Das Zweistrahlschweißverfahren wird hauptsächlich zur Lösung der Anpassungsfähigkeit vorgeschlagenLaserschweißenVerbesserung der Montagegenauigkeit, Verbesserung der Stabilität des Schweißprozesses und Verbesserung der Schweißqualität, insbesondere beim Schweißen dünner Bleche und Aluminiumlegierungen. Beim Doppelstrahl-Laserschweißen können optische Methoden verwendet werden, um denselben Laser zum Schweißen in zwei separate Lichtstrahlen aufzuteilen. Es können auch zwei verschiedene Lasertypen kombiniert werden: CO2-Laser, Nd:YAG-Laser und Hochleistungs-Halbleiterlaser. kombinierbar. Durch Ändern der Strahlenergie, des Strahlabstands und sogar des Energieverteilungsmusters der beiden Strahlen kann das Schweißtemperaturfeld bequem und flexibel angepasst werden, wodurch sich das Muster der Löcher und das Fließmuster des flüssigen Metalls im Schmelzbad ändert , was eine bessere Lösung für den Schweißprozess bietet. Die große Auswahl ist beim Einstrahl-Laserschweißen unübertroffen. Es bietet nicht nur die Vorteile einer großen Laserschweißdurchdringung, hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision, sondern auch eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an Materialien und Verbindungen, die mit herkömmlichem Laserschweißen schwer zu schweißen sind.
Prinzip vonDoppelstrahl-Laserschweißen
Beim Zweistrahlschweißen werden beim Schweißvorgang zwei Laserstrahlen gleichzeitig eingesetzt. Beim Zweistrahl-Laserschweißen sind Strahlanordnung, Strahlabstand, Winkel zwischen den beiden Strahlen, Fokuslage und das Energieverhältnis der beiden Strahlen relevante Einstellungen. Parameter. Normalerweise gibt es beim Schweißvorgang grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Doppelträger anzuordnen. Wie in der Abbildung gezeigt, ist eine davon in Reihe entlang der Schweißrichtung angeordnet. Diese Anordnung kann die Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades verringern. Reduziert die Verhärtungsneigung der Schweißnaht und die Porenbildung. Die andere besteht darin, sie nebeneinander oder kreuzweise auf beiden Seiten der Schweißnaht anzuordnen, um die Anpassungsfähigkeit an den Schweißspalt zu verbessern.
Doppelstrahl-Laserschweißprinzip
Beim Zweistrahlschweißen werden beim Schweißvorgang zwei Laserstrahlen gleichzeitig eingesetzt. Beim Zweistrahl-Laserschweißen sind Strahlanordnung, Strahlabstand, Winkel zwischen den beiden Strahlen, Fokuslage und das Energieverhältnis der beiden Strahlen relevante Einstellungen. Parameter. Normalerweise gibt es beim Schweißvorgang grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Doppelträger anzuordnen. Wie in der Abbildung gezeigt, ist eine davon in Reihe entlang der Schweißrichtung angeordnet. Diese Anordnung kann die Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades verringern. Reduziert die Verhärtungsneigung der Schweißnaht und die Porenbildung. Die andere besteht darin, sie nebeneinander oder kreuzweise auf beiden Seiten der Schweißnaht anzuordnen, um die Anpassungsfähigkeit an den Schweißspalt zu verbessern.
Für ein Tandem-Zweistrahl-Laserschweißsystem gibt es je nach Abstand zwischen vorderem und hinterem Strahl drei verschiedene Schweißmechanismen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
1. Bei der ersten Art von Schweißmechanismus ist der Abstand zwischen den beiden Lichtstrahlen relativ groß. Ein Lichtstrahl hat eine höhere Energiedichte und wird auf die Oberfläche des Werkstücks fokussiert, um Schlüssellöcher in der Schweißnaht zu erzeugen; der andere Lichtstrahl hat eine geringere Energiedichte. Wird nur als Wärmequelle für die Wärmebehandlung vor oder nach dem Schweißen verwendet. Mit diesem Schweißmechanismus kann die Abkühlgeschwindigkeit des Schweißbades innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, was beim Schweißen einiger Materialien mit hoher Rissempfindlichkeit, wie z. B. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, legiertem Stahl usw., von Vorteil ist und auch die Zähigkeit verbessern kann der Schweißnaht.
2. Bei der zweiten Art von Schweißmechanismus ist der Fokusabstand zwischen den beiden Lichtstrahlen relativ klein. Die beiden Lichtstrahlen erzeugen zwei unabhängige Schlüssellöcher in einem Schweißbad, wodurch sich das Fließmuster des flüssigen Metalls verändert und ein Festfressen verhindert wird. Es kann das Auftreten von Fehlern wie Kanten und Schweißwulsten beseitigen und die Schweißnahtbildung verbessern.
3. Bei der dritten Art von Schweißmechanismus ist der Abstand zwischen den beiden Lichtstrahlen sehr gering. Zu diesem Zeitpunkt erzeugen die beiden Lichtstrahlen dasselbe Schlüsselloch im Schweißbad. Im Vergleich zum Einstrahl-Laserschweißen ist der Schweißprozess stabiler und das Gas lässt sich leichter entladen, da die Schlüssellochgröße größer wird und sich nicht leicht schließen lässt, was sich positiv auf die Reduzierung von Poren und Spritzern sowie auf die Erzielung einer kontinuierlichen, gleichmäßigen und gleichmäßigen Schweißnaht auswirkt schöne Schweißnähte.
Beim Schweißvorgang können die beiden Laserstrahlen auch in einem bestimmten Winkel zueinander ausgerichtet werden. Der Schweißmechanismus ähnelt dem parallelen Doppelstrahlschweißmechanismus. Testergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung von zwei Hochleistungs-OOs mit einem Winkel von 30° zueinander und einem Abstand von 1 bis 2 mm der Laserstrahl ein trichterförmiges Schlüsselloch erzeugen kann. Die Schlüssellochgröße ist größer und stabiler, was die Schweißqualität effektiv verbessern kann. In praktischen Anwendungen kann die gegenseitige Kombination der beiden Lichtstrahlen je nach Schweißbedingungen geändert werden, um unterschiedliche Schweißprozesse zu erreichen.
6. Implementierungsmethode des Doppelstrahl-Laserschweißens
Die Erfassung von Doppelstrahlen kann durch die Kombination zweier verschiedener Laserstrahlen erreicht werden, oder ein Laserstrahl kann zum Schweißen mithilfe eines optischen Spektrometriesystems in zwei Laserstrahlen aufgeteilt werden. Um einen Lichtstrahl in zwei parallele Laserstrahlen unterschiedlicher Leistung aufzuteilen, kann ein Spektroskop oder ein spezielles optisches System verwendet werden. Das Bild zeigt zwei schematische Darstellungen von Lichtteilungsprinzipien mit Fokussierspiegeln als Strahlteiler.
Darüber hinaus kann ein Reflektor auch als Strahlteiler verwendet werden, und der letzte Reflektor im Strahlengang kann als Strahlteiler verwendet werden. Dieser Reflektortyp wird auch Dachreflektor genannt. Seine reflektierende Oberfläche ist keine ebene Fläche, sondern besteht aus zwei Ebenen. Die Schnittlinie der beiden reflektierenden Flächen liegt in der Mitte der Spiegelfläche, ähnlich einem Dachfirst, wie in der Abbildung dargestellt. Ein Strahl parallelen Lichts fällt auf das Spektroskop, wird von zwei Ebenen in unterschiedlichen Winkeln reflektiert, um zwei Lichtstrahlen zu bilden, und scheint auf verschiedene Positionen des Fokussierspiegels. Nach der Fokussierung entstehen zwei Lichtstrahlen in einem bestimmten Abstand auf der Oberfläche des Werkstücks. Durch Veränderung des Winkels zwischen den beiden reflektierenden Flächen und der Position des Daches können geteilte Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Fokusabständen und Anordnungen erhalten werden.
Bei der Verwendung von zwei verschiedenen Arten vonLaserstrahlen to einen Doppelbalken bilden, es gibt viele Kombinationen. Für die Hauptschweißarbeiten kann ein hochwertiger CO2-Laser mit Gaußscher Energieverteilung und zur Unterstützung der Wärmebehandlungsarbeiten ein Halbleiterlaser mit rechteckförmiger Energieverteilung eingesetzt werden. Einerseits ist diese Kombination wirtschaftlicher. Andererseits kann die Leistung der beiden Lichtstrahlen unabhängig voneinander eingestellt werden. Für unterschiedliche Verbindungsformen kann durch Einstellen der Überlappungsposition von Laser und Halbleiterlaser ein einstellbares Temperaturfeld erzielt werden, das sich sehr gut zum Schweißen eignet. Prozesskontrolle. Darüber hinaus können YAG-Laser und CO2-Laser zum Schweißen auch zu einem Doppelstrahl kombiniert werden, kontinuierlicher Laser und Pulslaser können zum Schweißen kombiniert werden und fokussierter Strahl und defokussierter Strahl können zum Schweißen kombiniert werden.
7. Prinzip des Zweistrahl-Laserschweißens
3.1 Zweistrahl-Laserschweißen von verzinkten Blechen
Verzinktes Stahlblech ist das am häufigsten verwendete Material in der Automobilindustrie. Der Schmelzpunkt von Stahl liegt bei etwa 1500 °C, während der Siedepunkt von Zink nur 906 °C beträgt. Daher entsteht beim Schmelzschweißverfahren in der Regel eine große Menge Zinkdampf, was zu einem instabilen Schweißprozess führt. , wodurch Poren in der Schweißnaht entstehen. Bei Überlappungsverbindungen erfolgt die Verflüchtigung der verzinkten Schicht nicht nur auf der Ober- und Unterseite, sondern auch an der Verbindungsoberfläche. Während des Schweißvorgangs tritt in einigen Bereichen schnell Zinkdampf aus der Schmelzbadoberfläche aus, während es in anderen Bereichen für Zinkdampf schwierig ist, aus dem Schmelzbad zu entweichen. An der Beckenoberfläche ist die Schweißqualität sehr instabil.
Das Doppelstrahl-Laserschweißen kann die durch Zinkdampf verursachten Schweißqualitätsprobleme lösen. Eine Methode besteht darin, die Existenzzeit und die Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbads zu steuern, indem die Energie der beiden Strahlen angemessen angepasst wird, um das Entweichen von Zinkdampf zu erleichtern. Die andere Methode besteht darin, Zinkdampf durch Vorstanzen oder Nuten freizusetzen. Wie in Abbildung 6-31 dargestellt, wird zum Schweißen ein CO2-Laser verwendet. Der YAG-Laser befindet sich vor dem CO2-Laser und dient zum Bohren von Löchern oder zum Schneiden von Nuten. Die vorgefertigten Löcher oder Rillen bieten einen Entweichweg für den beim anschließenden Schweißen entstehenden Zinkdampf und verhindern so, dass dieser im Schmelzbad verbleibt und Fehler bildet.
3.2 Doppelstrahl-Laserschweißen von Aluminiumlegierungen
Aufgrund der besonderen Leistungsmerkmale von Aluminiumlegierungsmaterialien gibt es die folgenden Schwierigkeiten beim Laserschweißen [39]: Aluminiumlegierungen haben eine niedrige Laserabsorptionsrate und das anfängliche Reflexionsvermögen der CO2-Laserstrahloberfläche übersteigt 90 %; Laserschweißnähte aus Aluminiumlegierungen lassen sich leicht herstellen. Porosität, Risse; Brennen von Legierungselementen beim Schweißen usw. Beim Einzellaserschweißen ist es schwierig, das Schlüsselloch herzustellen und die Stabilität aufrechtzuerhalten. Durch das Doppelstrahl-Laserschweißen kann sich das Schlüsselloch vergrößern, was das Schließen des Schlüssellochs erschwert, was sich positiv auf die Gasentladung auswirkt. Es kann auch die Abkühlgeschwindigkeit verringern und das Auftreten von Poren und Schweißrissen verringern. Da der Schweißprozess stabiler ist und die Spritzermenge reduziert wird, ist auch die Form der Schweißoberfläche beim Zweistrahlschweißen von Aluminiumlegierungen deutlich besser als beim Einstrahlschweißen. Abbildung 6-32 zeigt das Aussehen der Schweißnaht beim Stumpfschweißen einer 3 mm dicken Aluminiumlegierung mit CO2-Einstrahllaser und Doppelstrahllaserschweißen.
Untersuchungen zeigen, dass beim Schweißen einer 2 mm dicken Aluminiumlegierung der Serie 5000 bei einem Abstand zwischen den beiden Strahlen von 0,6 bis 1,0 mm der Schweißprozess relativ stabil ist und die gebildete Schlüssellochöffnung größer ist, was die Verdampfung und den Austritt von Magnesium während des Schweißens begünstigt den Schweißvorgang. Wenn der Abstand zwischen den beiden Balken zu gering ist, ist der Schweißprozess eines einzelnen Balkens nicht stabil. Wenn der Abstand zu groß ist, wird die Schweißdurchdringung beeinträchtigt, wie in Abbildung 6-33 dargestellt. Darüber hinaus hat auch das Energieverhältnis der beiden Strahlen großen Einfluss auf die Schweißqualität. Wenn die beiden Strahlen mit einem Abstand von 0,9 mm zum Schweißen in Reihe angeordnet werden, sollte die Energie des vorherigen Strahls entsprechend erhöht werden, sodass das Energieverhältnis der beiden Strahlen davor und danach größer als 1:1 ist. Dies ist hilfreich, um die Qualität der Schweißnaht zu verbessern, den Schmelzbereich zu vergrößern und dennoch eine glatte und schöne Schweißnaht zu erhalten, wenn die Schweißgeschwindigkeit hoch ist.
3.3 Doppelstrahlschweißen von Blechen unterschiedlicher Dicke
In der industriellen Produktion ist es häufig erforderlich, zwei oder mehr Metallplatten unterschiedlicher Dicke und Form zu einer verbundenen Platte zu verschweißen. Vor allem im Automobilbau findet der Einsatz maßgeschneiderter Platinen immer mehr Verbreitung. Durch das Schweißen von Blechen mit unterschiedlichen Spezifikationen, Oberflächenbeschichtungen oder Eigenschaften kann die Festigkeit erhöht, Verbrauchsmaterialien reduziert und die Qualität verringert werden. Beim Plattenschweißen kommt üblicherweise das Laserschweißen von Blechen unterschiedlicher Dicke zum Einsatz. Ein großes Problem besteht darin, dass die zu verschweißenden Platten mit hochpräzisen Kanten vorgeformt sein müssen und eine hochpräzise Montage gewährleisten müssen. Durch den Einsatz des Doppelstrahlschweißens von Blechen unterschiedlicher Dicke kann eine Anpassung an unterschiedliche Änderungen der Blechabstände, Stoßverbindungen, relativen Dicken und Blechmaterialien erfolgen. Es kann Bleche mit größeren Kanten- und Spalttoleranzen schweißen und die Schweißgeschwindigkeit und Schweißqualität verbessern.
Die Hauptprozessparameter des Shuangguangdong-Schweißens von Platten ungleicher Dicke können in Schweißparameter und Plattenparameter unterteilt werden, wie in der Abbildung dargestellt. Zu den Schweißparametern gehören die Leistung der beiden Laserstrahlen, die Schweißgeschwindigkeit, die Fokusposition, der Schweißkopfwinkel, der Strahldrehwinkel der Doppelstrahl-Stoßverbindung und der Schweißversatz usw. Zu den Plattenparametern gehören Materialgröße, Leistung, Beschnittbedingungen und Plattenabstände usw. Die Leistung der beiden Laserstrahlen kann je nach Schweißzweck separat eingestellt werden. Die Fokusposition liegt im Allgemeinen auf der Oberfläche des dünnen Blechs, um einen stabilen und effizienten Schweißprozess zu erreichen. Der Schweißkopfwinkel wird üblicherweise auf etwa 6 gewählt. Wenn die Dicke der beiden Platten relativ groß ist, kann ein positiver Schweißkopfwinkel verwendet werden, d. h. der Laser wird in Richtung der dünnen Platte geneigt, wie im Bild gezeigt; Wenn die Blechdicke relativ gering ist, kann ein negativer Schweißkopfwinkel verwendet werden. Der Schweißversatz ist definiert als der Abstand zwischen dem Laserfokus und der Kante des dicken Blechs. Durch die Anpassung des Schweißversatzes kann die Menge an Schweißbeulen reduziert und ein guter Schweißnahtquerschnitt erzielt werden.
Beim Schweißen von Platten mit großen Lücken können Sie den effektiven Strahlheizdurchmesser durch Drehen des Doppelstrahlwinkels vergrößern, um eine gute Lückenfüllung zu erzielen. Die Breite der Schweißnahtoberseite wird durch den effektiven Strahldurchmesser der beiden Laserstrahlen bestimmt, also durch den Rotationswinkel des Strahls. Je größer der Drehwinkel, desto größer ist der Heizbereich des Doppelstrahls und desto größer ist die Breite des oberen Teils der Schweißnaht. Die beiden Laserstrahlen spielen beim Schweißprozess unterschiedliche Rollen. Einer wird hauptsächlich zum Eindringen in die Naht verwendet, während der andere hauptsächlich zum Schmelzen des dicken Plattenmaterials zum Füllen der Lücke verwendet wird. Wie in Abbildung 6-35 dargestellt, trifft der vordere Strahl bei einem positiven Strahldrehwinkel (der vordere Strahl wirkt auf die dicke Platte, der hintere Strahl wirkt auf die Schweißnaht) auf die dicke Platte, um das Material zu erhitzen und zu schmelzen Der folgende Laserstrahl erzeugt eine Durchdringung. Der erste Laserstrahl an der Vorderseite kann das dicke Blech nur teilweise aufschmelzen, trägt aber wesentlich zum Schweißprozess bei, da er nicht nur die Seite des dicken Blechs für eine bessere Spaltfüllung aufschmilzt, sondern auch das Verbindungsmaterial vorverbindet, so dass Die folgenden Balken lassen sich leichter durch die Verbindungsstellen schweißen, was ein schnelleres Schweißen ermöglicht. Beim Doppelstrahlschweißen mit negativem Drehwinkel (der vordere Strahl wirkt auf die Schweißnaht und der hintere Strahl auf das dicke Blech) haben die beiden Strahlen genau den gegenteiligen Effekt. Der erstere Strahl schmilzt die Verbindung und der letztere Strahl schmilzt die dicke Platte, um sie zu füllen. Lücke. In diesem Fall muss der vordere Strahl durch die kalte Platte schweißen und die Schweißgeschwindigkeit ist langsamer als bei Verwendung eines positiven Strahldrehwinkels. Und aufgrund der Vorheizwirkung des vorherigen Strahls schmilzt der letztere Strahl bei gleicher Leistung mehr dickes Plattenmaterial. In diesem Fall sollte die Leistung des letztgenannten Laserstrahls entsprechend reduziert werden. Im Vergleich dazu kann die Verwendung eines positiven Strahldrehwinkels die Schweißgeschwindigkeit entsprechend erhöhen, und die Verwendung eines negativen Strahldrehwinkels kann eine bessere Spaltfüllung erreichen. Abbildung 6-36 zeigt den Einfluss unterschiedlicher Strahldrehwinkel auf den Schweißnahtquerschnitt.
3.4 Doppelstrahl-Laserschweißen großer dicker Bleche Mit der Verbesserung der Laserleistung und der Strahlqualität ist das Laserschweißen großer dicker Bleche Realität geworden. Da Hochleistungslaser jedoch teuer sind und das Schweißen großer, dicker Bleche im Allgemeinen Zusatzmetall erfordert, gibt es bei der tatsächlichen Produktion gewisse Einschränkungen. Der Einsatz der Zweistrahl-Laserschweißtechnologie kann nicht nur die Laserleistung erhöhen, sondern auch den effektiven Strahlerwärmungsdurchmesser erhöhen, die Fähigkeit zum Schmelzen von Zusatzdraht erhöhen, das Laser-Schlüsselloch stabilisieren, die Schweißstabilität verbessern und die Schweißqualität verbessern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. April 2024
