Comparado com a tecnologia de soldagem tradicional,soldagem a lasertem vantagens incomparáveis em precisão de soldagem, eficiência, confiabilidade, automação e outros aspectos. Nos últimos anos, desenvolveu-se rapidamente nas áreas de automóveis, energia, eletrônica e outras áreas, e é considerada uma das tecnologias de fabricação mais promissoras do século XXI.
1. Visão geral do feixe duplosoldagem a laser
Feixe duplosoldagem a laseré usar métodos ópticos para separar o mesmo laser em dois feixes de luz separados para soldagem, ou usar dois tipos diferentes de lasers para combinar, como laser de CO2, laser Nd: YAG e laser semicondutor de alta potência. Todos podem ser combinados. Foi proposto principalmente para resolver a adaptabilidade da soldagem a laser à precisão da montagem, melhorar a estabilidade do processo de soldagem e melhorar a qualidade da solda. Feixe duplosoldagem a laserpode ajustar de forma conveniente e flexível o campo de temperatura de soldagem, alterando a relação de energia do feixe, o espaçamento do feixe e até mesmo o padrão de distribuição de energia dos dois feixes de laser, alterando o padrão de existência do buraco da fechadura e o padrão de fluxo do metal líquido na poça derretida. Fornece uma escolha mais ampla de processos de soldagem. Não só tem as vantagens de grandessoldagem a laserpenetração, velocidade rápida e alta precisão, mas também é adequado para materiais e juntas que são difíceis de soldar com métodos convencionaissoldagem a laser.
Para feixe duplosoldagem a laser, primeiro discutimos os métodos de implementação do laser de feixe duplo. A literatura abrangente mostra que existem duas maneiras principais de obter soldagem de feixe duplo: foco de transmissão e foco de reflexão. Especificamente, isso é conseguido ajustando o ângulo e o espaçamento de dois lasers por meio de espelhos de foco e espelhos de colimação. O outro é conseguido usando uma fonte de laser e depois focando através de espelhos refletores, espelhos transmissivos e espelhos em forma de cunha para obter feixes duplos. Para o primeiro método, existem principalmente três formas. A primeira forma é acoplar dois lasers através de fibras ópticas e dividi-los em dois feixes diferentes sob o mesmo espelho colimador e espelho focalizador. A segunda é que dois lasers emitem feixes de laser através de suas respectivas cabeças de soldagem, e um feixe duplo é formado ajustando a posição espacial das cabeças de soldagem. O terceiro método é que o feixe de laser é primeiro dividido através de dois espelhos 1 e 2 e depois focado por dois espelhos de focagem 3 e 4, respectivamente. A posição e a distância entre os dois pontos focais podem ser ajustadas ajustando os ângulos dos dois espelhos de foco 3 e 4. O segundo método é usar um laser de estado sólido para dividir a luz para obter feixes duplos e ajustar o ângulo e espaçamento através de um espelho de perspectiva e um espelho de foco. As duas últimas fotos da primeira linha abaixo mostram o sistema espectroscópico de um laser de CO2. O espelho plano é substituído por um espelho em forma de cunha e colocado na frente do espelho de foco para dividir a luz e obter luz paralela de feixe duplo.
Depois de compreender a implementação de vigas duplas, vamos apresentar brevemente os princípios e métodos de soldagem. No feixe duplosoldagem a laserNo processo, existem três arranjos de feixes comuns, nomeadamente arranjo em série, arranjo paralelo e arranjo híbrido. pano, ou seja, existe uma distância tanto na direção de soldagem quanto na direção vertical de soldagem. Conforme mostrado na última linha da figura, de acordo com os diferentes formatos de pequenos furos e poças de fusão que aparecem sob diferentes espaçamentos entre pontos durante o processo de soldagem em série, eles podem ser divididos em fundidos únicos. Existem três estados: poça, poça de fusão comum e poça de fusão separada. As características da poça fundida única e da poça fundida separada são semelhantes às da poça fundida únicasoldagem a laser, conforme mostrado no diagrama de simulação numérica. Existem diferentes efeitos de processo para diferentes tipos.
Tipo 1: Sob um certo espaçamento entre pontos, dois buracos de fechadura de feixe formam um grande buraco de fechadura comum na mesma poça de fusão; para o tipo 1, é relatado que um feixe de luz é usado para criar um pequeno furo, e o outro feixe de luz é usado para tratamento térmico de soldagem, o que pode efetivamente melhorar as propriedades estruturais do aço de alto carbono e do aço de liga.
Tipo 2: Aumentar o espaçamento entre pontos na mesma poça de fusão, separar os dois feixes em dois buracos de fechadura independentes e alterar o padrão de fluxo da poça de fusão; para o tipo 2, sua função é equivalente à soldagem por dois feixes de elétrons. Reduz respingos de solda e soldas irregulares na distância focal apropriada.
Tipo 3: Aumentar ainda mais o espaçamento entre pontos e alterar a relação de energia dos dois feixes, de modo que um dos dois feixes seja usado como fonte de calor para realizar o processamento de pré-soldagem ou pós-soldagem durante o processo de soldagem, e o outro feixe é usado para gerar pequenos furos. Para o tipo 3, o estudo descobriu que as duas vigas formam um buraco de fechadura, o pequeno furo não é fácil de colapsar e a solda não é fácil de produzir poros.
2. A influência do processo de soldagem na qualidade da soldagem
Efeito da relação energia do feixe serial na formação do cordão de soldagem
Quando a potência do laser é de 2 kW, a velocidade de soldagem é de 45 mm/s, a quantidade de desfocagem é de 0 mm e o espaçamento do feixe é de 3 mm, o formato da superfície de solda ao alterar RS (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) é como mostrado na figura. Quando RS=0,50 e 2,00, a solda fica mais amassada e há mais respingos na borda da solda, sem formar padrões regulares de escamas de peixe. Isso ocorre porque quando a relação de energia do feixe é muito pequena ou muito grande, a energia do laser fica muito concentrada, fazendo com que o furo do laser oscile mais seriamente durante o processo de soldagem, e a pressão de recuo do vapor causa a ejeção e respingos do fundido. poça de metal na poça de fusão; A entrada excessiva de calor faz com que a profundidade de penetração da poça fundida no lado da liga de alumínio seja muito grande, causando uma depressão sob a ação da gravidade. Quando RS = 0,67 e 1,50, o padrão de escamas de peixe na superfície da solda é uniforme, o formato da solda é mais bonito e não há rachaduras quentes de soldagem visíveis, poros e outros defeitos de soldagem na superfície da solda. Os formatos das seções transversais das soldas com diferentes relações de energia do feixe RS são mostrados na figura. A seção transversal das soldas apresenta o típico “formato de taça de vinho”, indicando que o processo de soldagem é realizado no modo de soldagem de penetração profunda a laser. RS tem uma influência importante na profundidade de penetração P2 da solda no lado da liga de alumínio. Quando a relação de energia do feixe RS=0,5, P2 é 1203,2 mícrons. Quando a relação de energia do feixe é RS = 0,67 e 1,5, P2 é significativamente reduzido, que é 403,3 mícrons e 93,6 mícrons, respectivamente. Quando a relação de energia do feixe é RS=2, a profundidade de penetração da solda na seção transversal da junta é de 1151,6 mícrons.
Efeito da relação feixe-energia paralelo na formação do cordão de soldagem
Quando a potência do laser é de 2,8 kW, a velocidade de soldagem é de 33 mm/s, a quantidade de desfocagem é de 0 mm e o espaçamento do feixe é de 1 mm, a superfície da solda é obtida alterando a relação de energia do feixe (RS = 0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) A aparência é mostrada na figura. Quando RS=2, o padrão de escamas de peixe na superfície da solda é relativamente irregular. A superfície da solda obtida pelas outras cinco relações diferentes de energia do feixe é bem formada e não há defeitos visíveis, como poros e respingos. Portanto, em comparação com feixe duplo serialsoldagem a laser, a superfície de solda usando feixes duplos paralelos é mais uniforme e bonita. Quando RS=0,25 há uma leve depressão na solda; à medida que a relação de energia do feixe aumenta gradualmente (RS=0,5, 0,67 e 1,5), a superfície da solda é uniforme e nenhuma depressão é formada; entretanto, quando a relação de energia do feixe aumenta ainda mais (RS = 1,50, 2,00), há depressões na superfície da solda. Quando a relação de energia do feixe RS=0,25, 1,5 e 2, o formato da seção transversal da solda é “em forma de taça de vinho”; quando RS=0,50, 0,67 e 1, o formato da seção transversal da solda é “em forma de funil”. Quando RS=4, não apenas são geradas trincas na parte inferior da solda, mas também alguns poros são gerados na parte central e inferior da solda. Quando RS=2, grandes poros de processo aparecem dentro da solda, mas não aparecem rachaduras. Quando RS = 0,5, 0,67 e 1,5, a profundidade de penetração P2 da solda no lado da liga de alumínio é menor e a seção transversal da solda é bem formada e nenhum defeito óbvio de soldagem é formado. Estes mostram que a relação de energia do feixe durante a soldagem a laser de feixe duplo paralelo também tem um impacto importante na penetração da solda e nos defeitos de soldagem.
Feixe paralelo – o efeito do espaçamento do feixe na formação do cordão de soldagem
Quando a potência do laser é de 2,8 kW, a velocidade de soldagem é de 33 mm/s, a quantidade de desfocagem é de 0 mm e a relação de energia do feixe RS = 0,67, altere o espaçamento do feixe (d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) para obter a morfologia da superfície de solda como mostra a imagem. Quando d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, a superfície da solda é lisa e plana e o formato é bonito; o padrão de escamas de peixe da solda é regular e bonito, e não há poros visíveis, rachaduras e outros defeitos. Portanto, sob as quatro condições de espaçamento entre feixes, a superfície da solda é bem formada. Além disso, quando d = 2 mm, duas soldas diferentes são formadas, o que mostra que os dois feixes de laser paralelos não atuam mais em uma poça fundida e não podem formar uma soldagem híbrida a laser de feixe duplo eficaz. Quando o espaçamento entre feixes é de 0,5 mm, a solda é “em forma de funil”, a profundidade de penetração P2 da solda no lado da liga de alumínio é de 712,9 mícrons e não há trincas, poros e outros defeitos no interior da solda. À medida que o espaçamento entre vigas continua a aumentar, a profundidade de penetração P2 da solda no lado da liga de alumínio diminui significativamente. Quando o espaçamento entre feixes é de 1 mm, a profundidade de penetração da solda no lado da liga de alumínio é de apenas 94,2 mícrons. À medida que o espaçamento entre feixes aumenta ainda mais, a solda não forma penetração efetiva no lado da liga de alumínio. Portanto, quando o espaçamento do feixe é de 0,5 mm, o efeito de recombinação de feixe duplo é o melhor. À medida que o espaçamento do feixe aumenta, a entrada de calor de soldagem diminui drasticamente e o efeito de recombinação do laser de dois feixes piora gradualmente.
A diferença na morfologia da solda é causada pelos diferentes fluxos e solidificação por resfriamento da poça fundida durante o processo de soldagem. O método de simulação numérica pode não apenas tornar a análise de tensão da poça fundida mais intuitiva, mas também reduzir o custo experimental. A imagem abaixo mostra as alterações na poça de fusão lateral com feixe único, diferentes arranjos e espaçamento entre pontos. As principais conclusões incluem: (1) Durante o feixe únicosoldagem a laserprocesso, a profundidade do furo da poça derretida é a mais profunda, há um fenômeno de colapso do furo, a parede do furo é irregular e a distribuição do campo de fluxo perto da parede do furo é desigual; perto da superfície traseira da poça de fusão O refluxo é forte e há refluxo ascendente no fundo da poça de fusão; a distribuição do campo de fluxo da poça fundida superficial é relativamente uniforme e lenta, e a largura da poça fundida é irregular ao longo da direção da profundidade. Há perturbação causada pela pressão de recuo da parede na poça de fusão entre os pequenos orifícios no feixe duplosoldagem a laser, e sempre existe ao longo da direção de profundidade dos pequenos furos. À medida que a distância entre os dois feixes continua a aumentar, a densidade de energia do feixe transita gradualmente de um estado de pico único para um estado de pico duplo. Existe um valor mínimo entre os dois picos e a densidade de energia diminui gradualmente. (2) Para feixe duplosoldagem a laser, quando o espaçamento entre pontos é de 0-0,5 mm, a profundidade dos pequenos orifícios da poça de fusão diminui ligeiramente e o comportamento geral do fluxo da poça de fusão é semelhante ao do feixe únicosoldagem a laser; quando o espaçamento entre pontos é superior a 1 mm, os pequenos furos ficam completamente separados e, durante o processo de soldagem, quase não há interação entre os dois lasers, o que equivale a duas soldagens a laser de feixe único consecutivas/duas paralelas com potência de 1750W. Quase não há efeito de pré-aquecimento e o comportamento do fluxo da poça fundida é semelhante ao da soldagem a laser de feixe único. (3) Quando o espaçamento entre pontos é de 0,5-1 mm, a superfície da parede dos pequenos orifícios é mais plana nos dois arranjos, a profundidade dos pequenos orifícios diminui gradualmente e o fundo se separa gradualmente. A perturbação entre os pequenos orifícios e o fluxo da poça fundida superficial é de 0,8 mm. O mais forte. Para soldagem em série, o comprimento da poça de fusão aumenta gradualmente, a largura é maior quando o espaçamento entre pontos é de 0,8 mm e o efeito de pré-aquecimento é mais óbvio quando o espaçamento entre pontos é de 0,8 mm. O efeito da força de Marangoni enfraquece gradualmente e mais líquido metálico flui para ambos os lados da poça de fusão. Torne a distribuição da largura do fundido mais uniforme. Para soldagem paralela, a largura da poça de fusão aumenta gradualmente e o comprimento é máximo de 0,8 mm, mas não há efeito de pré-aquecimento; o refluxo próximo à superfície causado pela força de Marangoni sempre existe, e o refluxo descendente no fundo do pequeno buraco desaparece gradualmente; o campo de fluxo transversal não é tão bom quanto é forte em série, a perturbação dificilmente afeta o fluxo em ambos os lados da poça de fusão e a largura do fundido é distribuída de forma desigual.
Horário da postagem: 12 de outubro de 2023
