Viene proposto il metodo di saldatura a doppio raggio, principalmente per risolvere l'adattabilità disaldatura laseralla precisione dell'assemblaggio, migliorare la stabilità del processo di saldatura e migliorare la qualità della saldatura, in particolare per la saldatura di lamiere sottili e la saldatura di leghe di alluminio. La saldatura laser a doppio raggio può utilizzare metodi ottici per separare lo stesso laser in due fasci di luce separati per la saldatura. Può anche utilizzare due diversi tipi di laser da combinare, laser CO2, laser Nd:YAG e laser a semiconduttore ad alta potenza. possono essere combinati. Modificando l'energia del raggio, la spaziatura tra i raggi e persino il modello di distribuzione dell'energia dei due raggi, il campo della temperatura di saldatura può essere regolato in modo conveniente e flessibile, modificando il modello di esistenza dei fori e il modello di flusso del metallo liquido nel bagno fuso , fornendo una soluzione migliore per il processo di saldatura. Il vasto spazio di scelta non ha eguali nella saldatura laser a raggio singolo. Non solo presenta i vantaggi di un'ampia penetrazione della saldatura laser, alta velocità e alta precisione, ma ha anche una grande adattabilità a materiali e giunti difficili da saldare con la saldatura laser convenzionale.
Principio disaldatura laser a doppio raggio
Saldare a doppio raggio significa utilizzare due raggi laser contemporaneamente durante il processo di saldatura. La disposizione dei raggi, la spaziatura tra i raggi, l'angolo tra i due raggi, la posizione di messa a fuoco e il rapporto energetico dei due raggi sono tutte impostazioni rilevanti nella saldatura laser a doppio raggio. parametro. Normalmente, durante il processo di saldatura, ci sono generalmente due modi per disporre le doppie travi. Come mostrato in figura, uno è disposto in serie lungo la direzione di saldatura. Questa disposizione può ridurre la velocità di raffreddamento della vasca fusa. Riduce la tendenza alla temprabilità della saldatura e la formazione di pori. L'altro è disporli fianco a fianco o trasversalmente su entrambi i lati della saldatura per migliorare l'adattabilità allo spazio di saldatura.
Principio della saldatura laser a doppio raggio
Saldare a doppio raggio significa utilizzare due raggi laser contemporaneamente durante il processo di saldatura. La disposizione dei raggi, la spaziatura tra i raggi, l'angolo tra i due raggi, la posizione di messa a fuoco e il rapporto energetico dei due raggi sono tutte impostazioni rilevanti nella saldatura laser a doppio raggio. parametro. Normalmente, durante il processo di saldatura, ci sono generalmente due modi per disporre le doppie travi. Come mostrato in figura, uno è disposto in serie lungo la direzione di saldatura. Questa disposizione può ridurre la velocità di raffreddamento della vasca fusa. Riduce la tendenza alla temprabilità della saldatura e la formazione di pori. L'altro è disporli fianco a fianco o trasversalmente su entrambi i lati della saldatura per migliorare l'adattabilità allo spazio di saldatura.
Per un sistema di saldatura laser a doppio raggio disposto in tandem, sono disponibili tre diversi meccanismi di saldatura a seconda della distanza tra i raggi anteriore e posteriore, come mostrato nella figura seguente.
1. Nel primo tipo di meccanismo di saldatura, la distanza tra i due fasci di luce è relativamente grande. Un raggio di luce ha una densità di energia maggiore e viene focalizzato sulla superficie del pezzo in lavorazione per produrre dei buchi nella saldatura; l'altro raggio di luce ha una densità di energia minore. Utilizzato solo come fonte di calore per il trattamento termico pre-saldatura o post-saldatura. Utilizzando questo meccanismo di saldatura, la velocità di raffreddamento del bagno di saldatura può essere controllata entro un certo intervallo, il che è vantaggioso per la saldatura di alcuni materiali con elevata sensibilità alle cricche, come acciaio ad alto tenore di carbonio, acciaio legato, ecc., e può anche migliorare la tenacità della saldatura.
2. Nel secondo tipo di meccanismo di saldatura, la distanza di messa a fuoco tra i due fasci luminosi è relativamente piccola. I due fasci di luce producono due serrature indipendenti in un bagno di saldatura, che modificano il modello di flusso del metallo liquido e aiutano a prevenire il grippaggio. Può eliminare la comparsa di difetti come bordi e rigonfiamenti del cordone di saldatura e migliorare la formazione della saldatura.
3. Nel terzo tipo di meccanismo di saldatura, la distanza tra i due fasci di luce è molto piccola. In questo momento, i due fasci di luce producono la stessa serratura nel bagno di saldatura. Rispetto alla saldatura laser a raggio singolo, poiché la dimensione del buco della serratura diventa più grande e non è facile da chiudere, il processo di saldatura è più stabile e il gas è più facile da scaricare, il che è vantaggioso per ridurre i pori e gli spruzzi e ottenere una saldatura continua, uniforme e bellissime saldature.
Durante il processo di saldatura i due raggi laser possono anche essere formati tra loro con una certa angolazione. Il meccanismo di saldatura è simile al meccanismo di saldatura a doppio raggio parallelo. I risultati dei test mostrano che utilizzando due OO ad alta potenza con un angolo di 30° tra loro e una distanza di 1~2 mm, il raggio laser può ottenere un buco della serratura a forma di imbuto. La dimensione del buco della serratura è più grande e più stabile, il che può migliorare efficacemente la qualità della saldatura. Nelle applicazioni pratiche, la combinazione reciproca dei due fasci di luce può essere modificata a seconda delle diverse condizioni di saldatura per ottenere diversi processi di saldatura.
6. Metodo di implementazione della saldatura laser a doppio raggio
L'acquisizione di doppi raggi può essere ottenuta combinando due diversi raggi laser, oppure è possibile dividere un raggio laser in due raggi laser per la saldatura utilizzando un sistema di spettrometria ottica. Per dividere un raggio di luce in due raggi laser paralleli di diversa potenza, è possibile utilizzare uno spettroscopio o qualche sistema ottico speciale. L'immagine mostra due diagrammi schematici dei principi di suddivisione della luce utilizzando specchi focalizzatori come divisori del raggio.
Inoltre, un riflettore può essere utilizzato anche come divisore di raggio e l'ultimo riflettore nel percorso ottico può essere utilizzato come divisore di raggio. Questo tipo di riflettore è anche chiamato riflettore a tetto. La sua superficie riflettente non è una superficie piana, ma è composta da due piani. La linea di intersezione delle due superfici riflettenti si trova al centro della superficie dello specchio, simile al colmo del tetto, come mostrato in figura. Un raggio di luce parallelo brilla sullo spettroscopio, viene riflesso da due piani ad angoli diversi per formare due fasci di luce e brilla su diverse posizioni dello specchio di focalizzazione. Dopo la messa a fuoco, si ottengono due fasci di luce ad una certa distanza sulla superficie del pezzo. Modificando l'angolo tra le due superfici riflettenti e la posizione del tetto si possono ottenere fasci luminosi sdoppiati con distanze di fuoco e disposizioni diverse.
Quando si utilizzano due diversi tipi diraggi laser tPer formare una doppia trave le combinazioni sono molteplici. Per i lavori di saldatura principali è possibile utilizzare un laser CO2 di alta qualità con distribuzione gaussiana dell'energia e per assistere nei lavori di trattamento termico un laser a semiconduttore con distribuzione energetica rettangolare. Da un lato, questa combinazione è più economica. La potenza dei due fasci luminosi è invece regolabile in modo indipendente. Per diverse forme di giunzione, è possibile ottenere un campo di temperatura regolabile regolando la posizione di sovrapposizione del laser e del laser a semiconduttore, che è molto adatto per la saldatura. Controllo del processo. Inoltre, il laser YAG e il laser CO2 possono anche essere combinati in un doppio raggio per la saldatura, il laser continuo e il laser a impulsi possono essere combinati per la saldatura e anche il raggio focalizzato e il raggio defocalizzato possono essere combinati per la saldatura.
7. Principio della saldatura laser a doppio raggio
3.1 Saldatura laser a doppio raggio di lamiere zincate
La lamiera di acciaio zincato è il materiale più comunemente utilizzato nell'industria automobilistica. Il punto di fusione dell'acciaio è intorno ai 1500°C, mentre il punto di ebollizione dello zinco è di soli 906°C. Pertanto, quando si utilizza il metodo di saldatura per fusione, viene solitamente generata una grande quantità di vapore di zinco, rendendo instabile il processo di saldatura. , formando pori nella saldatura. Per le giunzioni a sovrapposizione, la volatilizzazione dello strato zincato non avviene solo sulle superfici superiore ed inferiore, ma avviene anche sulla superficie del giunto. Durante il processo di saldatura, in alcune aree i vapori di zinco vengono espulsi rapidamente dalla superficie del bagno di fusione, mentre in altre aree è difficile che i vapori di zinco fuoriescano dal bagno di fusione. Sulla superficie della piscina la qualità della saldatura è molto instabile.
La saldatura laser a doppio raggio può risolvere i problemi di qualità della saldatura causati dai vapori di zinco. Un metodo consiste nel controllare il tempo di esistenza e la velocità di raffreddamento della vasca fusa abbinando ragionevolmente l'energia dei due raggi per facilitare la fuga dei vapori di zinco; l'altro metodo è il rilascio dei vapori di zinco mediante pre-perforazione o scanalatura. Come mostrato nella Figura 6-31, per la saldatura viene utilizzato il laser CO2. Il laser YAG si trova davanti al laser CO2 e viene utilizzato per praticare fori o tagliare scanalature. I fori o le scanalature prelavorate forniscono una via di fuga per i vapori di zinco generati durante la successiva saldatura, impedendo che rimangano nel bagno fuso e formino difetti.
3.2 Saldatura laser a doppio raggio di leghe di alluminio
A causa delle speciali caratteristiche prestazionali dei materiali in lega di alluminio, ci sono le seguenti difficoltà nell'uso della saldatura laser [39]: la lega di alluminio ha un basso tasso di assorbimento del laser e la riflettività iniziale della superficie del raggio laser CO2 supera il 90%; i cordoni di saldatura laser in lega di alluminio sono facili da produrre Porosità, crepe; combustione di elementi in lega durante la saldatura, ecc. Quando si utilizza la saldatura laser singola, è difficile stabilire il buco della serratura e mantenere la stabilità. La saldatura laser a doppio raggio può aumentare le dimensioni del buco della serratura, rendendo difficile la chiusura del buco della serratura, il che è vantaggioso per lo scarico del gas. Può anche ridurre la velocità di raffreddamento e ridurre la comparsa di pori e crepe di saldatura. Poiché il processo di saldatura è più stabile e la quantità di spruzzi è ridotta, anche la forma della superficie di saldatura ottenuta mediante la saldatura a doppio raggio di leghe di alluminio è significativamente migliore di quella della saldatura a raggio singolo. La Figura 6-32 mostra l'aspetto del cordone di saldatura di una saldatura di testa in lega di alluminio di 3 mm di spessore utilizzando laser CO2 a raggio singolo e saldatura laser a doppio raggio.
La ricerca mostra che quando si saldano leghe di alluminio serie 5000 spesse 2 mm, quando la distanza tra i due raggi è 0,6 ~ 1,0 mm, il processo di saldatura è relativamente stabile e l'apertura del buco della serratura formata è più grande, il che favorisce l'evaporazione e la fuga del magnesio durante il processo di saldatura. Se la distanza tra i due raggi è troppo piccola, il processo di saldatura di un singolo raggio non sarà stabile. Se la distanza è troppo grande, la penetrazione della saldatura ne risentirà, come mostrato nella Figura 6-33. Inoltre, anche il rapporto energetico dei due raggi ha un grande impatto sulla qualità della saldatura. Quando i due raggi con una spaziatura di 0,9 mm sono disposti in serie per la saldatura, l'energia del raggio precedente dovrebbe essere opportunamente aumentata in modo che il rapporto energetico dei due raggi prima e dopo sia maggiore di 1:1. È utile migliorare la qualità del cordone di saldatura, aumentare l'area di fusione e ottenere comunque un cordone di saldatura liscio e bello quando la velocità di saldatura è elevata.
3.3 Saldatura a doppio raggio di lamiere di diverso spessore
Nella produzione industriale, spesso è necessario saldare due o più piastre metalliche di diverso spessore e forma per formare una piastra giuntata. Soprattutto nella produzione automobilistica, l'applicazione di pezzi grezzi saldati su misura sta diventando sempre più diffusa. Saldando piastre con specifiche, rivestimenti superficiali o proprietà differenti, è possibile aumentare la resistenza, ridurre i materiali di consumo e ridurre la qualità. La saldatura laser di piastre di diverso spessore viene solitamente utilizzata nella saldatura di pannelli. Uno dei problemi principali è che le piastre da saldare devono essere preformate con bordi ad alta precisione e garantire un assemblaggio di alta precisione. L'uso della saldatura a doppio raggio di piastre di spessore diverso può adattarsi a diversi cambiamenti negli spazi tra le piastre, nei giunti di testa, negli spessori relativi e nei materiali delle piastre. Può saldare piastre con tolleranze sui bordi e sugli spazi più ampi e migliorare la velocità e la qualità della saldatura.
I principali parametri di processo della saldatura di Shuangguangdong di piastre di spessore diverso possono essere suddivisi in parametri di saldatura e parametri di piastra, come mostrato in figura. I parametri di saldatura includono la potenza dei due raggi laser, la velocità di saldatura, la posizione di messa a fuoco, l'angolo della testa di saldatura, l'angolo di rotazione del raggio del giunto di testa a doppio raggio e l'offset della saldatura, ecc. I parametri della scheda includono dimensioni del materiale, prestazioni, condizioni di rifinitura, spazi tra la scheda , ecc. La potenza dei due raggi laser può essere regolata separatamente in base ai diversi scopi di saldatura. La posizione focale è generalmente posizionata sulla superficie della piastra sottile per ottenere un processo di saldatura stabile ed efficiente. L'angolo della testa di saldatura viene solitamente selezionato intorno a 6. Se lo spessore delle due piastre è relativamente grande, è possibile utilizzare un angolo della testa di saldatura positivo, ovvero il laser è inclinato verso la piastra sottile, come mostrato nell'immagine; quando lo spessore della lamiera è relativamente piccolo, è possibile utilizzare un angolo negativo della testa di saldatura. L'offset di saldatura è definito come la distanza tra il fuoco del laser e il bordo della lamiera spessa. Regolando l'offset di saldatura, è possibile ridurre la quantità di ammaccature di saldatura e ottenere una buona sezione trasversale di saldatura.
Quando si saldano piastre con spazi ampi, è possibile aumentare il diametro effettivo del riscaldamento del raggio ruotando l'angolo del doppio raggio per ottenere buone capacità di riempimento degli spazi. La larghezza della parte superiore della saldatura è determinata dal diametro effettivo del raggio dei due raggi laser, ovvero dall'angolo di rotazione del raggio. Maggiore è l'angolo di rotazione, più ampio è il campo di riscaldamento del doppio raggio e maggiore è la larghezza della parte superiore della saldatura. I due raggi laser svolgono ruoli diversi nel processo di saldatura. Uno viene utilizzato principalmente per penetrare nella giuntura, mentre l'altro viene utilizzato principalmente per fondere il materiale della piastra spessa per riempire lo spazio vuoto. Come mostrato nella Figura 6-35, con un angolo di rotazione del raggio positivo (il raggio anteriore agisce sulla piastra spessa, il raggio posteriore agisce sulla saldatura), il raggio anteriore incide sulla piastra spessa per riscaldare e fondere il materiale, e quello successivo Il raggio laser crea penetrazione. Il primo raggio laser nella parte anteriore può fondere solo parzialmente la lamiera spessa, ma contribuisce notevolmente al processo di saldatura, perché non solo fonde il lato della lamiera spessa per un migliore riempimento degli spazi, ma unisce anche il materiale del giunto in modo che le seguenti travi È più facile saldare i giunti, consentendo una saldatura più rapida. Nella saldatura a doppio raggio con angolo di rotazione negativo (il raggio anteriore agisce sulla saldatura e quello posteriore sulla lamiera spessa), i due raggi hanno esattamente l'effetto opposto. Il primo raggio scioglie il giunto, mentre il secondo fonde la piastra spessa per riempirla. spacco. In questo caso, la trave anteriore deve saldare attraverso la piastra fredda e la velocità di saldatura è inferiore rispetto all'utilizzo di un angolo di rotazione della trave positivo. E a causa dell'effetto di preriscaldamento del raggio precedente, quest'ultimo fonderà il materiale della piastra più spesso con la stessa potenza. In questo caso la potenza di quest'ultimo raggio laser dovrà essere opportunamente ridotta. In confronto, l’utilizzo di un angolo di rotazione del raggio positivo può aumentare adeguatamente la velocità di saldatura, mentre l’utilizzo di un angolo di rotazione del raggio negativo può ottenere un migliore riempimento degli spazi. La Figura 6-36 mostra l'influenza dei diversi angoli di rotazione della trave sulla sezione trasversale della saldatura.
3.4 Saldatura laser a doppio raggio di piastre di grande spessore Con il miglioramento del livello di potenza del laser e della qualità del raggio, la saldatura laser di piastre di grande spessore è diventata una realtà. Tuttavia, poiché i laser ad alta potenza sono costosi e la saldatura di piastre di grandi dimensioni richiede generalmente metallo d’apporto, esistono alcune limitazioni nella produzione effettiva. L'uso della tecnologia di saldatura laser a doppio raggio può non solo aumentare la potenza del laser, ma anche aumentare il diametro effettivo del riscaldamento del raggio, aumentare la capacità di sciogliere il filo di apporto, stabilizzare il buco della serratura del laser, migliorare la stabilità della saldatura e migliorare la qualità della saldatura.
Orario di pubblicazione: 29 aprile 2024
