موضوع ویژه در مورد تکنولوژی مدرن جوشکاری لیزر – جوشکاری لیزر دو پرتو

روش جوشکاری دو پرتو، عمدتاً برای حل سازگاری پیشنهاد شده استجوش لیزریبرای دقت مونتاژ، بهبود پایداری فرآیند جوشکاری و بهبود کیفیت جوش، به ویژه برای جوشکاری صفحه نازک و جوشکاری آلیاژ آلومینیوم. جوش لیزری دو پرتو می تواند از روش های نوری برای جداسازی لیزر مشابه به دو پرتو نور جداگانه برای جوشکاری استفاده کند. همچنین می تواند از دو نوع مختلف لیزر برای ترکیب استفاده کند، لیزر CO2، لیزر Nd:YAG و لیزر نیمه هادی پرقدرت. می توان ترکیب کرد. با تغییر انرژی تیر، فاصله پرتوها و حتی الگوی توزیع انرژی دو تیر، میدان دمای جوشکاری را می توان به راحتی و انعطاف پذیری تنظیم کرد و الگوی وجود سوراخ ها و الگوی جریان فلز مایع در حوضچه مذاب را تغییر داد. ، ارائه راه حل بهتری برای فرآیند جوشکاری. فضای وسیع انتخابی با جوش لیزری تک پرتو بی نظیر است. این نه تنها از مزایای نفوذ جوش لیزری بزرگ، سرعت سریع و دقت بالا برخوردار است، بلکه سازگاری بسیار خوبی با مواد و اتصالاتی دارد که با جوش لیزری معمولی به سختی جوش می‌شوند.

اصل ازجوش لیزری دو پرتو

جوش دو پرتو به معنای استفاده همزمان از دو پرتو لیزر در طول فرآیند جوشکاری است. آرایش پرتو، فاصله پرتوها، زاویه بین دو پرتو، موقعیت فوکوس و نسبت انرژی دو پرتو، همه تنظیمات مربوطه در جوشکاری لیزر دو پرتو هستند. پارامتر به طور معمول، در طول فرآیند جوشکاری، به طور کلی دو راه برای چیدمان تیرهای دوتایی وجود دارد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، یکی به صورت سری در امتداد جهت جوش قرار گرفته است. این ترتیب می تواند سرعت خنک شدن حوضچه مذاب را کاهش دهد. تمایل به سختی جوش و ایجاد منافذ را کاهش می دهد. مورد دیگر این است که آنها را در کنار هم یا به صورت متقاطع در هر دو طرف جوش قرار دهید تا سازگاری با شکاف جوش را بهبود بخشد.

اصل جوشکاری لیزر دو پرتو

جوش دو پرتو به معنای استفاده همزمان از دو پرتو لیزر در طول فرآیند جوشکاری است. آرایش پرتو، فاصله پرتوها، زاویه بین دو پرتو، موقعیت فوکوس و نسبت انرژی دو پرتو، همه تنظیمات مربوطه در جوشکاری لیزر دو پرتو هستند. پارامتر به طور معمول، در طول فرآیند جوشکاری، به طور کلی دو راه برای چیدمان تیرهای دوتایی وجود دارد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، یکی به صورت سری در امتداد جهت جوش قرار گرفته است. این ترتیب می تواند سرعت خنک شدن حوضچه مذاب را کاهش دهد. تمایل به سختی جوش و ایجاد منافذ را کاهش می دهد. مورد دیگر این است که آنها را در کنار هم یا به صورت متقاطع در هر دو طرف جوش قرار دهید تا سازگاری با شکاف جوش را بهبود بخشد.

برای یک سیستم جوش لیزری دو پرتوی مرتب شده پشت سر هم، بسته به فاصله بین پرتوهای جلو و عقب، سه مکانیسم جوش متفاوت وجود دارد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

1. در مکانیزم جوشکاری نوع اول، فاصله بین دو پرتو نور نسبتا زیاد است. یک پرتو نور چگالی انرژی بیشتری دارد و روی سطح قطعه کار متمرکز می شود تا سوراخ های کلید در جوش ایجاد شود. پرتو دیگر نور چگالی انرژی کمتری دارد. فقط به عنوان منبع حرارتی برای عملیات حرارتی قبل یا بعد از جوش استفاده می شود. با استفاده از این مکانیسم جوش می توان سرعت خنک شدن حوضچه جوش را در محدوده خاصی کنترل کرد که برای جوشکاری برخی از مواد با حساسیت به ترک بالا مانند فولاد کربن بالا، فولاد آلیاژی و غیره مفید است و همچنین می تواند چقرمگی را بهبود بخشد. از جوش

2. در مکانیزم جوشکاری نوع دوم، فاصله کانونی بین دو پرتو نور نسبتاً کم است. دو پرتو نور دو سوراخ کلید مستقل در یک حوضچه جوش ایجاد می کنند که الگوی جریان فلز مایع را تغییر می دهد و به جلوگیری از تشنج کمک می کند. این می تواند بروز عیوب مانند لبه ها و برآمدگی مهره های جوش را از بین ببرد و شکل گیری جوش را بهبود بخشد.

3. در مکانیزم جوشکاری نوع سوم، فاصله بین دو پرتو نور بسیار کم است. در این زمان، دو پرتو نور، سوراخ کلید یکسانی را در حوضچه جوش ایجاد می کنند. در مقایسه با جوش لیزری تک پرتو، چون اندازه سوراخ کلید بزرگتر می شود و به راحتی بسته نمی شود، فرآیند جوشکاری پایدارتر است و گاز راحت تر تخلیه می شود، که برای کاهش منافذ و پاشش، و به دست آوردن پیوسته، یکنواخت و مفید است. جوش های زیبا

در طول فرآیند جوشکاری، دو پرتو لیزر نیز می توانند با زاویه خاصی نسبت به یکدیگر ساخته شوند. مکانیزم جوشکاری مشابه مکانیزم جوشکاری دوتایی موازی است. نتایج آزمایش نشان می دهد که با استفاده از دو OO پرقدرت با زاویه 30 درجه نسبت به یکدیگر و فاصله 1 ~ 2 میلی متر، پرتو لیزر می تواند یک سوراخ کلید قیفی شکل به دست آورد. اندازه سوراخ کلید بزرگتر و پایدارتر است، که می تواند به طور موثر کیفیت جوش را بهبود بخشد. در کاربردهای عملی، ترکیب متقابل دو پرتو نور را می توان با توجه به شرایط جوشکاری مختلف برای دستیابی به فرآیندهای جوشکاری متفاوت تغییر داد.

6. روش اجرای جوش لیزری دو پرتو

به دست آوردن پرتوهای دوگانه را می توان با ترکیب دو پرتو لیزر مختلف به دست آورد، یا یک پرتو لیزر را می توان به دو پرتو لیزر برای جوشکاری با استفاده از یک سیستم طیف سنجی نوری تقسیم کرد. برای تقسیم یک پرتو نور به دو پرتو لیزر موازی با توان های مختلف، می توان از یک طیف سنجی یا برخی از سیستم های نوری خاص استفاده کرد. تصویر دو نمودار شماتیک از اصول تقسیم نور را با استفاده از آینه های متمرکز به عنوان تقسیم کننده پرتو نشان می دهد.

علاوه بر این، می توان از بازتابنده به عنوان شکاف دهنده پرتو و آخرین بازتابنده در مسیر نوری به عنوان تقسیم کننده پرتو استفاده کرد. به این نوع رفلکتور، رفلکتور سقفی نیز گفته می شود. سطح بازتابنده آن یک سطح صاف نیست، بلکه از دو صفحه تشکیل شده است. خط تقاطع دو سطح انعکاسی در وسط سطح آینه شبیه به پشته سقف قرار دارد که در شکل نشان داده شده است. پرتوی از نور موازی به طیف‌سنجی می‌تابد، توسط دو صفحه در زوایای مختلف منعکس می‌شود و دو پرتو نور را تشکیل می‌دهد و به موقعیت‌های مختلف آینه متمرکز می‌تابد. پس از فوکوس، دو پرتو نور در فاصله معینی روی سطح قطعه کار به دست می آید. با تغییر زاویه بین دو سطح بازتابنده و موقعیت سقف، می توان پرتوهای نوری تقسیم شده با فواصل کانونی و آرایش متفاوت را به دست آورد.

هنگام استفاده از دو نوع مختلفپرتوهای لیزر تیo تشکیل یک پرتو دوتایی، ترکیبات زیادی وجود دارد. یک لیزر CO2 با کیفیت بالا با توزیع انرژی گاوسی را می توان برای جوشکاری اصلی استفاده کرد و یک لیزر نیمه هادی با توزیع انرژی مستطیلی می تواند برای کمک به کار عملیات حرارتی استفاده شود. از یک طرف این ترکیب مقرون به صرفه تر است. از سوی دیگر، قدرت دو پرتو نور را می توان به طور مستقل تنظیم کرد. برای اشکال مختلف اتصال، با تنظیم موقعیت همپوشانی لیزر و لیزر نیمه هادی می توان یک میدان دمای قابل تنظیم به دست آورد که برای جوشکاری بسیار مناسب است. کنترل فرآیند. علاوه بر این، لیزر YAG و لیزر CO2 را می توان در یک پرتو دوتایی برای جوشکاری، لیزر پیوسته و لیزر پالس برای جوشکاری، و پرتو متمرکز و پرتو غیر متمرکز نیز برای جوشکاری ترکیب کرد.

7. اصل جوش لیزری دو پرتو

3.1 جوش لیزری دو پرتو ورق های گالوانیزه

ورق فولادی گالوانیزه پرکاربردترین ماده در صنعت خودروسازی است. نقطه ذوب فولاد حدود 1500 درجه سانتیگراد است، در حالی که نقطه جوش روی تنها 906 درجه سانتیگراد است. بنابراین، هنگام استفاده از روش جوشکاری ذوبی، معمولاً مقدار زیادی بخار روی تولید می شود که باعث می شود فرآیند جوشکاری ناپایدار باشد. ، ایجاد منافذ در جوش. برای اتصالات لپ، تبخیر لایه گالوانیزه نه تنها در سطوح بالا و پایین، بلکه در سطح اتصال نیز رخ می دهد. در طی فرآیند جوشکاری، بخار روی در برخی از مناطق به سرعت از سطح حوض مذاب خارج می شود، در حالی که در مناطق دیگر خروج بخار روی از حوضچه مذاب دشوار است. در سطح استخر، کیفیت جوش بسیار ناپایدار است.

جوشکاری لیزر دو پرتو می تواند مشکلات کیفیت جوش ناشی از بخار روی را حل کند. یک روش کنترل زمان وجود و سرعت خنک شدن حوضچه مذاب با تطبیق منطقی انرژی دو پرتو برای تسهیل خروج بخار روی است. روش دیگر آزاد کردن بخار روی با پیش پانچ یا شیار زدن است. همانطور که در شکل 6-31 نشان داده شده است، لیزر CO2 برای جوشکاری استفاده می شود. لیزر YAG در جلوی لیزر CO2 قرار دارد و برای سوراخ کردن یا برش شیار استفاده می شود. سوراخ ها یا شیارهای از پیش فرآوری شده یک مسیر فرار برای بخار روی ایجاد شده در طول جوشکاری بعدی فراهم می کنند و از باقی ماندن آن در حوضچه مذاب و ایجاد نقص جلوگیری می کنند.

3.2 جوش لیزری دو پرتو آلیاژ آلومینیوم

با توجه به ویژگی های عملکردی خاص مواد آلیاژ آلومینیوم، مشکلات زیر در استفاده از جوش لیزری [39] وجود دارد: آلیاژ آلومینیوم دارای نرخ جذب لیزر کم است، و بازتاب اولیه سطح پرتو لیزر CO2 بیش از 90٪ است. درزهای جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم به راحتی تولید می شوند تخلخل، ترک; سوزاندن عناصر آلیاژی در حین جوشکاری و غیره. هنگام استفاده از جوشکاری لیزری، ایجاد سوراخ کلید و حفظ پایداری دشوار است. جوشکاری لیزری دو پرتو می تواند اندازه سوراخ کلید را افزایش دهد و بسته شدن سوراخ کلید را دشوار کند که برای تخلیه گاز مفید است. همچنین می تواند سرعت خنک شدن را کاهش دهد و بروز منافذ و ترک های جوشکاری را کاهش دهد. از آنجایی که فرآیند جوشکاری پایدارتر است و میزان پاشش کاهش می یابد، شکل سطح جوش به دست آمده از جوشکاری دو تیر آلیاژهای آلومینیوم نیز به طور قابل توجهی بهتر از جوشکاری تک تیر است. شکل 6-32 ظاهر درز جوش جوش لب به لب آلیاژ آلومینیوم به ضخامت 3 میلی متر با استفاده از لیزر تک پرتو CO2 و جوش لیزر دو پرتو را نشان می دهد.

تحقیقات نشان می‌دهد که هنگام جوشکاری آلیاژ آلومینیوم سری 5000 با ضخامت 2 میلی‌متر، زمانی که فاصله بین دو تیر 0.6 تا 1.0 میلی‌متر باشد، فرآیند جوشکاری نسبتاً پایدار است و دهانه سوراخ کلید ایجاد شده بزرگ‌تر است که منجر به تبخیر و فرار منیزیم در طول می‌شود. فرآیند جوشکاری اگر فاصله بین دو تیر خیلی کم باشد، فرآیند جوشکاری یک تیر ثابت نخواهد بود. اگر فاصله بیش از حد زیاد باشد، نفوذ جوش تحت تاثیر قرار خواهد گرفت، همانطور که در شکل 6-33 نشان داده شده است. علاوه بر این، نسبت انرژی دو تیر نیز تاثیر زیادی در کیفیت جوش دارد. هنگامی که دو تیر با فاصله 0.9 میلی متر به صورت سری برای جوش قرار می گیرند، انرژی تیر قبلی باید به طور مناسب افزایش یابد تا نسبت انرژی دو تیر قبل و بعد از 1:1 بیشتر شود. بهبود کیفیت درز جوشکاری، افزایش سطح ذوب و همچنان درز جوشکاری صاف و زیبا زمانی که سرعت جوشکاری بالا است، مفید است.

3.3 جوش دو پرتو صفحات ضخامت نابرابر

در تولیدات صنعتی، اغلب لازم است دو یا چند صفحه فلزی با ضخامت ها و اشکال مختلف جوش داده شوند تا یک صفحه به هم متصل شود. به خصوص در تولید خودرو، استفاده از ظروف جوش داده شده به صورت خیاطی روز به روز گسترده تر می شود. با جوشکاری صفحات با مشخصات، پوشش های سطحی یا خواص مختلف می توان استحکام را افزایش داد، مواد مصرفی را کاهش داد و کیفیت را کاهش داد. جوشکاری لیزری صفحات با ضخامت های مختلف معمولا در جوشکاری تابلویی استفاده می شود. یک مشکل عمده این است که صفحاتی که قرار است جوش داده شوند باید با لبه های با دقت بالا ساخته شوند و از مونتاژ با دقت بالا اطمینان حاصل کنند. استفاده از جوشکاری دو تیرچه صفحات ضخامت نابرابر می تواند با تغییرات مختلف در شکاف صفحات، اتصالات لب به لب، ضخامت های نسبی و مواد ورق سازگار شود. این می تواند صفحات با لبه و شکاف بزرگتر را جوش داده و سرعت جوش و کیفیت جوش را بهبود بخشد.

پارامترهای فرآیند اصلی جوشکاری صفحات ضخامت نابرابر Shuangguangdong را می توان به پارامترهای جوشکاری و پارامترهای صفحه، همانطور که در شکل نشان داده شده است، تقسیم کرد. پارامترهای جوشکاری شامل قدرت دو پرتو لیزر، سرعت جوش، موقعیت فوکوس، زاویه سر جوش، زاویه چرخش پرتو اتصال لب به لب دو پرتو و آفست جوش و غیره است. پارامترهای تخته شامل اندازه مواد، عملکرد، شرایط پیرایش، شکاف تخته است. و غیره قدرت دو پرتو لیزر را می توان به طور جداگانه با توجه به اهداف مختلف جوشکاری تنظیم کرد. موقعیت فوکوس به طور کلی بر روی سطح صفحه نازک قرار می گیرد تا فرآیند جوشکاری پایدار و کارآمد حاصل شود. زاویه سر جوش معمولاً حدود 6 انتخاب می شود. اگر ضخامت دو صفحه نسبتاً زیاد باشد، می توان از زاویه سر جوش مثبت استفاده کرد، یعنی لیزر به سمت صفحه نازک متمایل می شود، همانطور که در تصویر نشان داده شده است. هنگامی که ضخامت صفحه نسبتاً کوچک است، می توان از زاویه سر جوش منفی استفاده کرد. افست جوش به عنوان فاصله بین فوکوس لیزر و لبه صفحه ضخیم تعریف می شود. با تنظیم افست جوش می توان میزان فرورفتگی جوش را کاهش داد و سطح مقطع جوش خوبی را به دست آورد.

هنگام جوشکاری صفحات با شکاف های بزرگ، می توانید قطر موثر گرمایش پرتو را با چرخش زاویه پرتو دوتایی افزایش دهید تا قابلیت پر کردن شکاف خوب را به دست آورید. عرض بالای جوش با قطر پرتو موثر دو پرتو لیزر، یعنی زاویه چرخش پرتو تعیین می شود. هرچه زاویه چرخش بیشتر باشد، دامنه گرمایش تیر دوتایی بیشتر و عرض قسمت بالایی جوش بیشتر می شود. دو پرتو لیزر نقش متفاوتی در فرآیند جوشکاری دارند. یکی عمدتا برای نفوذ در درز استفاده می شود، در حالی که دیگری عمدتا برای ذوب مواد صفحه ضخیم برای پر کردن شکاف استفاده می شود. همانطور که در شکل 6-35 نشان داده شده است، تحت یک زاویه چرخش پرتو مثبت (تیر جلو روی صفحه ضخیم عمل می کند، تیر عقب بر روی جوش عمل می کند)، تیر جلو بر روی صفحه ضخیم برخورد می کند تا مواد را گرم و ذوب کند. پرتو لیزر نفوذ ایجاد می کند. اولین پرتو لیزر در قسمت جلویی فقط می تواند تا حدی صفحه ضخیم را ذوب کند، اما کمک زیادی به فرآیند جوشکاری می کند، زیرا نه تنها کناره صفحه ضخیم را برای پر شدن بهتر شکاف ذوب می کند، بلکه مواد اتصال را از قبل به هم متصل می کند تا تیرهای زیر جوشکاری از طریق اتصالات آسانتر است و امکان جوشکاری سریعتر را فراهم می کند. در جوشکاری دو تیر با زاویه چرخش منفی (تیر جلو روی جوش و تیر عقب روی صفحه ضخیم عمل می کند) دو تیر دقیقاً اثر معکوس دارند. تیر اول اتصال را ذوب می کند و تیر دوم صفحه ضخیم را ذوب می کند تا آن را پر کند. شکاف در این حالت، تیر جلو باید از طریق صفحه سرد جوش داده شود و سرعت جوش کمتر از استفاده از زاویه چرخش پرتو مثبت است. و با توجه به اثر پیش گرمایش پرتو قبلی، پرتو دوم مواد صفحه ضخیم بیشتری را تحت همان قدرت ذوب می کند. در این حالت، توان پرتو لیزر اخیر باید به طور مناسب کاهش یابد. در مقایسه، استفاده از زاویه چرخش پرتو مثبت می تواند به طور مناسب سرعت جوش را افزایش دهد و با استفاده از زاویه چرخش پرتو منفی می توان شکاف را پر کرد. شکل 6-36 تأثیر زوایای چرخش تیرهای مختلف بر سطح مقطع جوش را نشان می دهد.

3.4 جوشکاری لیزری دو پرتو صفحات ضخیم بزرگ با بهبود سطح توان لیزر و کیفیت پرتو، جوشکاری لیزری صفحات ضخیم بزرگ با لیزر به واقعیت تبدیل شده است. با این حال، از آنجایی که لیزرهای پرقدرت گران هستند و جوش صفحات ضخیم بزرگ معمولاً به فلز پرکننده نیاز دارد، محدودیت‌های خاصی در تولید واقعی وجود دارد. استفاده از فناوری جوش لیزری دو پرتو نه تنها می تواند قدرت لیزر را افزایش دهد، بلکه قطر گرمایش پرتو موثر را افزایش می دهد، توانایی ذوب سیم پرکننده، تثبیت سوراخ کلید لیزر، بهبود پایداری جوش و بهبود کیفیت جوش را افزایش می دهد.