An'anaviy payvandlash texnologiyasi bilan taqqoslaganda,lazerli payvandlashpayvandlash aniqligi, samaradorligi, ishonchliligi, avtomatlashtirish va boshqa jihatlarda mislsiz afzalliklarga ega. So'nggi yillarda u avtomobillar, energetika, elektronika va boshqa sohalarda tez rivojlandi va 21-asrning eng istiqbolli ishlab chiqarish texnologiyalaridan biri hisoblanadi.
1. Ikkita nurli nurga umumiy nuqtai nazarlazerli payvandlash
Ikkita nurlilazerli payvandlashpayvandlash uchun bir xil lazerni ikkita alohida yorug'lik nuriga ajratish uchun optik usullardan foydalanish yoki CO2 lazeri, Nd: YAG lazeri va yuqori quvvatli yarimo'tkazgich lazeri kabi ikki xil turdagi lazerlardan foydalanishdan iborat. Bularning barchasini birlashtirish mumkin. Asosan lazerli payvandlashning yig'ish aniqligiga moslashishini hal qilish, payvandlash jarayonining barqarorligini oshirish va payvandlash sifatini yaxshilash taklif qilingan. Ikki nurlilazerli payvandlashIkki lazer nurlarining nur energiyasi nisbati, nur oralig'i va hatto energiya taqsimlash naqshini o'zgartirish orqali payvandlash harorati maydonini qulay va moslashuvchan ravishda sozlashi mumkin, bu kalit teshigining mavjudligi naqshini va eritilgan hovuzdagi suyuq metallning oqim naqshini o'zgartiradi. Payvandlash jarayonlarining kengroq tanlovini ta'minlaydi. Bu nafaqat katta afzalliklarga egalazerli payvandlashpenetratsiya, tezkorlik va yuqori aniqlik, ammo an'anaviy payvandlash qiyin bo'lgan materiallar va bo'g'inlar uchun ham mos keladilazerli payvandlash.
Ikkita nur uchunlazerli payvandlash, avvalo, biz ikki nurli lazerni amalga oshirish usullarini muhokama qilamiz. Keng qamrovli adabiyotlarda ikki nurli payvandlashga erishishning ikkita asosiy usuli borligi ko'rsatilgan: uzatish fokuslash va aks ettirish fokuslash. Xususan, biri fokuslash oynalari va kollimatsiya oynalari orqali ikkita lazerning burchagi va oralig'ini sozlash orqali erishiladi. Ikkinchisi lazer manbasidan foydalanish va keyin aks ettirish oynalari, o'tkazuvchan oynalar va xanjar shaklidagi oynalar orqali fokuslash orqali ikki nurga erishish orqali erishiladi. Birinchi usul uchun asosan uchta shakl mavjud. Birinchi shakl ikkita lazerni optik tolalar orqali ulash va ularni bir xil kollimatsiya oynasi va fokuslash oynasi ostida ikkita turli nurlarga bo'lishdir. Ikkinchisi, ikkita lazer o'zlarining payvandlash boshlari orqali lazer nurlarini chiqaradi va payvandlash boshlarining fazoviy holatini sozlash orqali qo'shaloq nur hosil bo'ladi. Uchinchi usul shundaki, lazer nuri avval ikkita 1 va 2 oynalarga bo'linadi, so'ngra mos ravishda ikkita 3 va 4 fokuslash oynalari bilan fokuslanadi. Ikki fokus nuqtalari orasidagi joylashuv va masofani ikkita fokuslovchi oyna 3 va 4 ning burchaklarini sozlash orqali sozlash mumkin. Ikkinchi usul - yorug'likni ikki tomonlama nurlanishga erishish uchun qattiq holatdagi lazerdan foydalanish va burchak va masofani perspektiv oyna va fokuslovchi oyna orqali sozlash. Quyidagi birinchi qatordagi oxirgi ikkita rasmda CO2 lazerining spektroskopik tizimi ko'rsatilgan. Yassi oyna xanjar shaklidagi oyna bilan almashtiriladi va ikki tomonlama parallel nurlanishga erishish uchun yorug'likni ajratish uchun fokuslovchi oynaning oldiga qo'yiladi.
Ikkita nurli payvandlash tamoyillari va usullarini qisqacha tanishtirib o'tamiz. Ikkita nurli payvandlashdalazerli payvandlashJarayonda uchta keng tarqalgan nurlanish tartibi mavjud, ya'ni ketma-ket joylashtirish, parallel joylashtirish va gibrid joylashtirish. Mato, ya'ni payvandlash yo'nalishi va payvandlash vertikal yo'nalishi bo'yicha masofa mavjud. Rasmning oxirgi qatorida ko'rsatilganidek, ketma-ket payvandlash jarayonida turli nuqta oralig'ida paydo bo'ladigan kichik teshiklar va erigan hovuzlarning turli shakllariga ko'ra, ularni yakka eriganlarga bo'lish mumkin. Uchta holat mavjud: hovuz, umumiy erigan hovuz va ajratilgan erigan hovuz. Yakka erigan hovuz va ajratilgan erigan hovuzning xususiyatlari yakka erigan hovuzning xususiyatlariga o'xshash.lazerli payvandlash, raqamli simulyatsiya diagrammasida ko'rsatilganidek. Turli xil turlari uchun turli xil jarayon effektlari mavjud.
1-toifa: Muayyan nuqta oralig'ida, ikkita nurli kalit teshiklari bir xil eritilgan hovuzda umumiy katta kalit teshigini hosil qiladi; 1-toifa uchun bitta yorug'lik nuri kichik teshik hosil qilish uchun, ikkinchisi esa payvandlash uchun issiqlik bilan ishlov berish uchun ishlatilishi haqida xabar berilgan, bu esa yuqori uglerodli po'lat va qotishma po'latning strukturaviy xususiyatlarini samarali ravishda yaxshilashi mumkin.
2-tur: Bir xil erigan hovuzdagi nuqta oralig'ini oshiring, ikkita nurni ikkita mustaqil kalit teshigiga ajrating va erigan hovuzning oqim shaklini o'zgartiring; 2-tur uchun uning vazifasi ikkita elektron nurli payvandlashga teng, tegishli fokus uzunligida payvandlash sachrashini va tartibsiz payvandlarni kamaytiradi.
3-tur: Nuqta oralig'ini yanada oshiring va ikkita nurning energiya nisbatini o'zgartiring, shunda ikkita nurdan biri payvandlash jarayonida payvandlashdan oldingi yoki keyingi ishlov berish uchun issiqlik manbai sifatida ishlatiladi, ikkinchi nur esa kichik teshiklar hosil qilish uchun ishlatiladi. 3-tur uchun tadqiqot shuni ko'rsatdiki, ikkita nur kalit teshigini hosil qiladi, kichik teshikni yiqitish oson emas va payvandlashda teshiklar hosil qilish oson emas.
2. Payvandlash jarayonining payvandlash sifatiga ta'siri
Ketma-ket nur-energiya nisbatining payvandlash choki hosil bo'lishiga ta'siri
Lazer quvvati 2 kVt bo'lganda, payvandlash tezligi 45 mm/s, defokus miqdori 0 mm va nur oralig'i 3 mm bo'lganda, RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) o'zgarganda payvandlash yuzasi shakli rasmda ko'rsatilgandek bo'ladi. RS=0.50 va 2.00 bo'lganda, payvandlash katta darajada egiladi va payvandlash chetida ko'proq sachrash bo'ladi, bu esa oddiy baliq shkalasi naqshlarini hosil qilmaydi. Buning sababi, nur energiyasi nisbati juda kichik yoki juda katta bo'lganda, lazer energiyasi juda konsentratsiyalangan bo'lib, payvandlash jarayonida lazer igna teshigining jiddiyroq tebranishiga olib keladi va bug'ning orqaga qaytish bosimi eritilgan hovuz metallining eritilgan hovuzga otilishi va sachrashiga olib keladi; Haddan tashqari issiqlik kirishi alyuminiy qotishmasi tomonidagi eritilgan hovuzning kirish chuqurligining juda katta bo'lishiga olib keladi, bu esa tortishish kuchi ta'sirida tushkunlikka olib keladi. RS=0.67 va 1.50 bo'lganda, payvandlash yuzasidagi baliq shkalasi naqshlari bir xil bo'ladi, payvandlash shakli yanada chiroyli bo'ladi va payvandlash yuzasida ko'rinadigan payvandlash issiq yoriqlari, teshiklari va boshqa payvandlash nuqsonlari yo'q. Turli xil nur energiyasi nisbatlari RS bo'lgan payvandlash choklarining kesim shakllari rasmda ko'rsatilgandek. Payvandlash choklarining kesimi odatiy "vino qadahi shaklida" bo'lib, bu payvandlash jarayoni lazerli chuqur penetratsion payvandlash rejimida amalga oshirilishini ko'rsatadi. RS alyuminiy qotishmasi tomonidagi payvandlash chokining P2 penetratsion chuqurligiga muhim ta'sir ko'rsatadi. Nur energiyasi nisbati RS=0.5 bo'lganda, P2 1203.2 mikronni tashkil qiladi. Nur energiyasi nisbati RS=0.67 va 1.5 bo'lganda, P2 sezilarli darajada kamayadi, bu mos ravishda 403.3 mikron va 93.6 mikronni tashkil qiladi. Nur energiyasi nisbati RS=2 bo'lganda, bo'g'im kesimining payvandlash penetratsion chuqurligi 1151.6 mikronni tashkil qiladi.
Parallel nur-energiya nisbatining payvandlash choki hosil bo'lishiga ta'siri
Lazer quvvati 2,8 kVt bo'lganda, payvandlash tezligi 33 mm/s, defokus miqdori 0 mm va nur oralig'i 1 mm bo'lganda, payvandlash yuzasi nur energiyasi nisbatini o'zgartirish orqali olinadi (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Tashqi ko'rinishi rasmda ko'rsatilgan. RS=2 bo'lganda, payvandlash yuzasidagi baliq shkalasi naqshi nisbatan notekis bo'ladi. Boshqa besh xil nur energiyasi nisbati bilan olingan payvandlash yuzasi yaxshi shakllangan va teshiklar va sachrash kabi ko'rinadigan nuqsonlar yo'q. Shuning uchun, ketma-ket ikki nurli bilan solishtirgandalazerli payvandlash, parallel qo'shaloq nurlardan foydalangan holda payvandlash yuzasi yanada bir xil va chiroyli bo'ladi. RS=0.25 bo'lganda, payvandlashda ozgina tushkunlik bo'ladi; nur energiyasi nisbati asta-sekin oshgani sayin (RS=0.5, 0.67 va 1.5), payvandlash yuzasi bir xil bo'ladi va tushkunlik hosil bo'lmaydi; ammo, nur energiyasi nisbati yanada oshganda (RS=1.50, 2.00), lekin payvandlash yuzasida tushkunliklar mavjud. Nur energiyasi nisbati RS=0.25, 1.5 va 2 bo'lganda, payvandlashning kesma shakli "sharob stakani shaklida" bo'ladi; RS=0.50, 0.67 va 1 bo'lganda, payvandlashning kesma shakli "voronka shaklida" bo'ladi. RS=4 bo'lganda, nafaqat payvandlashning pastki qismida yoriqlar hosil bo'ladi, balki payvandlashning o'rta va pastki qismida ham ba'zi g'ovaklar hosil bo'ladi. RS=2 bo'lganda, payvandlash ichida katta ishlov berish g'ovaklari paydo bo'ladi, lekin yoriqlar paydo bo'lmaydi. RS=0.5, 0.67 va 1.5 bo'lganda, alyuminiy qotishmasi tomonidagi payvandning P2 penetratsiya chuqurligi kichikroq bo'ladi va payvandning ko'ndalang kesimi yaxshi shakllangan va aniq payvandlash nuqsonlari hosil bo'lmaydi. Bular parallel ikki nurli lazerli payvandlash paytida nur energiyasi nisbati ham payvandning penetratsiyasi va payvandlash nuqsonlariga muhim ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi.
Parallel nur – nur oralig'ining payvandlash choki hosil bo'lishiga ta'siri
Lazer quvvati 2,8 kVt bo'lganda, payvandlash tezligi 33 mm/s, defokus miqdori 0 mm va nur energiyasi nisbati RS=0,67 bo'lganda, rasmda ko'rsatilgandek payvandlash yuzasi morfologiyasini olish uchun nur oralig'ini (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) o'zgartiring. d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm bo'lganda, payvandlash yuzasi silliq va tekis bo'ladi va shakli chiroyli bo'ladi; payvandlashning baliq shkalasi naqshi muntazam va chiroyli bo'ladi va ko'rinadigan teshiklar, yoriqlar va boshqa nuqsonlar yo'q. Shuning uchun, to'rtta nur oralig'i sharoitida payvandlash yuzasi yaxshi shakllanadi. Bundan tashqari, d=2 mm bo'lganda, ikkita turli xil payvandlash hosil bo'ladi, bu ikkita parallel lazer nurlari endi erigan hovuzga ta'sir qilmasligini va samarali ikki nurli lazer gibrid payvandlashni hosil qila olmasligini ko'rsatadi. Nur oralig'i 0,5 mm bo'lganda, payvandlash "voronka shaklida" bo'ladi, alyuminiy qotishmasi tomonidagi payvandlashning P2 kirish chuqurligi 712,9 mikronni tashkil qiladi va payvandlash ichida yoriqlar, teshiklar va boshqa nuqsonlar yo'q. Nur oralig'i oshib borishi bilan alyuminiy qotishmasi tomonidagi payvandlashning P2 kirish chuqurligi sezilarli darajada kamayadi. Nur oralig'i 1 mm bo'lganda, alyuminiy qotishmasi tomonidagi payvandlashning kirish chuqurligi atigi 94,2 mikronni tashkil qiladi. Nur oralig'i yanada oshgani sayin, payvandlash alyuminiy qotishmasi tomonida samarali kirish hosil qilmaydi. Shuning uchun, nur oralig'i 0,5 mm bo'lganda, ikki nurli rekombinatsiya effekti eng yaxshi hisoblanadi. Nur oralig'i oshgani sayin, payvandlash issiqlik kirishi keskin kamayadi va ikki nurli lazer rekombinatsiyasi effekti asta-sekin yomonlashadi.
Payvandlash morfologiyasidagi farq payvandlash jarayonida eritilgan hovuzning turli oqim va sovutish qattiqlashuvi bilan bog'liq. Raqamli simulyatsiya usuli nafaqat eritilgan hovuzning kuchlanish tahlilini yanada intuitiv qiladi, balki eksperimental xarajatlarni ham kamaytiradi. Quyidagi rasmda bitta nurli yon eritish hovuzidagi o'zgarishlar, turli xil joylashuvlar va nuqta oralig'i ko'rsatilgan. Asosiy xulosalar quyidagilarni o'z ichiga oladi: (1) Bir nurli paytidalazerli payvandlashJarayon davomida erigan hovuz teshigining chuqurligi eng chuqur bo'ladi, teshik qulashi hodisasi mavjud, teshik devori notekis va teshik devori yaqinida oqim maydoni taqsimoti notekis; erigan hovuzning orqa yuzasi yaqinida qayta oqim kuchli va erigan hovuzning pastki qismida yuqoriga qarab qayta oqim mavjud; sirt erigan hovuzning oqim maydoni taqsimoti nisbatan bir xil va sekin, erigan hovuzning kengligi chuqurlik yo'nalishi bo'ylab notekis. Ikki nurli kichik teshiklar orasidagi erigan hovuzda devorning orqaga qaytish bosimi tufayli buzilish mavjud.lazerli payvandlash, va u har doim kichik teshiklarning chuqurlik yo'nalishi bo'ylab mavjud. Ikki nur orasidagi masofa ortib borishi bilan nurning energiya zichligi asta-sekin bitta cho'qqidan qo'shaloq cho'qqi holatiga o'tadi. Ikki cho'qqi o'rtasida minimal qiymat mavjud va energiya zichligi asta-sekin kamayadi. (2) Ikki nurli nur uchunlazerli payvandlash, nuqta oralig'i 0-0,5 mm bo'lganda, eritilgan hovuz kichik teshiklarining chuqurligi biroz kamayadi va eritilgan hovuzning umumiy oqimi bitta nurli oqimga o'xshaydi.lazerli payvandlash; nuqta oralig'i 1 mm dan yuqori bo'lganda, kichik teshiklar butunlay ajralib chiqadi va payvandlash jarayonida ikkita lazer o'rtasida deyarli hech qanday o'zaro ta'sir bo'lmaydi, bu 1750 Vt quvvatga ega ketma-ket/ikkita parallel bitta nurli lazerli payvandlashga teng. Oldindan qizdirish effekti deyarli yo'q va erigan hovuz oqimining harakati bitta nurli lazerli payvandlashga o'xshaydi. (3) Nuqta oralig'i 0,5-1 mm bo'lganda, kichik teshiklarning devor yuzasi ikkita tartibda tekisroq bo'ladi, kichik teshiklarning chuqurligi asta-sekin kamayadi va pastki qismi asta-sekin ajraladi. Kichik teshiklar va sirt erigan hovuz oqimi orasidagi buzilish 0,8 mm da. Eng kuchlisi. Ketma-ket payvandlash uchun erigan hovuzning uzunligi asta-sekin oshadi, nuqta oralig'i 0,8 mm bo'lganda kengligi eng katta bo'ladi va nuqta oralig'i 0,8 mm bo'lganda oldindan qizdirish effekti eng aniq ko'rinadi. Marangoni kuchining ta'siri asta-sekin zaiflashadi va erigan hovuzning ikkala tomoniga ko'proq metall suyuqlik oqadi. Eritma kengligi taqsimotini yanada bir xil qiling. Parallel payvandlash uchun eritilgan hovuzning kengligi asta-sekin oshib boradi va uzunligi maksimal 0,8 mm ga teng, ammo oldindan qizdirish effekti yo'q; Marangoni kuchi tufayli yuzaga kelgan sirt yaqinidagi qayta oqim har doim mavjud va kichik teshikning pastki qismida pastga qarab qayta oqim asta-sekin yo'qoladi; kesma oqim maydoni ketma-ket kuchli bo'lgani kabi yaxshi emas, buzilish eritilgan hovuzning ikkala tomonidagi oqimga deyarli ta'sir qilmaydi va eritilgan kenglik notekis taqsimlangan.
Nashr vaqti: 2023-yil 12-oktabr
