Dibandingkeun sareng téknologi las tradisional,las lasermiboga kaunggulan anu teu aya tandinganna dina akurasi pangelasan, efisiensi, reliabilitas, otomatisasi sareng aspék-aspék sanésna. Dina sababaraha taun ka pengker, éta parantos berkembang pesat dina widang otomotif, énergi, éléktronik sareng widang sanésna, sareng dianggap salaku salah sahiji téknologi manufaktur anu paling ngajangjikeun dina abad ka-21.
1. Tinjauan balok gandalas laser
Balok gandalas lasernyaéta ngagunakeun metode optik pikeun misahkeun laser anu sami kana dua sinar cahaya anu misah pikeun ngelas, atanapi ngagunakeun dua jinis laser anu béda pikeun digabungkeun, sapertos laser CO2, laser Nd: YAG sareng laser semikonduktor kakuatan tinggi. Sadayana tiasa digabungkeun. Ieu diusulkeun utamina pikeun ngarengsekeun adaptasi pangelasan laser kana akurasi perakitan, ningkatkeun stabilitas prosés pangelasan, sareng ningkatkeun kualitas las. Sinar gandalas lasertiasa sacara merenah sareng fléksibel nyaluyukeun widang suhu pangelasan ku cara ngarobih babandingan énergi sinar, jarak sinar, sareng bahkan pola distribusi énergi tina dua sinar laser, ngarobih pola ayana liang konci sareng pola aliran logam cair dina kolam cair. Nyayogikeun pilihan prosés pangelasan anu langkung lega. Éta henteu ngan ukur gaduh kaunggulan ageunglas laserpenetrasi, kecepatan anu gancang sareng presisi anu luhur, tapi ogé cocog pikeun bahan sareng sambungan anu hésé dilas nganggo konvensionallas laser.
Pikeun sinar gandalas laser, urang mimitina ngabahas metode implementasi laser sinar ganda. Literatur anu lengkep nunjukkeun yén aya dua cara utama pikeun ngahontal pangelasan sinar ganda: fokus transmisi sareng fokus pantulan. Sacara khusus, anu kahiji kahontal ku cara nyaluyukeun sudut sareng jarak dua laser ngalangkungan eunteung fokus sareng eunteung kolimat. Anu kadua kahontal ku cara nganggo sumber laser teras fokus ngalangkungan eunteung pantulan, eunteung transmissif sareng eunteung bentuk baji pikeun ngahontal sinar ganda. Pikeun metode anu kahiji, aya tilu bentuk utama. Bentuk anu kahiji nyaéta ngahijikeun dua laser ngalangkungan serat optik sareng misahkeunana kana dua sinar anu béda dina eunteung kolimat sareng eunteung fokus anu sami. Anu kadua nyaéta dua laser ngaluarkeun sinar laser ngalangkungan sirah pangelasan masing-masing, sareng sinar ganda dibentuk ku cara nyaluyukeun posisi spasial sirah pangelasan. Metode anu katilu nyaéta sinar laser mimitina dibagi ngaliwatan dua eunteung 1 sareng 2, teras fokus ku dua eunteung fokus 3 sareng 4 masing-masing. Posisi sareng jarak antara dua titik fokus tiasa disaluyukeun ku cara nyaluyukeun sudut dua eunteung fokus 3 sareng 4. Métode kadua nyaéta nganggo laser solid-state pikeun misahkeun cahaya pikeun ngahontal sinar ganda, sareng nyaluyukeun sudut sareng jarak ngalangkungan eunteung perspektif sareng eunteung fokus. Dua gambar terakhir dina baris kahiji di handap nunjukkeun sistem spéktroskopi laser CO2. Eunteung datar diganti ku eunteung bentuk baji sareng disimpen di payuneun eunteung fokus pikeun misahkeun cahaya pikeun ngahontal sinar ganda paralel.
Saatos ngartos palaksanaan balok ganda, hayu urang ngenalkeun sacara singget prinsip sareng metode pangelasan. Dina balok gandalas laserprosésna, aya tilu susunan balok umum, nyaéta susunan séri, susunan paralel sareng susunan hibrida. lawon, nyaéta, aya jarak dina arah pangelasan sareng arah vertikal pangelasan. Sakumaha anu dipidangkeun dina baris terakhir gambar, numutkeun bentuk liang leutik sareng kolam cair anu béda-béda anu muncul dina jarak titik anu béda salami prosés pangelasan séri, éta tiasa dibagi deui kana lebur tunggal. Aya tilu kaayaan: kolam, kolam cair umum sareng kolam cair anu dipisahkeun. Ciri-ciri kolam cair tunggal sareng kolam cair anu dipisahkeun sami sareng anu tunggallas laser, sakumaha anu dipidangkeun dina diagram simulasi numerik. Aya épék prosés anu béda pikeun jinis anu béda.
Tipe 1: Dina jarak titik anu tangtu, dua liang konci balok ngabentuk liang konci ageung umum dina kolam cair anu sami; pikeun tipe 1, dilaporkeun yén hiji sinar cahaya dianggo pikeun nyieun liang leutik, sareng sinar cahaya anu sanésna dianggo pikeun perlakuan panas las, anu tiasa sacara efektif ningkatkeun sipat struktural baja karbon tinggi sareng baja paduan.
Tipe 2: Ningkatkeun jarak titik dina kolam cair anu sami, misahkeun dua sinar kana dua liang konci anu mandiri, sareng ngarobih pola aliran kolam cair; pikeun tipe 2, fungsina sami sareng dua las sinar éléktron, Ngurangan percikan las sareng las anu henteu teratur dina panjang fokus anu pas.
Tipe 3: Leuwih ningkatkeun jarak titik sareng ngarobih babandingan énergi dua balok, supados salah sahiji tina dua balok dianggo salaku sumber panas pikeun ngalakukeun pamrosésan pra-las atanapi pasca-las salami prosés las, sareng balok anu sanésna dianggo pikeun ngahasilkeun liang alit. Pikeun tipe 3, panilitian mendakan yén dua balok ngabentuk liang konci, liang alit henteu gampang runtuh, sareng las henteu gampang ngahasilkeun pori-pori.
2. Pangaruh prosés pangelasan kana kualitas pangelasan
Pangaruh babandingan balok-énergi serial kana formasi sambungan las
Nalika kakuatan laser 2kW, kecepatan las 45 mm/s, jumlah defokus 0mm, sareng jarak sinar 3 mm, bentuk permukaan las nalika ngarobih RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) sapertos anu dipidangkeun dina gambar. Nalika RS=0.50 sareng 2.00, las penyok langkung ageung, sareng aya langkung seueur percikan dina sisi las, tanpa ngabentuk pola sisik lauk anu teratur. Ieu kusabab nalika babandingan énergi sinar leutik teuing atanapi ageung teuing, énergi laser teuing pekat, nyababkeun liang jarum laser osilasi langkung serius salami prosés las, sareng tekanan recoil uap nyababkeun ejeksi sareng percikan logam kolam cair dina kolam cair; Input panas anu kaleuleuwihi nyababkeun jerona penetrasi kolam cair dina sisi aloi aluminium janten ageung teuing, nyababkeun depresi dina aksi gravitasi. Nalika RS=0,67 sareng 1,50, pola sisik lauk dina permukaan las seragam, bentuk las langkung éndah, sareng teu aya retakan panas las, pori-pori sareng cacad las anu katingali dina permukaan las. Bentuk penampang las kalayan babandingan énergi balok RS anu béda sapertos anu dipidangkeun dina gambar. Penampang las aya dina "bentuk gelas anggur" anu khas, nunjukkeun yén prosés las dilaksanakeun dina modeu las penetrasi jero laser. RS gaduh pangaruh anu penting kana jerona penetrasi P2 tina las dina sisi paduan aluminium. Nalika babandingan énergi balok RS=0,5, P2 nyaéta 1203,2 mikron. Nalika babandingan énergi balok RS=0,67 sareng 1,5, P2 dikirangan sacara signifikan, nyaéta 403,3 mikron sareng 93,6 mikron masing-masing. Nalika babandingan énergi balok RS=2, jerona penetrasi las tina penampang sambungan nyaéta 1151,6 mikron.
Pangaruh babandingan balok-énergi paralel kana formasi sambungan las
Nalika kakuatan laser 2.8kW, kecepatan las 33mm/s, jumlah defokus 0mm, sareng jarak sinar 1mm, permukaan las diala ku cara ngarobih babandingan énergi sinar (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). Penampilanana dipidangkeun dina gambar. Nalika RS=2, pola sisik lauk dina permukaan las relatif teu teratur. Permukaan las anu diala ku lima babandingan énergi sinar anu béda kabentuk kalayan saé, sareng teu aya cacad anu katingali sapertos pori-pori sareng percikan. Ku alatan éta, dibandingkeun sareng serial dual-beamlas laser, beungeut las anu nganggo balok ganda paralel langkung seragam sareng éndah. Nalika RS = 0,25, aya depresi sakedik dina las; nalika babandingan énergi balok laun-laun ningkat (RS = 0,5, 0,67 sareng 1,5), beungeut las seragam sareng teu aya depresi anu kabentuk; kumaha oge, nalika babandingan énergi balok langkung ningkat (RS = 1,50, 2,00), tapi aya depresi dina beungeut las. Nalika babandingan énergi balok RS = 0,25, 1,5 sareng 2, bentuk cross-sectional las nyaéta "bentuk gelas anggur"; nalika RS = 0,50, 0,67 sareng 1, bentuk cross-sectional las nyaéta "bentuk corong". Nalika RS = 4, teu ngan ukur retakan anu dihasilkeun di handapeun las, tapi ogé sababaraha pori anu dihasilkeun di bagian tengah sareng handap las. Nalika RS = 2, pori-pori prosés ageung muncul di jero las, tapi teu aya retakan anu muncul. Nalika RS=0,5, 0,67 sareng 1,5, jerona penetrasi P2 tina las dina sisi paduan aluminium langkung alit, sareng penampang las kabentuk kalayan saé sareng teu aya cacad las anu jelas. Ieu nunjukkeun yén babandingan énergi sinar salami las laser dual-beam paralel ogé gaduh dampak anu penting kana penetrasi las sareng cacad las.
Balok sajajar – pangaruh jarak balok kana formasi sambungan las
Nalika kakuatan laser 2.8kW, kecepatan las 33mm/s, jumlah defokus 0mm, sareng babandingan énergi sinar RS=0.67, robih jarak sinar (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) pikeun kéngingkeun morfologi permukaan las sapertos anu dipidangkeun dina gambar. Nalika d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, permukaan las lemes sareng rata, sareng bentukna éndah; pola sisik lauk dina las teratur sareng éndah, sareng teu aya pori-pori, retakan sareng cacad sanésna anu katingali. Ku alatan éta, dina kaayaan jarak opat sinar, permukaan las kabentuk kalayan saé. Salaku tambahan, nalika d=2 mm, dua las anu béda kabentuk, anu nunjukkeun yén dua sinar laser paralel henteu deui meta dina kolam cair, sareng henteu tiasa ngabentuk las hibrida laser dual-beam anu efektif. Nalika jarak balok 0,5mm, lasna "bentukna corong", jerona penetrasi P2 tina las dina sisi paduan aluminium nyaéta 712,9 mikron, sareng teu aya retakan, pori-pori sareng cacad sanés di jero las. Nalika jarak balok terus ningkat, jerona penetrasi P2 tina las dina sisi paduan aluminium turun sacara signifikan. Nalika jarak balok 1 mm, jerona penetrasi las dina sisi paduan aluminium ngan ukur 94,2 mikron. Nalika jarak balok langkung ningkat, las henteu ngabentuk penetrasi anu efektif dina sisi paduan aluminium. Ku alatan éta, nalika jarak balok 0,5mm, pangaruh rekombinasi balok ganda mangrupikeun anu pangsaéna. Nalika jarak balok ningkat, input panas las turun sacara seukeut, sareng pangaruh rekombinasi laser dua balok laun-laun janten langkung parah.
Bédana morfologi las disababkeun ku bédana aliran sareng padésaan pendinginan tina kolam cair salami prosés las. Métode simulasi numerik henteu ngan ukur tiasa ngajantenkeun analisis tegangan tina kolam cair langkung intuitif, tapi ogé ngirangan biaya ékspérimén. Gambar di handap ieu nunjukkeun parobahan dina kolam cair sisi kalayan balok tunggal, susunan anu béda sareng jarak titik. Kacindekan utama kalebet: (1) Salila balok tunggallas laserprosésna, jerona liang kolam anu dilebur téh pangjerona, aya fénoména runtuhna liang, témbok liangna teu teratur, sareng distribusi médan aliran caket témbok liangna teu rata; caket beungeut tukang kolam anu dilebur, aliran balikna kuat, sareng aya aliran balik ka luhur di handapeun kolam anu dilebur; distribusi médan aliran tina beungeut kolam anu dilebur relatif seragam sareng laun, sareng lébar kolam anu dilebur teu rata sapanjang arah jerona. Aya gangguan anu disababkeun ku tekanan recoil témbok dina kolam anu dilebur antara liang leutik dina balok ganda.las laser, sareng éta salawasna aya sapanjang arah jerona liang leutik. Nalika jarak antara dua sinar terus ningkat, kapadetan énergi sinar laun-laun transisi tina hiji puncak ka kaayaan puncak ganda. Aya nilai minimum antara dua puncak, sareng kapadetan énergi laun-laun turun. (2) Pikeun sinar gandalas laser, nalika jarak titik 0-0.5mm, jerona liang leutik kolam cair rada ngurangan, sareng paripolah aliran kolam cair sacara umum sami sareng single-beamlas laser; nalika jarak titik di luhur 1mm, liang-liang leutik dipisahkeun sagemblengna, sareng salami prosés pangelasan ampir teu aya interaksi antara dua laser, anu sami sareng dua pangelasan laser sinar tunggal anu padeukeut/dua paralel kalayan kakuatan 1750W. Ampir teu aya pangaruh pemanasan awal, sareng paripolah aliran kolam renang anu lebur sami sareng pangelasan laser sinar tunggal. (3) Nalika jarak titik 0,5-1mm, permukaan témbok liang leutik langkung rata dina dua susunan, jerona liang leutik laun-laun ngirangan, sareng handap laun-laun misah. Gangguan antara liang leutik sareng aliran kolam renang anu lebur permukaan aya dina 0,8mm. Anu paling kuat. Pikeun pangelasan serial, panjang kolam renang anu lebur laun-laun ningkat, lébarna panggedéna nalika jarak titik 0,8mm, sareng pangaruh pemanasan awal paling atra nalika jarak titik 0,8mm. Pangaruh gaya Marangoni laun-laun ngaleuleuskeun, sareng langkung seueur cairan logam ngalir ka dua sisi kolam renang anu lebur. Ngajadikeun distribusi lébar lebur langkung seragam. Pikeun pangelasan paralel, lébar kolam cair laun-laun ningkat, sareng panjangna maksimal dina 0.8mm, tapi teu aya pangaruh pemanasan awal; aliran balik caket permukaan anu disababkeun ku gaya Marangoni salawasna aya, sareng aliran balik ka handap di handapeun liang leutik laun-laun ngaleungit; médan aliran cross-sectional henteu saé sapertos anu kuat dina séri, gangguan ampir teu mangaruhan aliran dina dua sisi kolam cair, sareng lébar cair disebarkeun henteu rata.
Waktos posting: 12-Okt-2023
