در مقایسه با تکنولوژی جوشکاری سنتی،جوش لیزریدارای مزایای بی نظیری در دقت، کارایی، قابلیت اطمینان، اتوماسیون و سایر جنبه های جوشکاری است. در سال‌های اخیر، این فناوری به سرعت در زمینه‌های خودرو، انرژی، الکترونیک و سایر زمینه‌ها توسعه یافته است و به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های تولیدی در قرن بیست و یکم به شمار می‌رود.
1. مروری بر دو پرتوجوش لیزری
دو پرتوجوش لیزریاستفاده از روش های نوری برای جدا کردن یک لیزر به دو پرتو نور جداگانه برای جوشکاری، یا استفاده از دو نوع لیزر مختلف برای ترکیب، مانند لیزر CO2، لیزر Nd: YAG و لیزر نیمه هادی پرقدرت. همه را می توان ترکیب کرد. این عمدتا برای حل سازگاری جوش لیزری با دقت مونتاژ، بهبود پایداری فرآیند جوشکاری و بهبود کیفیت جوش پیشنهاد شد. دو پرتوجوش لیزریمی تواند با تغییر نسبت انرژی پرتو، فاصله پرتوها و حتی الگوی توزیع انرژی دو پرتو لیزر، تغییر الگوی وجود سوراخ کلید و الگوی جریان فلز مایع در حوضچه مذاب، میدان دمای جوش را به راحتی و انعطاف پذیری تنظیم کند. انتخاب گسترده تری از فرآیندهای جوشکاری را فراهم می کند. این نه تنها دارای مزایای بزرگ استجوش لیزرینفوذ، سرعت سریع و دقت بالا، اما همچنین برای مواد و اتصالاتی که به سختی با روش های معمولی جوش می شوند، مناسب است.جوش لیزری.
برای پرتو دوبلجوش لیزری، ابتدا به روش های اجرای لیزر دو پرتو می پردازیم. ادبیات جامع نشان می دهد که دو راه اصلی برای دستیابی به جوشکاری دو پرتو وجود دارد: تمرکز انتقال و تمرکز بازتاب. به طور خاص، یکی با تنظیم زاویه و فاصله دو لیزر از طریق آینه های متمرکز و آینه های همسو به دست می آید. دیگری با استفاده از یک منبع لیزر و سپس تمرکز از طریق آینه های بازتابنده، آینه های انتقال دهنده و آینه های گوه ای شکل برای دستیابی به پرتوهای دوگانه به دست می آید. برای روش اول، عمدتاً سه شکل وجود دارد. شکل اول این است که دو لیزر را از طریق فیبرهای نوری جفت کنیم و آنها را به دو پرتو مختلف در زیر یک آینه موازی و یک آینه متمرکز تقسیم کنیم. دوم این است که دو لیزر پرتوهای لیزر را از طریق سر جوش مربوطه خود خارج می کنند و با تنظیم موقعیت مکانی سرهای جوش، یک پرتو دوتایی تشکیل می شود. روش سوم این است که پرتو لیزر ابتدا از طریق دو آینه 1 و 2 تقسیم می شود و سپس به ترتیب توسط دو آینه متمرکز 3 و 4 متمرکز می شود. موقعیت و فاصله بین دو نقطه کانونی را می توان با تنظیم زوایای دو آینه فوکوس 3 و 4 تنظیم کرد. روش دوم استفاده از لیزر حالت جامد برای تقسیم نور برای رسیدن به پرتوهای دوگانه و تنظیم زاویه و تنظیم است. فاصله بین یک آینه پرسپکتیو و یک آینه متمرکز. دو تصویر آخر در ردیف اول زیر سیستم طیف‌سنجی یک لیزر CO2 را نشان می‌دهد. آینه تخت با یک آینه گوه ای شکل جایگزین می شود و در جلوی آینه فوکوس قرار می گیرد تا نور را تقسیم کند تا نور موازی پرتو دوگانه حاصل شود.
پس از آشنایی با اجرای تیرچه های دوبل، اصول و روش های جوشکاری را به اختصار معرفی می کنیم. در پرتو دوبلجوش لیزریدر فرآیند، سه آرایش پرتو متداول وجود دارد، یعنی آرایش سریال، آرایش موازی و آرایش ترکیبی. پارچه، یعنی هم در جهت جوش و هم در جهت عمودی جوش فاصله وجود دارد. همانطور که در ردیف آخر شکل نشان داده شده است، با توجه به اشکال مختلف سوراخ‌های کوچک و حوضچه‌های مذاب که در زیر فواصل نقطه‌های مختلف در طی فرآیند جوشکاری سریال ظاهر می‌شوند، می‌توان آنها را به تک مذاب‌ها تقسیم کرد. سه حالت وجود دارد: استخر، حوض مذاب معمولی و حوض مذاب جدا. خصوصیات حوضچه مذاب منفرد و حوض مذاب جدا شده مشابه حوضچه های تکی استجوش لیزریهمانطور که در نمودار شبیه سازی عددی نشان داده شده است. اثرات فرآیند متفاوتی برای انواع مختلف وجود دارد.
نوع 1: در زیر یک نقطه مشخص، دو سوراخ کلید یک سوراخ کلید بزرگ مشترک را در یک حوضچه مذاب تشکیل می دهند. برای نوع 1، گزارش شده است که یک پرتو نور برای ایجاد یک سوراخ کوچک استفاده می شود، و پرتو دیگر نور برای عملیات حرارتی جوشکاری استفاده می شود، که می تواند به طور موثر خواص ساختاری فولاد کربن بالا و فولاد آلیاژی را بهبود بخشد.
نوع 2: فاصله نقطه را در همان حوضچه مذاب افزایش دهید، دو پرتو را به دو سوراخ کلید مستقل جدا کنید و الگوی جریان حوضچه مذاب را تغییر دهید. برای نوع 2، عملکرد آن معادل جوشکاری دو پرتو الکترونی است، پاشش جوش و جوش های نامنظم را در فاصله کانونی مناسب کاهش می دهد.
نوع 3: فاصله نقطه ای را بیشتر افزایش دهید و نسبت انرژی دو تیر را تغییر دهید، به طوری که یکی از دو پرتو به عنوان منبع حرارتی برای انجام عملیات پیش جوشکاری یا پس از جوشکاری در طول فرآیند جوشکاری و از تیر دیگر به عنوان منبع حرارتی استفاده می شود. برای ایجاد سوراخ های کوچک استفاده می شود. برای نوع 3، این مطالعه نشان داد که دو پرتو یک سوراخ کلید را تشکیل می دهند، سوراخ کوچک به راحتی فرو نمی ریزد، و جوش به راحتی منافذ ایجاد نمی کند.
2. تأثیر فرآیند جوشکاری بر کیفیت جوش
تأثیر نسبت پرتو به انرژی سریال بر تشکیل درز جوشکاری
هنگامی که توان لیزر 2 کیلو وات است، سرعت جوش 45 میلی‌متر بر ثانیه، میزان فوکوس 0 میلی‌متر و فاصله پرتو 3 میلی‌متر است، شکل سطح جوش هنگام تغییر RS (RS= 0.50، 0.67، 1.50، 2.00) مانند است. در شکل نشان داده شده است. هنگامی که RS=0.50 و 2.00 باشد، جوش به میزان بیشتری فرورفته می شود و پاشش بیشتری در لبه جوش وجود دارد، بدون اینکه الگوهای فلس ماهی معمولی تشکیل شود. این به این دلیل است که وقتی نسبت انرژی پرتو خیلی کوچک یا خیلی بزرگ است، انرژی لیزر بیش از حد متمرکز می شود و باعث می شود سوراخ لیزر در طول فرآیند جوشکاری نوسان جدی تری پیدا کند و فشار پس زدگی بخار باعث بیرون ریختن و پاشش مذاب می شود. فلز استخر در حوضچه مذاب؛ گرمای بیش از حد ورودی باعث می شود که عمق نفوذ حوضچه مذاب در سمت آلیاژ آلومینیوم بیش از حد بزرگ باشد و باعث فرورفتگی تحت اثر گرانش شود. هنگامی که RS=0.67 و 1.50 باشد، الگوی فلس ماهی روی سطح جوش یکنواخت است، شکل جوش زیباتر است و هیچ ترک جوش، منافذ و سایر عیوب جوشکاری روی سطح جوش قابل مشاهده نیست. شکل مقطع جوش ها با نسبت انرژی پرتوهای مختلف RS همانطور که در شکل نشان داده شده است. سطح مقطع جوش ها به شکل معمولی "شکل شیشه شراب" است که نشان می دهد فرآیند جوشکاری در حالت جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری انجام می شود. RS تأثیر مهمی بر عمق نفوذ P2 جوش در سمت آلیاژ آلومینیوم دارد. وقتی نسبت انرژی پرتو RS=0.5 است، P2 1203.2 میکرون است. هنگامی که نسبت انرژی پرتو RS=0.67 و 1.5 باشد، P2 به طور قابل توجهی کاهش می یابد که به ترتیب 403.3 میکرون و 93.6 میکرون هستند. وقتی نسبت انرژی پرتو RS=2 باشد، عمق نفوذ جوش مقطع اتصال 1151.6 میکرون است.
تأثیر نسبت موازی تیر به انرژی بر تشکیل درز جوشکاری
هنگامی که توان لیزر 2.8 کیلو وات است، سرعت جوش 33 میلی‌متر بر ثانیه، میزان فوکوس 0 میلی‌متر و فاصله پرتو 1 میلی‌متر است، سطح جوش با تغییر نسبت انرژی پرتو به‌دست می‌آید (RS=0.25، 0.5، 0.67، 1.5). ، 2، 4) ظاهر در شکل نشان داده شده است. وقتی RS=2 باشد، الگوی فلس ماهی روی سطح جوش نسبتاً نامنظم است. سطح جوش به دست آمده توسط پنج نسبت انرژی پرتوی مختلف به خوبی شکل گرفته است و هیچ عیب قابل مشاهده ای مانند منافذ و پاشش وجود ندارد. بنابراین، در مقایسه با سریال پرتو دوگانهجوش لیزریسطح جوش با استفاده از تیرهای دوتایی موازی یکنواخت تر و زیباتر است. هنگامی که RS = 0.25، فرورفتگی جزئی در جوش وجود دارد. با افزایش تدریجی نسبت انرژی پرتو (RS=0.5، 0.67 و 1.5)، سطح جوش یکنواخت است و فرورفتگی ایجاد نمی شود. با این حال، زمانی که نسبت انرژی پرتو بیشتر افزایش می‌یابد (RS=1.50، 2.00)، اما فرورفتگی‌هایی روی سطح جوش وجود دارد. هنگامی که نسبت انرژی پرتو RS = 0.25، 1.5 و 2 است، شکل مقطع جوش "شکل شیشه ای" است. وقتی RS=0.50، 0.67 و 1 باشد، شکل مقطع جوش "قیف شکل" است. زمانی که RS=4 باشد، نه تنها ترک هایی در پایین جوش ایجاد می شود، بلکه در قسمت میانی و پایینی جوش نیز منافذی ایجاد می شود. هنگامی که RS=2 منافذ فرآیندی بزرگی در داخل جوش ظاهر می شود، اما هیچ ترکی ظاهر نمی شود. هنگامی که RS=0.5، 0.67 و 1.5 باشد، عمق نفوذ P2 جوش در سمت آلیاژ آلومینیوم کوچکتر است و سطح مقطع جوش به خوبی شکل گرفته و هیچ عیب جوشکاری آشکاری ایجاد نمی شود. اینها نشان می دهد که نسبت انرژی پرتو در طول جوشکاری لیزری دو پرتو موازی نیز تأثیر مهمی بر نفوذ جوش و عیوب جوش دارد.
تیر موازی - تأثیر فاصله تیرها بر تشکیل درز جوش
هنگامی که توان لیزر 2.8 کیلو وات است، سرعت جوش 33 میلی‌متر بر ثانیه، میزان تمرکززدایی 0 میلی‌متر و نسبت انرژی پرتو RS=0.67 است، فاصله پرتو را تغییر دهید (d=0.5mm، 1mm، 1.5mm، 2mm) تا به دست آید. مورفولوژی سطح جوش همانطور که در تصویر نشان داده شده است. هنگامی که d=0.5mm، 1mm، 1.5mm، 2mm، سطح جوش صاف و مسطح است و شکل آن زیبا است. الگوی فلس ماهی جوش منظم و زیبا است و هیچ منافذ، ترک و سایر عیوب قابل مشاهده ای ندارد. بنابراین، در شرایط چهار فاصله تیر، سطح جوش به خوبی شکل می گیرد. علاوه بر این، هنگامی که d=2 میلی متر است، دو جوش مختلف تشکیل می شود که نشان می دهد دو پرتو لیزر موازی دیگر روی یک حوضچه مذاب عمل نمی کنند و نمی توانند یک جوشکاری هیبریدی لیزر دو پرتو موثر ایجاد کنند. هنگامی که فاصله تیرها 0.5 میلی متر است، جوش "قیف شکل" است، عمق نفوذ P2 جوش در سمت آلیاژ آلومینیوم 712.9 میکرون است و هیچ ترک، منافذ و سایر عیب ها در داخل جوش وجود ندارد. با ادامه افزایش فاصله تیرها، عمق نفوذ P2 جوش در سمت آلیاژ آلومینیوم به طور قابل توجهی کاهش می یابد. هنگامی که فاصله تیرها 1 میلی متر است، عمق نفوذ جوش در سمت آلیاژ آلومینیوم تنها 94.2 میکرون است. با افزایش بیشتر فاصله تیرها، جوش نفوذ موثری در سمت آلیاژ آلومینیوم ایجاد نمی کند. بنابراین، هنگامی که فاصله پرتو 0.5 میلی متر است، اثر نوترکیبی دو پرتو بهترین است. با افزایش فاصله پرتو، حرارت ورودی جوش به شدت کاهش می یابد و اثر نوترکیبی لیزر دو پرتو به تدریج بدتر می شود.
تفاوت در مورفولوژی جوش ناشی از جریان متفاوت و انجماد خنک کننده حوضچه مذاب در طول فرآیند جوشکاری است. روش شبیه سازی عددی نه تنها می تواند تجزیه و تحلیل تنش حوضچه مذاب را بصری تر کند، بلکه هزینه آزمایشی را نیز کاهش می دهد. تصویر زیر تغییرات حوضچه مذاب جانبی را با تک تیر، چیدمان های مختلف و فاصله نقطه نشان می دهد. نتایج اصلی عبارتند از: (1) در طول تک پرتوجوش لیزریفرآیند، عمق سوراخ استخر مذاب عمیق ترین است، پدیده فروپاشی سوراخ وجود دارد، دیواره سوراخ نامنظم است و توزیع میدان جریان در نزدیکی دیواره سوراخ ناهموار است. نزدیک سطح پشتی حوضچه مذاب جریان مجدد قوی است و در پایین حوضچه مذاب جریان مجدد رو به بالا وجود دارد. توزیع میدان جریان حوضچه مذاب سطحی نسبتاً یکنواخت و کند است و عرض حوضچه مذاب در امتداد جهت عمق ناهموار است. اختلال ناشی از فشار پس زدگی دیوار در حوضچه مذاب بین سوراخ های کوچک در پرتو دوبل وجود دارد.جوش لیزری، و همیشه در جهت عمق سوراخ های کوچک وجود دارد. با افزایش فاصله بین دو پرتو، چگالی انرژی پرتو به تدریج از یک قله منفرد به حالت اوج دوگانه تغییر می کند. یک مقدار حداقل بین دو قله وجود دارد و چگالی انرژی به تدریج کاهش می یابد. (2) برای پرتو دوبلجوش لیزریهنگامی که فاصله نقطه 0-0.5 میلی متر است، عمق سوراخ های کوچک حوض مذاب کمی کاهش می یابد و رفتار کلی جریان حوض مذاب مشابه رفتار تک پرتو است.جوش لیزری; هنگامی که فاصله نقطه بالاتر از 1 میلی متر باشد، سوراخ های کوچک کاملاً از هم جدا می شوند و در طول فرآیند جوشکاری تقریباً هیچ تعاملی بین دو لیزر وجود ندارد که معادل دو جوش لیزری تک پرتوی متوالی/دو موازی با توان 1750 وات است. تقریباً هیچ اثر پیش گرمایی وجود ندارد و رفتار جریان حوض مذاب شبیه به جوشکاری لیزر تک پرتو است. (3) هنگامی که فاصله نقطه 0.5-1 میلی متر است، سطح دیواره سوراخ های کوچک در دو آرایش صاف تر است، عمق سوراخ های کوچک به تدریج کاهش می یابد و پایین به تدریج جدا می شود. اختلال بین سوراخ های کوچک و جریان حوضچه مذاب سطحی 0.8 میلی متر است. قوی ترین. برای جوشکاری سریال، طول حوضچه مذاب به تدریج افزایش می‌یابد، عرض زمانی که فاصله نقطه‌ای 0.8 میلی‌متر است، بیشترین عرض را دارد، و زمانی که فاصله نقطه‌ای 0.8 میلی‌متر باشد، اثر پیش گرمایش آشکارتر است. اثر نیروی مارانگونی به تدریج ضعیف می شود و مایع فلزی بیشتری به دو طرف حوضچه مذاب جریان می یابد. توزیع عرض مذاب را یکنواخت تر کنید. برای جوش موازی، عرض حوضچه مذاب به تدریج افزایش می یابد و طول آن حداکثر 0.8 میلی متر است، اما هیچ اثر پیش گرمایی وجود ندارد. جریان مجدد در نزدیکی سطح ناشی از نیروی مارانگونی همیشه وجود دارد و جریان مجدد رو به پایین در پایین سوراخ کوچک به تدریج ناپدید می شود. میدان جریان مقطعی آنقدر خوب نیست که به صورت سری قوی است، اغتشاش به سختی بر جریان دو طرف حوضچه مذاب تأثیر می گذارد و عرض مذاب به طور ناموزون توزیع می شود.
زمان ارسال: اکتبر-12-2023
