Dibandingkan dengan teknologi pengelasan tradisional,pengelasan lasermemiliki keunggulan tak tertandingi dalam akurasi pengelasan, efisiensi, keandalan, otomatisasi, dan aspek lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ini telah berkembang pesat di bidang otomotif, energi, elektronik, dan bidang lainnya, dan dianggap sebagai salah satu teknologi manufaktur paling menjanjikan di abad ke-21.
1. Ikhtisar balok gandapengelasan laser
Balok gandapengelasan laseradalah dengan menggunakan metode optik untuk memisahkan laser yang sama menjadi dua berkas cahaya terpisah untuk pengelasan, atau menggunakan dua jenis laser yang berbeda untuk digabungkan, seperti laser CO2, laser Nd:YAG, dan laser semikonduktor daya tinggi. Semua bisa digabungkan. Hal ini diusulkan terutama untuk mengatasi kemampuan adaptasi pengelasan laser terhadap akurasi perakitan, meningkatkan stabilitas proses pengelasan, dan meningkatkan kualitas pengelasan. Balok gandapengelasan laserdapat dengan mudah dan fleksibel menyesuaikan bidang suhu pengelasan dengan mengubah rasio energi berkas, jarak berkas, dan bahkan pola distribusi energi kedua sinar laser, mengubah pola keberadaan lubang kunci dan pola aliran logam cair di kolam cair. Memberikan pilihan proses pengelasan yang lebih luas. Tidak hanya mempunyai kelebihan yang besarpengelasan laserpenetrasi, kecepatan cepat dan presisi tinggi, namun juga cocok untuk material dan sambungan yang sulit dilas dengan konvensionalpengelasan laser.
Untuk balok gandapengelasan laser, pertama-tama kita membahas metode penerapan laser sinar ganda. Literatur yang komprehensif menunjukkan bahwa ada dua cara utama untuk mencapai pengelasan balok ganda: pemfokusan transmisi dan pemfokusan refleksi. Secara khusus, hal ini dicapai dengan menyesuaikan sudut dan jarak dua laser melalui cermin pemfokusan dan cermin kolimasi. Cara lainnya dicapai dengan menggunakan sumber laser dan kemudian memfokuskan melalui cermin pemantul, cermin transmisif, dan cermin berbentuk baji untuk menghasilkan sinar ganda. Untuk metode pertama, ada tiga bentuk utama. Bentuk pertama adalah memasangkan dua laser melalui serat optik dan membaginya menjadi dua sinar berbeda di bawah cermin kolimasi dan cermin pemfokusan yang sama. Yang kedua adalah dua laser mengeluarkan sinar laser melalui kepala las masing-masing, dan sinar ganda dibentuk dengan menyesuaikan posisi spasial kepala las. Metode ketiga adalah sinar laser pertama-tama dibelah melalui dua cermin 1 dan 2, dan kemudian difokus oleh dua cermin pemfokusan masing-masing 3 dan 4. Posisi dan jarak antara dua titik fokus dapat diatur dengan mengatur sudut kedua cermin pemfokusan 3 dan 4. Metode kedua adalah menggunakan laser solid-state untuk membagi cahaya untuk mencapai sinar ganda, dan menyesuaikan sudut dan jarak melalui cermin perspektif dan cermin fokus. Dua gambar terakhir pada baris pertama di bawah menunjukkan sistem spektroskopi laser CO2. Cermin datar diganti dengan cermin berbentuk baji dan ditempatkan di depan cermin pemfokusan untuk membagi cahaya guna menghasilkan cahaya paralel sinar ganda.
Setelah memahami penerapan balok ganda, mari kita perkenalkan secara singkat prinsip dan metode pengelasan. Di balok gandapengelasan laserDalam prosesnya, terdapat tiga susunan berkas yang umum, yaitu susunan serial, susunan paralel, dan susunan hibrid. kain, yaitu terdapat jarak pada arah pengelasan dan arah vertikal pengelasan. Seperti yang ditunjukkan pada baris terakhir gambar, sesuai dengan berbagai bentuk lubang kecil dan genangan lelehan yang muncul pada jarak titik berbeda selama proses pengelasan serial, lubang tersebut dapat dibagi lagi menjadi lelehan tunggal. Ada tiga keadaan: kolam, kolam cair umum dan kolam cair terpisah. Karakteristik kolam cair tunggal dan kolam cair terpisah mirip dengan kolam tunggalpengelasan laser, seperti yang ditunjukkan pada diagram simulasi numerik. Ada efek proses yang berbeda untuk tipe yang berbeda.
Tipe 1: Di bawah jarak titik tertentu, dua lubang kunci balok membentuk lubang kunci besar yang sama di kolam cair yang sama; untuk tipe 1, dilaporkan bahwa satu berkas cahaya digunakan untuk membuat lubang kecil, dan berkas cahaya lainnya digunakan untuk perlakuan panas pengelasan, yang secara efektif dapat meningkatkan sifat struktural baja karbon tinggi dan baja paduan.
Tipe 2: Tingkatkan jarak titik di kolam cair yang sama, pisahkan kedua balok menjadi dua lubang kunci independen, dan ubah pola aliran kolam cair; untuk tipe 2, fungsinya setara dengan pengelasan dua berkas elektron, Mengurangi percikan las dan las tidak beraturan pada panjang fokus yang sesuai.
Tipe 3: Tingkatkan lebih lanjut jarak titik dan ubah rasio energi kedua balok, sehingga salah satu dari dua balok digunakan sebagai sumber panas untuk melakukan proses pra-pengelasan atau pasca-pengelasan selama proses pengelasan, dan balok lainnya digunakan untuk membuat lubang kecil. Untuk tipe 3, penelitian menemukan bahwa kedua balok membentuk lubang kunci, lubang kecil tidak mudah runtuh, dan hasil las tidak mudah menghasilkan pori-pori.
2. Pengaruh proses pengelasan terhadap kualitas pengelasan
Pengaruh rasio sinar-energi serial pada pembentukan lapisan las
Ketika daya laser 2kW, kecepatan pengelasan 45 mm/s, jumlah pengaburan 0mm, dan jarak sinar 3 mm, bentuk permukaan las saat mengubah RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) adalah sebagai ditunjukkan pada gambar. Ketika RS=0,50 dan 2,00, lasan semakin penyok, dan lebih banyak percikan di tepi las, tanpa membentuk pola sisik ikan yang teratur. Hal ini karena ketika rasio energi sinar terlalu kecil atau terlalu besar, energi laser terlalu terkonsentrasi, menyebabkan lubang jarum laser berosilasi lebih parah selama proses pengelasan, dan tekanan balik uap menyebabkan ejeksi dan percikan cairan. kolam logam di kolam cair; Masukan panas yang berlebihan menyebabkan kedalaman penetrasi kolam cair pada sisi paduan aluminium menjadi terlalu besar sehingga menyebabkan depresi akibat aksi gravitasi. Pada RS=0,67 dan 1,50, pola sisik ikan pada permukaan las seragam, bentuk las lebih indah, dan tidak terlihat retakan panas las, pori-pori dan cacat las lainnya pada permukaan las. Bentuk penampang las dengan rasio energi pancaran RS yang berbeda adalah seperti terlihat pada gambar. Penampang las berada dalam “bentuk gelas anggur” yang khas, yang menunjukkan bahwa proses pengelasan dilakukan dalam mode pengelasan penetrasi dalam laser. RS mempunyai pengaruh penting terhadap kedalaman penetrasi P2 las pada sisi paduan aluminium. Ketika rasio energi berkas RS=0,5, P2 adalah 1203,2 mikron. Ketika rasio energi berkas RS=0,67 dan 1,5, P2 berkurang secara signifikan, yaitu masing-masing 403,3 mikron dan 93,6 mikron. Ketika rasio energi sinar RS=2, kedalaman penetrasi las pada penampang sambungan adalah 1151,6 mikron.
Pengaruh rasio sinar-energi paralel pada pembentukan lapisan las
Ketika daya laser 2,8kW, kecepatan pengelasan 33mm/s, jumlah pengaburan 0mm, dan jarak sinar 1mm, permukaan las diperoleh dengan mengubah rasio energi sinar (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Tampilannya ditunjukkan pada gambar. Ketika RS=2, pola sisik ikan pada permukaan las relatif tidak beraturan. Permukaan las yang diperoleh dari lima rasio energi berkas berbeda terbentuk dengan baik, dan tidak ada cacat yang terlihat seperti pori-pori dan percikan. Oleh karena itu, dibandingkan dengan serial dual-beampengelasan laser, permukaan las menggunakan balok ganda paralel lebih seragam dan indah. Ketika RS=0,25, ada sedikit depresi pada lasan; ketika rasio energi sinar meningkat secara bertahap (RS=0,5, 0,67 dan 1,5), permukaan las seragam dan tidak ada depresi yang terbentuk; namun, ketika rasio energi pancaran semakin meningkat (RS=1,50, 2,00), namun terdapat depresi pada permukaan las. Ketika rasio energi sinar RS=0,25, 1,5 dan 2, bentuk penampang las adalah “berbentuk gelas anggur”; ketika RS=0,50, 0,67 dan 1, bentuk penampang las adalah “berbentuk corong”. Ketika RS=4, tidak hanya retakan yang terjadi di bagian bawah lasan, tetapi juga beberapa pori-pori yang dihasilkan di bagian tengah dan bawah lasan. Ketika RS=2, pori-pori proses besar muncul di dalam las, namun tidak ada retakan yang muncul. Ketika RS=0,5, 0,67 dan 1,5, kedalaman penetrasi P2 las pada sisi paduan aluminium lebih kecil, dan penampang las terbentuk dengan baik dan tidak ada cacat pengelasan yang jelas terbentuk. Hal ini menunjukkan bahwa rasio energi sinar selama pengelasan laser dual-beam paralel juga mempunyai dampak penting terhadap penetrasi las dan cacat pengelasan.
Balok paralel – pengaruh jarak balok pada pembentukan lapisan las
Ketika daya laser 2,8kW, kecepatan pengelasan 33mm/s, jumlah pengaburan 0mm, dan rasio energi sinar RS=0,67, ubah jarak sinar (d=0,5mm, 1mm, 1,5mm, 2mm) untuk mendapatkan morfologi permukaan las seperti yang ditunjukkan gambar. Jika d = 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, permukaan las halus dan rata, serta bentuknya indah; pola las sisik ikan teratur dan indah, tidak ada pori-pori, retakan atau cacat lainnya yang terlihat. Oleh karena itu, pada kondisi jarak empat balok, permukaan las terbentuk dengan baik. Selain itu, ketika d=2 mm, dua las berbeda terbentuk, yang menunjukkan bahwa dua sinar laser paralel tidak lagi bekerja pada kolam cair, dan tidak dapat membentuk pengelasan hibrida laser sinar ganda yang efektif. Ketika jarak sinar 0,5 mm, lasan berbentuk “corong”, kedalaman penetrasi P2 las pada sisi paduan aluminium adalah 712,9 mikron, dan tidak ada retakan, pori-pori, dan cacat lain di dalam lasan. Ketika jarak berkas terus meningkat, kedalaman penetrasi P2 las pada sisi paduan aluminium menurun secara signifikan. Ketika jarak berkas 1 mm, kedalaman penetrasi las pada sisi paduan aluminium hanya 94,2 mikron. Ketika jarak berkas semakin meningkat, lasan tidak membentuk penetrasi efektif pada sisi paduan aluminium. Oleh karena itu, ketika jarak berkas 0,5 mm, efek rekombinasi berkas ganda adalah yang terbaik. Ketika jarak sinar meningkat, masukan panas pengelasan menurun tajam, dan efek rekombinasi laser dua sinar secara bertahap menjadi lebih buruk.
Perbedaan morfologi las ini disebabkan oleh perbedaan aliran dan pemadatan pendinginan kolam cair selama proses pengelasan. Metode simulasi numerik tidak hanya membuat analisis tegangan pada kolam cair lebih intuitif, tetapi juga mengurangi biaya eksperimen. Gambar di bawah menunjukkan perubahan pada kolam lelehan samping dengan balok tunggal, susunan dan jarak titik yang berbeda. Kesimpulan pokoknya antara lain: (1) Selama balok tunggalpengelasan laserprosesnya, kedalaman lubang kolam cair paling dalam, terdapat fenomena keruntuhan lubang, dinding lubang tidak beraturan, dan sebaran medan aliran di dekat dinding lubang tidak merata; dekat permukaan belakang kolam cair Aliran baliknya kuat, dan ada aliran balik ke atas di dasar kolam cair; distribusi medan aliran kolam cair permukaan relatif seragam dan lambat, dan lebar kolam cair tidak merata sepanjang arah kedalaman. Terdapat gangguan yang disebabkan oleh tekanan balik dinding pada kolam cair di antara lubang-lubang kecil pada balok gandapengelasan laser, dan selalu ada di sepanjang arah kedalaman lubang kecil. Ketika jarak antara dua berkas terus meningkat, kerapatan energi berkas secara bertahap bertransisi dari keadaan puncak tunggal ke puncak ganda. Ada nilai minimum antara kedua puncak, dan kepadatan energi secara bertahap menurun. (2) Untuk balok gandapengelasan laser, ketika jarak titik 0-0,5 mm, kedalaman lubang kecil kolam cair sedikit berkurang, dan perilaku aliran kolam cair secara keseluruhan mirip dengan perilaku aliran balok tunggal.pengelasan laser; ketika jarak titik di atas 1mm, lubang-lubang kecil benar-benar terpisah, dan selama proses pengelasan Hampir tidak ada interaksi antara dua laser, yang setara dengan pengelasan laser sinar tunggal dua kali berturut-turut/dua paralel dengan kekuatan 1750W. Hampir tidak ada efek pemanasan awal, dan perilaku aliran kolam cair mirip dengan pengelasan laser sinar tunggal. (3) Ketika jarak titik 0,5-1 mm, permukaan dinding lubang kecil menjadi lebih datar dalam dua pengaturan, kedalaman lubang kecil berangsur-angsur berkurang, dan bagian bawah terpisah secara bertahap. Gangguan antara lubang kecil dan aliran permukaan kolam cair berada pada 0,8 mm. Yang terkuat. Untuk pengelasan serial, panjang kolam cair bertambah secara bertahap, lebarnya paling besar bila jarak titik 0,8 mm, dan efek pemanasan awal paling jelas terlihat saat jarak titik 0,8 mm. Pengaruh gaya Marangoni berangsur-angsur melemah, dan semakin banyak cairan logam yang mengalir ke kedua sisi kolam cair. Jadikan distribusi lebar lelehan lebih seragam. Untuk pengelasan paralel, lebar kolam cair meningkat secara bertahap, dan panjangnya maksimum 0,8 mm, tetapi tidak ada efek pemanasan awal; aliran balik di dekat permukaan yang disebabkan oleh gaya Marangoni selalu ada, dan aliran balik ke bawah di dasar lubang kecil berangsur-angsur menghilang; bidang aliran penampang tidak sebaik Kuat secara seri, gangguan hampir tidak mempengaruhi aliran di kedua sisi kolam lelehan, dan lebar lelehan tidak merata.
Waktu posting: 12 Oktober 2023
