O método de soldagem de feixe duplo é proposto, principalmente para resolver a adaptabilidade desoldagem a laserpara a precisão da montagem, melhorar a estabilidade do processo de soldagem e melhorar a qualidade da solda, especialmente para soldagem de placas finas e soldagem de ligas de alumínio. A soldagem a laser de feixe duplo pode usar métodos ópticos para separar o mesmo laser em dois feixes de luz separados para soldagem. Ele também pode usar dois tipos diferentes de lasers para combinar: laser de CO2, laser Nd:YAG e laser semicondutor de alta potência. pode ser combinado. Ao alterar a energia do feixe, o espaçamento do feixe e até mesmo o padrão de distribuição de energia dos dois feixes, o campo de temperatura de soldagem pode ser ajustado de forma conveniente e flexível, alterando o padrão de existência dos furos e o padrão de fluxo do metal líquido na poça fundida. , proporcionando uma melhor solução para o processo de soldagem. O vasto espaço de escolha é incomparável pela soldagem a laser de feixe único. Ele não só tem as vantagens de grande penetração da soldagem a laser, velocidade rápida e alta precisão, mas também possui grande adaptabilidade a materiais e juntas que são difíceis de soldar com a soldagem a laser convencional.
Princípio desoldagem a laser de feixe duplo
Soldagem de feixe duplo significa usar dois feixes de laser ao mesmo tempo durante o processo de soldagem. O arranjo do feixe, o espaçamento do feixe, o ângulo entre os dois feixes, a posição de foco e a relação de energia dos dois feixes são configurações relevantes na soldagem a laser de feixe duplo. parâmetro. Normalmente, durante o processo de soldagem, geralmente existem duas maneiras de organizar as vigas duplas. Conforme mostrado na figura, um está disposto em série ao longo da direção de soldagem. Este arranjo pode reduzir a taxa de resfriamento da poça fundida. Reduz a tendência de temperabilidade da solda e a geração de poros. A outra é organizá-los lado a lado ou transversalmente em ambos os lados da solda para melhorar a adaptabilidade à folga da solda.
Princípio de soldagem a laser de feixe duplo
Soldagem de feixe duplo significa usar dois feixes de laser ao mesmo tempo durante o processo de soldagem. O arranjo do feixe, o espaçamento do feixe, o ângulo entre os dois feixes, a posição de foco e a relação de energia dos dois feixes são configurações relevantes na soldagem a laser de feixe duplo. parâmetro. Normalmente, durante o processo de soldagem, geralmente existem duas maneiras de organizar as vigas duplas. Conforme mostrado na figura, um está disposto em série ao longo da direção de soldagem. Este arranjo pode reduzir a taxa de resfriamento da poça fundida. Reduz a tendência de temperabilidade da solda e a geração de poros. A outra é organizá-los lado a lado ou transversalmente em ambos os lados da solda para melhorar a adaptabilidade à folga da solda.
Para um sistema de soldagem a laser de feixe duplo organizado em tandem, existem três mecanismos de soldagem diferentes, dependendo da distância entre os feixes dianteiro e traseiro, conforme mostrado na figura abaixo.
1. No primeiro tipo de mecanismo de soldagem, a distância entre os dois feixes de luz é relativamente grande. Um feixe de luz tem maior densidade de energia e é focado na superfície da peça para produzir buracos de fechadura na soldagem; o outro feixe de luz tem uma densidade de energia menor. Usado apenas como fonte de calor para tratamento térmico pré ou pós-solda. Usando este mecanismo de soldagem, a taxa de resfriamento da poça de soldagem pode ser controlada dentro de uma certa faixa, o que é benéfico para soldar alguns materiais com alta sensibilidade a trincas, como aço de alto carbono, aço de liga, etc., e também pode melhorar a tenacidade da solda.
2. No segundo tipo de mecanismo de soldagem, a distância de foco entre os dois feixes de luz é relativamente pequena. Os dois feixes de luz produzem dois buracos de fechadura independentes em uma poça de soldagem, o que altera o padrão de fluxo do metal líquido e ajuda a evitar gripagens. Pode eliminar a ocorrência de defeitos como bordas e protuberâncias no cordão de solda e melhorar a formação da solda.
3. No terceiro tipo de mecanismo de soldagem, a distância entre os dois feixes de luz é muito pequena. Neste momento, os dois feixes de luz produzem o mesmo buraco de fechadura na piscina de soldagem. Em comparação com a soldagem a laser de feixe único, porque o tamanho do buraco da fechadura se torna maior e não é fácil de fechar, o processo de soldagem é mais estável e o gás é mais fácil de descarregar, o que é benéfico para reduzir poros e respingos, e obter contínuo, uniforme e lindas soldas.
Durante o processo de soldagem, os dois feixes de laser também podem ser feitos em um determinado ângulo entre si. O mecanismo de soldagem é semelhante ao mecanismo de soldagem de feixe duplo paralelo. Os resultados dos testes mostram que usando dois OOs de alta potência com um ângulo de 30° entre si e uma distância de 1 ~ 2 mm, o feixe de laser pode obter um buraco de fechadura em forma de funil. O tamanho do buraco da fechadura é maior e mais estável, o que pode efetivamente melhorar a qualidade da soldagem. Em aplicações práticas, a combinação mútua dos dois feixes de luz pode ser alterada de acordo com diferentes condições de soldagem para alcançar diferentes processos de soldagem.
6. Método de implementação de soldagem a laser de feixe duplo
A aquisição de feixes duplos pode ser obtida combinando dois feixes de laser diferentes, ou um feixe de laser pode ser dividido em dois feixes de laser para soldagem utilizando um sistema de espectrometria óptica. Para dividir um feixe de luz em dois feixes de laser paralelos de diferentes potências, pode-se usar um espectroscópio ou algum sistema óptico especial. A imagem mostra dois diagramas esquemáticos dos princípios de divisão de luz usando espelhos de foco como divisores de feixe.
Além disso, um refletor também pode ser usado como divisor de feixe, e o último refletor no caminho óptico pode ser usado como divisor de feixe. Este tipo de refletor também é chamado de refletor tipo telhado. Sua superfície reflexiva não é plana, mas consiste em dois planos. A linha de intersecção das duas superfícies reflexivas está localizada no meio da superfície do espelho, semelhante a uma cumeeira, conforme mostrado na figura. Um feixe de luz paralelo brilha no espectroscópio, é refletido por dois planos em ângulos diferentes para formar dois feixes de luz e brilha em diferentes posições do espelho de foco. Após a focagem, dois feixes de luz são obtidos a uma certa distância na superfície da peça. Ao alterar o ângulo entre as duas superfícies refletoras e a posição do telhado, podem ser obtidos feixes de luz divididos com diferentes distâncias de foco e arranjos.
Ao usar dois tipos diferentes defeixes de laser tPara formar uma viga dupla, existem muitas combinações. Um laser de CO2 de alta qualidade com distribuição de energia gaussiana pode ser usado para o trabalho principal de soldagem, e um laser semicondutor com distribuição de energia retangular pode ser usado para auxiliar no trabalho de tratamento térmico. Por um lado, esta combinação é mais económica. Por outro lado, a potência dos dois feixes de luz pode ser ajustada de forma independente. Para diferentes formas de junta, um campo de temperatura ajustável pode ser obtido ajustando a posição de sobreposição do laser e do laser semicondutor, o que é muito adequado para soldagem. Controle de processo. Além disso, o laser YAG e o laser CO2 também podem ser combinados em um feixe duplo para soldagem, o laser contínuo e o laser pulsado podem ser combinados para soldagem, e o feixe focado e o feixe desfocado também podem ser combinados para soldagem.
7. Princípio da soldagem a laser de feixe duplo
3.1 Soldagem a laser de duplo feixe de chapas galvanizadas
A chapa de aço galvanizado é o material mais utilizado na indústria automotiva. O ponto de fusão do aço é de cerca de 1500°C, enquanto o ponto de ebulição do zinco é de apenas 906°C. Portanto, ao utilizar o método de soldagem por fusão, geralmente é gerada uma grande quantidade de vapor de zinco, tornando o processo de soldagem instável. , formando poros na solda. Para juntas sobrepostas, a volatilização da camada galvanizada não ocorre apenas nas superfícies superior e inferior, mas também na superfície da junta. Durante o processo de soldagem, o vapor de zinco é rapidamente ejetado da superfície da poça de fusão em algumas áreas, enquanto em outras áreas é difícil para o vapor de zinco escapar da poça de fusão. Na superfície da piscina, a qualidade da soldagem é muito instável.
A soldagem a laser de feixe duplo pode resolver os problemas de qualidade da soldagem causados pelo vapor de zinco. Um método é controlar o tempo de existência e a taxa de resfriamento da poça fundida, combinando razoavelmente a energia dos dois feixes para facilitar o escape do vapor de zinco; o outro método é liberar vapor de zinco por pré-perfuração ou ranhuramento. Conforme mostrado na Figura 6-31, o laser CO2 é usado para soldagem. O laser YAG está na frente do laser CO2 e é usado para fazer furos ou cortar ranhuras. Os furos ou ranhuras pré-processados fornecem um caminho de escape para o vapor de zinco gerado durante a soldagem subsequente, evitando que ele permaneça na poça de fusão e forme defeitos.
3.2 Soldagem a laser de feixe duplo de liga de alumínio
Devido às características especiais de desempenho dos materiais de liga de alumínio, existem as seguintes dificuldades no uso da soldagem a laser [39]: a liga de alumínio tem uma baixa taxa de absorção do laser e a refletividade inicial da superfície do feixe de laser de CO2 excede 90%; costuras de soldagem a laser de liga de alumínio são fáceis de produzir Porosidade, rachaduras; queima de elementos de liga durante a soldagem, etc. Ao usar soldagem a laser único, é difícil estabelecer o buraco da fechadura e manter a estabilidade. A soldagem a laser de feixe duplo pode aumentar o tamanho do buraco da fechadura, dificultando o fechamento do buraco da fechadura, o que é benéfico para a descarga de gás. Também pode reduzir a taxa de resfriamento e reduzir a ocorrência de poros e rachaduras de soldagem. Como o processo de soldagem é mais estável e a quantidade de respingos é reduzida, o formato da superfície da solda obtido pela soldagem de feixe duplo de ligas de alumínio também é significativamente melhor do que a soldagem de feixe único. A Figura 6-32 mostra a aparência da costura de solda de soldagem de topo de liga de alumínio com 3 mm de espessura usando laser de feixe único de CO2 e soldagem a laser de feixe duplo.
A pesquisa mostra que ao soldar liga de alumínio da série 5000 com 2 mm de espessura, quando a distância entre os dois feixes é de 0,6 ~ 1,0 mm, o processo de soldagem é relativamente estável e a abertura do buraco da fechadura formada é maior, o que favorece a evaporação e escape de magnésio durante o processo de soldagem. Se a distância entre as duas vigas for muito pequena, o processo de soldagem de uma única viga não será estável. Se a distância for muito grande, a penetração da soldagem será afetada, conforme mostrado na Figura 6-33. Além disso, a relação energética dos dois feixes também tem um grande impacto na qualidade da soldagem. Quando as duas vigas com espaçamento de 0,9 mm são dispostas em série para soldagem, a energia da viga anterior deve ser aumentada adequadamente para que a relação de energia das duas vigas antes e depois seja superior a 1:1. É útil melhorar a qualidade da costura de soldagem, aumentar a área de fusão e ainda obter uma costura de soldagem suave e bonita quando a velocidade de soldagem é alta.
3.3 Soldagem de duplo feixe de placas de espessuras desiguais
Na produção industrial, muitas vezes é necessário soldar duas ou mais placas metálicas de diferentes espessuras e formatos para formar uma placa emendada. Especialmente na produção automobilística, a aplicação de peças em bruto soldadas sob medida está se tornando cada vez mais difundida. Ao soldar placas com diferentes especificações, revestimentos de superfície ou propriedades, a resistência pode ser aumentada, os consumíveis reduzidos e a qualidade reduzida. A soldagem a laser de placas de diferentes espessuras é normalmente utilizada na soldagem de painéis. Um grande problema é que as placas a serem soldadas devem ser pré-formadas com bordas de alta precisão e garantir uma montagem de alta precisão. O uso de soldagem de feixe duplo de placas de espessura desigual pode se adaptar a diferentes mudanças nas folgas das placas, juntas de topo, espessuras relativas e materiais das placas. Ele pode soldar placas com maiores tolerâncias de borda e folga e melhorar a velocidade e a qualidade da soldagem.
Os principais parâmetros do processo de soldagem de placas de espessura desigual da Shuangguangdong podem ser divididos em parâmetros de soldagem e parâmetros de placa, conforme mostrado na figura. Os parâmetros de soldagem incluem a potência dos dois feixes de laser, velocidade de soldagem, posição de foco, ângulo da cabeça de soldagem, ângulo de rotação do feixe da junta de topo de feixe duplo e deslocamento de soldagem, etc. Os parâmetros da placa incluem tamanho do material, desempenho, condições de corte, lacunas na placa , etc. A potência dos dois feixes de laser pode ser ajustada separadamente de acordo com diferentes finalidades de soldagem. A posição de foco geralmente está localizada na superfície da placa fina para obter um processo de soldagem estável e eficiente. O ângulo da cabeça de soldagem é geralmente selecionado em torno de 6. Se a espessura das duas placas for relativamente grande, um ângulo positivo da cabeça de soldagem pode ser usado, ou seja, o laser é inclinado em direção à placa fina, conforme mostrado na figura; quando a espessura da placa é relativamente pequena, um ângulo negativo da cabeça de soldagem pode ser usado. O deslocamento de soldagem é definido como a distância entre o foco do laser e a borda da chapa grossa. Ao ajustar o deslocamento da soldagem, a quantidade de amolgadelas na solda pode ser reduzida e uma boa seção transversal da solda pode ser obtida.
Ao soldar placas com grandes folgas, você pode aumentar o diâmetro efetivo de aquecimento do feixe girando o ângulo duplo do feixe para obter boas capacidades de preenchimento de folgas. A largura do topo da solda é determinada pelo diâmetro efetivo do feixe dos dois feixes de laser, ou seja, o ângulo de rotação do feixe. Quanto maior o ângulo de rotação, maior será a faixa de aquecimento da viga dupla e maior será a largura da parte superior da solda. Os dois feixes de laser desempenham funções diferentes no processo de soldagem. Um é usado principalmente para penetrar na costura, enquanto o outro é usado principalmente para derreter o material da placa espessa para preencher a lacuna. Conforme mostrado na Figura 6-35, sob um ângulo de rotação do feixe positivo (o feixe frontal atua na placa espessa, o feixe traseiro atua na solda), o feixe frontal incide na placa espessa para aquecer e derreter o material, e o seguinte O feixe de laser cria penetração. O primeiro feixe de laser na frente pode derreter apenas parcialmente a chapa grossa, mas contribui muito para o processo de soldagem, pois não apenas derrete a lateral da chapa grossa para melhor preenchimento de lacunas, mas também pré-une o material da junta para que as seguintes vigas São mais fáceis de soldar através das juntas, permitindo uma soldagem mais rápida. Na soldagem de feixe duplo com ângulo de rotação negativo (o feixe frontal atua na solda e o feixe traseiro atua na chapa grossa), os dois feixes têm exatamente o efeito oposto. A primeira viga derrete a junta e a última derrete a placa grossa para preenchê-la. brecha. Neste caso, a viga frontal é necessária para soldar através da placa fria e a velocidade de soldagem é mais lenta do que usando um ângulo de rotação da viga positivo. E devido ao efeito de pré-aquecimento do feixe anterior, o último feixe derreterá material de placa mais espesso com a mesma potência. Neste caso, a potência do último feixe de laser deve ser reduzida de forma adequada. Em comparação, o uso de um ângulo de rotação do feixe positivo pode aumentar adequadamente a velocidade de soldagem, e o uso de um ângulo de rotação do feixe negativo pode obter um melhor preenchimento da lacuna. A Figura 6-36 mostra a influência de diferentes ângulos de rotação do feixe na seção transversal da solda.
3.4 Soldagem a laser de feixe duplo de chapas grandes e grossas Com a melhoria do nível de potência do laser e da qualidade do feixe, a soldagem a laser de chapas grandes e grossas tornou-se uma realidade. No entanto, como os lasers de alta potência são caros e a soldagem de placas grandes e espessas geralmente requer metal de adição, existem certas limitações na produção real. O uso da tecnologia de soldagem a laser de feixe duplo pode não apenas aumentar a potência do laser, mas também aumentar o diâmetro efetivo de aquecimento do feixe, aumentar a capacidade de derreter o fio de enchimento, estabilizar o buraco da fechadura do laser, melhorar a estabilidade da soldagem e melhorar a qualidade da soldagem.
Horário da postagem: 29 de abril de 2024
