele Stral-Energie-Verhältnis op d'Bildung vu Schweessnähten
Wann d'Laserleistung 2,8 kW ass, d'Schweissgeschwindegkeet 33 mm/s ass, den Defokus 0 mm ass an den Ofstand tëscht de Sträl 1 mm ass, gëtt d'Schweissoberfläch duerch d'Ännere vum Stralenergieverhältnis kritt (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). D'Erscheinung gëtt an der Figur gewisen. Wann RS = 2 ass d'Fëschschuppenmuster op der Uewerfläch vun der Schweissfuge relativ onreegelméisseg. D'Uewerfläch vun der Schweissfuge, déi duerch déi aner fënnef verschidde Stralenergieverhältnisser kritt gëtt, ass gutt geformt, an et gëtt keng sichtbar Defekter wéi Poren a Sprëtzer. Dofir, am Verglach mat seriellen DuebelstrahlschweißnähtenLaserschweißen, d'Schweißfläch mat parallelen Duebelträger ass méi gläichméisseg a schéin. Wann RS=0,25 ass, gëtt et eng liicht Verdéiwung an der Schweißnaht; wann d'Strallenergieverhältnis graduell eropgeet (RS=0,5, 0,67 an 1,5), ass d'Uewerfläch vun der Schweißnaht gläichméisseg an et gëtt keng Verdéiwung geformt; wann d'Strallenergieverhältnis awer weider eropgeet (RS=1,50, 2,00), gëtt et awer Verdéiwungen op der Uewerfläch vun der Schweißnaht. Wann d'Strallenergieverhältnis RS=0,25, 1,5 an 2 ass d'Querschnittsform vun der Schweißnaht "Wäiglassfërmeg"; wann RS=0,50, 0,67 an 1 ass, ass d'Querschnittsform vun der Schweißnaht "Trichterfërmeg". Wann RS=4 sinn, entstinn net nëmmen Rëss um Buedem vun der Schweißnaht, mä och e puer Poren am mëttleren an ënneschten Deel vun der Schweißnaht. Wann RS=2 sinn, erschéngen grouss Prozessporen an der Schweißnaht, awer et erschéngen keng Rëss. Wann RS=0,5, 0,67 an 1,5 ass d'Déift vum Schweess op der Aluminiumlegierung méi kleng, an de Querschnitt vun der Schweess ass gutt geformt an et gi keng offensichtlech Schweessdefekter. Dëst weist datt d'Stralenergieverhältnis beim parallele Duebelstrahllaserschweissen och en entscheedenden Afloss op d'Schweessdurchdringung an d'Schweessdefekter huet.
Parallelstrahl – den Afloss vum Stralenofstand op d'Bildung vun der Schweessnaht
Wann d'Laserleistung 2,8 kW ass, d'Schweissgeschwindegkeet 33 mm/s ass, den Defokus 0 mm ass an d'Stralenergieverhältnis RS = 0,67 ass, ännert den Stralofstand (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) fir d'Schweissoberflächemorphologie ze kréien, wéi d'Bild weist. Wann d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm ass d'Uewerfläch vun der Schweiss glat a flaach, an d'Form ass schéin; d'Fëschschuppenmuster vun der Schweiss ass reegelméisseg a schéin, an et gi keng sichtbar Poren, Rëss an aner Defekter. Dofir ass d'Schweissoberfläch ënner de Konditioune vu véier Stralofstand gutt geformt. Zousätzlech ginn, wann d = 2 mm, zwou verschidde Schweissnähten geformt, wat weist datt déi zwee parallel Laserstralen net méi op e geschmollte Pool wierken a keng effektiv Duebelstrahl-Laserhybridschweissung bilden kann. Wann den Ofstand tëscht de Stralen 0,5 mm ass, ass d'Schweißnaht "trichterfërmeg", d'Déift P2 vun der Schweißnaht op der Aluminiumlegierungssäit ass 712,9 Mikrometer, an et gëtt keng Rëss, Poren an aner Mängel an der Schweißnaht. Mat der weiderer Erhéijung vum Ofstand tëscht de Stralen, hëlt d'Déift P2 vun der Schweißnaht op der Aluminiumlegierungssäit däitlech of. Wann den Ofstand tëscht de Stralen 1 mm ass, hëlt d'Déift vun der Schweißnaht op der Aluminiumlegierungssäit nëmmen 94,2 Mikrometer of. Mat der weiderer Erhéijung vum Ofstand tëscht de Stralen, formt d'Schweißnaht keng effektiv Duerchdringung op der Aluminiumlegierungssäit. Dofir ass den Duebelstrahlrekombinatiounseffekt am beschten, wann den Ofstand tëscht de Stralen 0,5 mm ass. Mat der Erhéijung vum Strahlofstand hëlt d'Schweißwärmezufuhr staark of, an den Duebelstrahllaserrekombinatiounseffekt gëtt lues a lues méi schlecht.
Den Ënnerscheed an der Schweißmorphologie gëtt duerch den ënnerschiddleche Floss an d'Ofkillung vum Schmelzbad während dem Schweessprozess verursaacht. Déi numeresch Simulatiounsmethod kann net nëmmen d'Spannungsanalyse vum Schmelzbad méi intuitiv maachen, mä och d'Experimentkäschte reduzéieren. D'Bild hei ënnendrënner weist d'Ännerungen am Säiteschmelzbad mat engem eenzege Balken, verschiddenen Arrangementer an Punktofstand. Zu den Haaptconclusiounen gehéieren: (1) Wärend dem Eenzelbalken-SchweißprozessLaserschweißenProzess, d'Déift vum Lach am Schmelzpool ass am déifsten, et gëtt e Phänomen vum Lachkollaps, d'Lachwand ass onregelméisseg, an d'Stroumfeldverdeelung no bei der Lachwand ass ongläichméisseg; no bei der hënneschter Uewerfläch vum Schmelzpool ass de Réckfloss staark, an et gëtt e Réckfloss no uewen um Buedem vum Schmelzpool; d'Stroumfeldverdeelung vum Uewerflächenschmelzpool ass relativ gläichméisseg a lues, an d'Breet vum Schmelzpool ass ongläichméisseg laanscht d'Déifterichtung. Et gëtt Stéierungen, déi duerch de Réckschlagdrock vun der Wand am Schmelzpool tëscht de klenge Lächer an Duebelbalken verursaacht ginn.Laserschweißen, an et existéiert ëmmer laanscht d'Déifterichtung vun de klenge Lächer. Wéi den Ofstand tëscht den zwee Stralen weider eropgeet, iwwergeet d'Energiedicht vum Stral graduell vun engem eenzege Peak an en Duebelpeak-Zoustand. Et gëtt e Mindestwäert tëscht den zwee Peaks, an d'Energiedicht hëlt graduell of. (2) Fir DuebelstrahlLaserschweißen, wann den Ofstand tëscht de Punkten 0-0,5 mm ass, reduzéiert sech d'Déift vun de klenge Lächer am Schmelzbad liicht, an dat allgemengt Flossverhalen am Schmelzbad ass ähnlech wéi dat vun engem Eenzelbalken-System.Laserschweißen; wann den Ofstand tëscht de Punkten iwwer 1 mm ass, sinn déi kleng Lächer komplett getrennt, an et gëtt beim Schweessprozess bal keng Interaktioun tëscht den zwee Laser, wat gläichwäerteg mat zwou hannereneen/zwou parallelen Eenstrahl-Laser-Schweessungen mat enger Leeschtung vun 1750 W ass. Et gëtt bal keen Virhëtzungseffekt, an d'Flossverhalen vum Schmelzbad ass ähnlech wéi dat vum Eenstrahl-Laser-Schweess. (3) Wann den Ofstand tëscht de Punkten 0,5-1 mm ass, ass d'Wandfläch vun de klenge Lächer an den zwou Arrangementer méi flaach, d'Déift vun de klenge Lächer hëlt lues a lues of, an de Buedem trennt sech lues a lues. D'Stéierung tëscht de klenge Lächer an dem Floss vum Schmelzbad op der Uewerfläch läit bei 0,8 mm. Am stäerksten. Beim Serienschweess hëlt d'Längt vum Schmelzbad lues a lues zou, d'Breet ass am gréissten wann den Ofstand tëscht de Punkten 0,8 mm ass, an de Virhëtzungseffekt ass am offensichtlechsten wann den Ofstand tëscht de Punkten 0,8 mm ass. Den Effekt vun der Marangoni-Kraaft schwächt lues a lues of, a méi Metallflëssegkeet fléisst op béide Säite vum Schmelzbad. Maacht d'Breetverdeelung vun der Schmelz méi gläichméisseg. Beim parallele Schweessen klëmmt d'Breet vum Schmelzbad graduell, an d'Längt ass maximal 0,8 mm, awer et gëtt keen Virhëtzungseffekt; de Reflow no bei der Uewerfläch, deen duerch d'Marangoni-Kraaft verursaacht gëtt, existéiert ëmmer, an de Reflow no ënnen um Buedem vum klenge Lach verschwënnt graduell; de Querschnittsflossfeld ass net sou gutt wéi a Serie, d'Stéierung beaflosst kaum de Floss op béide Säite vum Schmelzbad, an d'Breet vum Schmelzbad ass ongläich verdeelt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 12. Oktober 2023
