Ənənəvi qaynaq texnologiyası ilə müqayisədə,lazer qaynağıqaynaq dəqiqliyi, səmərəliliyi, etibarlılığı, avtomatlaşdırılması və digər aspektlərdə misilsiz üstünlüklərə malikdir. Son illərdə avtomobil, enerji, elektronika və digər sahələrdə sürətlə inkişaf etmişdir və 21-ci əsrin ən perspektivli istehsal texnologiyalarından biri hesab olunur.
1. İkiqat şüaya ümumi baxışlazer qaynağı
İkiqat şüalazer qaynağıqaynaq üçün eyni lazeri iki ayrı işıq şüasına ayırmaq üçün optik metodlardan istifadə etmək və ya CO2 lazeri, Nd: YAG lazeri və yüksək güclü yarımkeçirici lazer kimi iki fərqli lazer növünü birləşdirməkdir. Hamısı birləşdirilə bilər. Əsasən lazer qaynağının montaj dəqiqliyinə uyğunlaşmasını həll etmək, qaynaq prosesinin sabitliyini artırmaq və qaynağın keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün təklif edilmişdir. İkiqat şüalazer qaynağışüa enerjisi nisbətini, şüa aralığını və hətta iki lazer şüasının enerji paylanma modelini dəyişdirərək qaynaq temperaturu sahəsini rahat və çevik şəkildə tənzimləyə bilər, açar dəliyinin mövcudluq modelini və əridilmiş hovuzdakı maye metalın axın modelini dəyişdirir. Daha geniş qaynaq prosesləri seçimini təmin edir. Bu, yalnız böyük üstünlüklərə malik deyillazer qaynağınüfuzetmə, sürətli sürət və yüksək dəqiqlik, eyni zamanda ənənəvi qaynaqla qaynaqlanması çətin olan materiallar və birləşmələr üçün də uyğundurlazer qaynağı.
İkiqat şüa üçünlazer qaynağı, əvvəlcə ikiqat şüalı lazerin tətbiq üsullarını müzakirə edirik. Hərtərəfli ədəbiyyat göstərir ki, ikiqat şüa qaynaqına nail olmağın iki əsas yolu var: ötürmə fokuslanması və əks fokuslanması. Xüsusilə, biri fokuslama güzgüləri və kollimasiya güzgüləri vasitəsilə iki lazerin bucağını və məsafəsini tənzimləməklə əldə edilir. Digəri isə lazer mənbəyindən istifadə etməklə və sonra əks etdirmə güzgüləri, ötürücü güzgülər və paz şəkilli güzgülər vasitəsilə fokuslanaraq ikiqat şüa əldə etməklə əldə edilir. Birinci metod üçün əsasən üç forma mövcuddur. Birinci forma iki lazeri optik liflər vasitəsilə birləşdirmək və eyni kollimasiya güzgü və fokuslama güzgüsü altında iki fərqli şüaya bölməkdir. İkincisi, iki lazerin müvafiq qaynaq başlıqlarından lazer şüaları çıxarması və qaynaq başlıqlarının fəza mövqeyini tənzimləməklə ikiqat şüanın əmələ gəlməsidir. Üçüncü üsul, lazer şüasının əvvəlcə iki güzgü 1 və 2-yə bölünməsi və sonra müvafiq olaraq iki fokuslama güzgü 3 və 4 ilə fokuslanmasıdır. İki fokus nöqtəsi arasındakı mövqe və məsafə iki fokuslama güzgüsü 3 və 4-ün bucaqlarını tənzimləməklə tənzimlənə bilər. İkinci üsul, ikiqat şüa əldə etmək üçün işığı bölmək üçün bərk cisimli lazerdən istifadə etmək və perspektiv güzgü və fokuslama güzgüsü vasitəsilə bucağı və məsafəni tənzimləməkdir. Aşağıdakı birinci sıradakı son iki şəkildə CO2 lazerinin spektroskopik sistemi göstərilir. Düz güzgü paz şəkilli güzgü ilə əvəz olunur və ikiqat şüa paralel işığa nail olmaq üçün işığı bölmək üçün fokuslama güzgüsünün qarşısına qoyulur.
İkiqat şüaların tətbiqini başa düşdükdən sonra, qaynaq prinsipləri və metodlarını qısaca təqdim edək. İkiqat şüadalazer qaynağıprosesində üç ümumi şüa düzülüşü mövcuddur: ardıcıl düzülüş, paralel düzülüş və hibrid düzülüş. parça, yəni həm qaynaq istiqamətində, həm də qaynaq şaquli istiqamətində məsafə var. Şəkilin sonuncu sətirində göstərildiyi kimi, ardıcıl qaynaq prosesi zamanı fərqli nöqtə aralığı altında görünən kiçik dəliklərin və əridilmiş hovuzların müxtəlif formalarına görə, onlar daha da tək ərimələrə bölünə bilər. Üç hal var: hovuz, ümumi əridilmiş hovuz və ayrılmış əridilmiş hovuz. Tək əridilmiş hovuz və ayrılmış əridilmiş hovuzun xüsusiyyətləri tək ərimələrin xüsusiyyətlərinə bənzəyir.lazer qaynağı, ədədi simulyasiya diaqramında göstərildiyi kimi. Müxtəlif növlər üçün fərqli proses effektləri mövcuddur.
Tip 1: Müəyyən bir nöqtə boşluğu altında, iki şüa açar dəliyi eyni əridilmiş hovuzda ortaq böyük bir açar dəliyi əmələ gətirir; 1-ci tip üçün, bir işıq şüasının kiçik bir dəlik yaratmaq üçün, digər işıq şüasının isə qaynaq istilik müalicəsi üçün istifadə edildiyi bildirilir ki, bu da yüksək karbonlu poladın və ərintili poladın struktur xüsusiyyətlərini effektiv şəkildə yaxşılaşdıra bilər.
Tip 2: Eyni əridilmiş hovuzda ləkə aralığını artırın, iki şüanı iki müstəqil açar dəliyə ayırın və əridilmiş hovuzun axın modelini dəyişdirin; 2-ci tip üçün onun funksiyası iki elektron şüası qaynağına bərabərdir, müvafiq fokus uzunluğunda qaynaq sıçrayışını və nizamsız qaynaqları azaldır.
Tip 3: Ləkə aralığını daha da artırın və iki şüanın enerji nisbətini dəyişdirin ki, iki şüadan biri qaynaq prosesi zamanı qaynaqdan əvvəl və ya sonra emal aparmaq üçün istilik mənbəyi kimi istifadə edilsin, digər şüa isə kiçik dəliklər yaratmaq üçün istifadə edilsin. Tip 3 üçün tədqiqat iki şüanın açar dəliyi əmələ gətirdiyini, kiçik dəliyin çökməsinin asan olmadığını və qaynaqda məsamələrin əmələ gəlməsinin asan olmadığını müəyyən etdi.
2. Qaynaq prosesinin qaynaq keyfiyyətinə təsiri
Serial şüa-enerji nisbətinin qaynaq tikişinin əmələ gəlməsinə təsiri
Lazer gücü 2 kVt olduqda, qaynaq sürəti 45 mm/s, defokus miqdarı 0 mm və şüa məsafəsi 3 mm olduqda, RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) dəyişdirildikdə qaynaq səthinin forması şəkildə göstərildiyi kimi olur. RS=0.50 və 2.00 olduqda, qaynaq daha çox əyilir və qaynağın kənarında daha çox sıçrayış olur, lakin müntəzəm balıq pulcuqları naxışları əmələ gəlmir. Bunun səbəbi, şüa enerjisi nisbəti çox kiçik və ya çox böyük olduqda, lazer enerjisi çox cəmləşir və bu, qaynaq prosesi zamanı lazer iynə dəliyinin daha ciddi şəkildə salınmasına səbəb olur və buxarın geri çəkilmə təzyiqi əridilmiş hovuz metalının əridilmiş hovuzda atılmasına və sıçramasına səbəb olur; Həddindən artıq istilik girişi, əridilmiş hovuzun alüminium ərintisi tərəfindəki nüfuz dərinliyinin çox böyük olmasına səbəb olur və cazibə qüvvəsinin təsiri altında çökəkliyə səbəb olur. RS=0.67 və 1.50 olduqda, qaynaq səthindəki balıq pulcuğu naxışı vahid olur, qaynaq forması daha gözəl olur və qaynaq səthində görünən qaynaq isti çatlar, məsamələr və digər qaynaq qüsurları yoxdur. Müxtəlif şüa enerjisi nisbətləri RS olan qaynaqların en kəsiyi formaları şəkildə göstərildiyi kimidir. Qaynaqların en kəsiyi tipik bir "şərab qədəhi" formasındadır ki, bu da qaynaq prosesinin lazer dərin nüfuzetmə qaynaq rejimində aparıldığını göstərir. RS, alüminium ərinti tərəfində qaynağın nüfuzetmə dərinliyi P2-yə mühüm təsir göstərir. Şüa enerjisi nisbəti RS=0.5 olduqda, P2 1203.2 mikrondur. Şüa enerjisi nisbəti RS=0.67 və 1.5 olduqda, P2 əhəmiyyətli dərəcədə azalır ki, bunlar müvafiq olaraq 403.3 mikron və 93.6 mikrondur. Şüa enerjisi nisbəti RS=2 olduqda, birləşmənin en kəsiyinin qaynaq nüfuzetmə dərinliyi 1151.6 mikrondur.
Paralel şüa-enerji nisbətinin qaynaq tikişinin əmələ gəlməsinə təsiri
Lazer gücü 2.8 kVt, qaynaq sürəti 33 mm/s, defokus miqdarı 0 mm və şüa məsafəsi 1 mm olduqda, qaynaq səthi şüa enerjisi nisbətini dəyişdirməklə əldə edilir (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). Görünüş şəkildə göstərilib. RS=2 olduqda, qaynaq səthindəki balıq pulcuğu naxışı nisbətən qeyri-müntəzəmdir. Digər beş fərqli şüa enerjisi nisbəti ilə əldə edilən qaynaq səthi yaxşı formalaşmışdır və məsamələr və sıçramalar kimi görünən qüsurlar yoxdur. Buna görə də, ardıcıl ikiqat şüa ilə müqayisədəlazer qaynağı, paralel ikiqat şüalardan istifadə edərək qaynaq səthi daha vahid və gözəl olur. RS=0.25 olduqda, qaynaqda kiçik bir çökəklik olur; şüa enerjisi nisbəti tədricən artdıqca (RS=0.5, 0.67 və 1.5), qaynağın səthi vahid olur və çökəklik əmələ gəlmir; lakin, şüa enerjisi nisbəti daha da artdıqda (RS=1.50, 2.00), lakin qaynağın səthində çökəkliklər olur. Şüa enerjisi nisbəti RS=0.25, 1.5 və 2 olduqda, qaynağın en kəsiyi forması "şərab şüşəsi" şəklində olur; RS=0.50, 0.67 və 1 olduqda, qaynağın en kəsiyi forması "qıf formasında" olur. RS=4 olduqda, yalnız qaynağın dibində çatlar əmələ gəlmir, həm də qaynağın orta və aşağı hissəsində bəzi məsamələr əmələ gəlir. RS=2 olduqda, qaynağın içərisində böyük emal məsamələri görünür, lakin çatlar əmələ gəlmir. RS=0.5, 0.67 və 1.5 olduqda, alüminium ərintisi tərəfindəki qaynağın P2 nüfuz dərinliyi daha kiçik olur və qaynağın en kəsiyi yaxşı formalaşır və heç bir aşkar qaynaq qüsuru əmələ gəlmir. Bunlar göstərir ki, paralel iki şüalı lazer qaynağı zamanı şüa enerjisi nisbəti də qaynaq nüfuzuna və qaynaq qüsurlarına mühüm təsir göstərir.
Paralel şüa – şüa aralığının qaynaq tikişinin əmələ gəlməsinə təsiri
Lazer gücü 2.8 kVt, qaynaq sürəti 33 mm/s, fokuslanma miqdarı 0 mm və şüa enerjisi nisbəti RS=0.67 olduqda, şəkildə göstərildiyi kimi qaynaq səthinin morfologiyasını əldə etmək üçün şüa aralığını (d=0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm) dəyişdirin. d=0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm olduqda, qaynağın səthi hamar və düz olur və forması gözəl olur; qaynağın balıq pulcuğu naxışı müntəzəm və gözəldir və görünən məsamələr, çatlar və digər qüsurlar yoxdur. Buna görə də, dörd şüa aralığı şəraitində qaynaq səthi yaxşı formalaşır. Bundan əlavə, d=2 mm olduqda, iki fərqli qaynaq əmələ gəlir ki, bu da iki paralel lazer şüasının artıq əridilmiş hovuza təsir etmədiyini və effektiv ikili şüalı lazer hibrid qaynağı yarada bilmədiyini göstərir. Şüa aralığı 0,5 mm olduqda, qaynaq "qıf şəklindədir", alüminium ərintisi tərəfindəki qaynağın nüfuz dərinliyi P2 712,9 mikrondur və qaynağın içərisində çatlar, məsamələr və digər qüsurlar yoxdur. Şüa aralığı artmağa davam etdikcə, alüminium ərintisi tərəfindəki qaynağın nüfuz dərinliyi P2 əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Şüa aralığı 1 mm olduqda, alüminium ərintisi tərəfindəki qaynağın nüfuz dərinliyi cəmi 94,2 mikrondur. Şüa aralığı daha da artdıqca, qaynaq alüminium ərintisi tərəfində effektiv nüfuz yaratmır. Buna görə də, şüa aralığı 0,5 mm olduqda, ikiqat şüa rekombinasiya effekti ən yaxşısıdır. Şüa aralığı artdıqca, qaynaq istilik girişi kəskin şəkildə azalır və iki şüa lazer rekombinasiya effekti tədricən pisləşir.
Qaynaq morfologiyasındakı fərq, qaynaq prosesi zamanı əridilmiş hovuzun fərqli axın və soyutma bərkiməsi ilə əlaqədardır. Ədədi simulyasiya metodu yalnız əridilmiş hovuzun gərginlik analizini daha intuitiv etməklə yanaşı, həm də eksperimental xərcləri azalda bilər. Aşağıdakı şəkildə tək şüa, fərqli düzülüşlər və nöqtə aralığı ilə yan əridilmiş hovuzdakı dəyişikliklər göstərilir. Əsas nəticələrə aşağıdakılar daxildir: (1) Tək şüa zamanılazer qaynağıprosesində, əridilmiş hovuz dəliyinin dərinliyi ən dərindir, dəliyin çökməsi fenomeni var, dəlik divarı nizamsızdır və dəlik divarının yaxınlığında axın sahəsinin paylanması qeyri-bərabərdir; əridilmiş hovuzun arxa səthinə yaxın. Təkrar axın güclüdür və əridilmiş hovuzun dibində yuxarıya doğru təkrar axın var; səth əridilmiş hovuzun axın sahəsinin paylanması nisbətən vahid və yavaşdır və əridilmiş hovuzun eni dərinlik istiqamətində qeyri-bərabərdir. İkiqat şüalı kiçik dəliklər arasında əridilmiş hovuzda divarın geri çəkilmə təzyiqindən qaynaqlanan narahatlıq var.lazer qaynağı, və həmişə kiçik dəliklərin dərinlik istiqaməti boyunca mövcuddur. İki şüa arasındakı məsafə artmağa davam etdikcə, şüanın enerji sıxlığı tədricən tək pikdən ikiqat pik vəziyyətinə keçir. İki pik arasında minimum dəyər var və enerji sıxlığı tədricən azalır. (2) İkiqat şüa üçünlazer qaynağı, ləkə aralığı 0-0.5 mm olduqda, əridilmiş hovuzun kiçik dəliklərinin dərinliyi bir qədər azalır və ümumi əridilmiş hovuzun axını davranışı tək şüalı axına bənzəyirlazer qaynağı; ləkə aralığı 1 mm-dən yuxarı olduqda, kiçik dəliklər tamamilə ayrılır və qaynaq prosesi zamanı iki lazer arasında demək olar ki, heç bir qarşılıqlı təsir yoxdur ki, bu da 1750 Vt gücündə iki ardıcıl/iki paralel tək şüalı lazer qaynağına bərabərdir. Demək olar ki, əvvəlcədən qızdırma effekti yoxdur və əridilmiş hovuz axını davranışı tək şüalı lazer qaynağına bənzəyir. (3) Ləkə aralığı 0,5-1 mm olduqda, kiçik dəliklərin divar səthi iki düzülüşdə düz olur, kiçik dəliklərin dərinliyi tədricən azalır və dibi tədricən ayrılır. Kiçik dəliklər və səth əridilmiş hovuzun axını arasındakı pozuntu 0,8 mm-dir. Ən güclüsü. Seriyalı qaynaq üçün əridilmiş hovuzun uzunluğu tədricən artır, ləkə aralığı 0,8 mm olduqda eni ən böyükdür və ləkə aralığı 0,8 mm olduqda əvvəlcədən qızdırma effekti ən aydın görünür. Marangoni qüvvəsinin təsiri tədricən zəifləyir və əridilmiş hovuzun hər iki tərəfinə daha çox metal mayesi axır. Ərimə eni paylanmasını daha vahid edin. Paralel qaynaq üçün əridilmiş hovuzun eni tədricən artır və uzunluğu maksimum 0,8 mm-dir, lakin əvvəlcədən qızdırma effekti yoxdur; Marangoni qüvvəsinin yaratdığı səthə yaxın yenidən axın həmişə mövcuddur və kiçik dəliyin dibində aşağıya doğru yenidən axın tədricən yox olur; kəsişmə axın sahəsi ardıcıl olaraq güclü olduğu qədər yaxşı deyil, pozğunluq əridilmiş hovuzun hər iki tərəfindəki axına çətinliklə təsir göstərir və əridilmiş eni qeyri-bərabər paylanır.
Yayımlanma vaxtı: 12 oktyabr 2023
