Aplikacja do produkcji technologii spawania laserowego

Spawanie laserowe aplikacja do produkcji procesów technologicznych

Niezawodne i kompletne zastosowanie technologii spawania laserowego wymaga weryfikacji pod wieloma względami, w tym parametrów procesu spawania laserowego, wydajności złącza w połączeniu z symulacją numeryczną. Dopiero wtedy możemy określić parametry procesu odpowiednie do produkcji pojazdów.

1.1 Badania optymalnych parametrów procesu

Kierując się normą braku śladów spawania na powierzchni zewnętrznej i wytrzymałością wyższą niż w przypadku zgrzewania punktowego oporowego, spawanie laserowe badania procesu przeprowadzono na płytach ze stali nierdzewnej o różnych kombinacjach grubości. W rezultacie ustaliliśmy optymalną kombinację parametrów spawania laserowego korpusu ze stali nierdzewnej.

(1) Moc lasera

W spawaniu laserowym istnieje próg gęstości energii lasera. Poniżej tej wartości głębokość topnienia jest bardzo płytka. Po osiągnięciu lub przekroczeniu tej wartości głębokość topienia drastycznie wzrasta. Plazma powstaje dopiero wtedy, gdy gęstość mocy lasera na przedmiocie przekracza próg (zależny od materiału), co oznacza postęp stabilnego spawania wgłębnego. Jeżeli moc lasera jest poniżej tego progu, następuje jedynie topienie powierzchni przedmiotu obrabianego, a proces spawania odbywa się w stabilnym trybie przewodzenia ciepła. Jednakże, gdy gęstość mocy lasera jest bliska warunków krytycznych dla powstawania drobnych dziurek, spawanie głębokie i spawanie przewodzące występują naprzemiennie, co prowadzi do niestabilności procesu spawania, co z kolei skutkuje znacznymi wahaniami głębokości topienia. Podczas głębokiego wtapiania laserem spawania penetracyjnego, moc lasera kontroluje jednocześnie głębokość wtopienia i prędkość spawania. Głębokość wtopienia spawania jest bezpośrednio powiązana z gęstością mocy wiązki i jest funkcją mocy wiązki padającej oraz ogniska wiązki. Ogólnie rzecz biorąc, dla wiązki laserowej o określonej średnicy głębokość wtopienia zwiększa się wraz z mocą wiązki wzrasta.

(2) Prędkość spawania

Prędkość spawania ma istotny wpływ na głębokość wtapiania. Zwiększanie prędkości spowoduje zmniejszenie głębokości wtapiania, natomiast zbyt mała prędkość może spowodować nadmierne stopienie materiału i wtopienie się spawania w obrabiany przedmiot. Dlatego dla określonej mocy lasera i konkretnego materiału o określonej grubości nie ma jest odpowiednim zakresem prędkości spawania, a maksymalną głębokość wtopienia można uzyskać przy odpowiedniej wartości prędkości.

(3) Ognisko wiązki.

Rozmiar plamki wiązki jest jedną z najważniejszych zmiennych wspawanie laseroweponieważ wyznacza gęstość mocy. Jednak w przypadku laserów dużej mocy pomiar tego jest wyzwaniem, pomimo istnienia wielu technik pomiaru pośredniego. Graniczną wielkość plamki dyfrakcyjnej ogniska wiązki można obliczyć zgodnie z teorią dyfrakcji światła, jednak ze względu na występowanie aberracji w soczewce ogniskującej plamka rzeczywista jest większa od wartości obliczonej. Najprostszą praktyczną metodą badania jest metoda Równomiernej Temperatury, która polega na wypaleniu grubej kartki papieru i po penetracji tektury polipropylenowej Mierzy się punkt skupienia i średnicę otworu. Metoda ta opiera się na praktycznych testach mających na celu dokładne określenie wielkości mocy lasera i czasu działania wiązki laserowej.

(4) Pozycja ostrości

Podczas spawania, aby zachować wystarczającą gęstość mocy, położenie ogniska ma kluczowe znaczenie. Zmiana położenia ogniska względem powierzchni przedmiotu obrabianego bezpośrednio wpływa na szerokość i głębokość spoiny. Spawanie laserowe zwykle wymaga pewnego stopnia rozogniskowania, ponieważ gęstość mocy w środku plamki wiązki, w której skupia się laser, jest zbyt duża, co może łatwo prowadzić do parowania i dziurkowania. Na każdej płaszczyźnie oddalającej się od ogniska lasera, rozkład gęstości mocy jest stosunkowo równomierny. Istnieją dwa rodzaje rozogniskowania: rozogniskowanie dodatnie i rozogniskowanie ujemne. Gdy płaszczyzna ogniskowa znajduje się nad przedmiotem obrabianym, nazywa się to rozogniskowaniem dodatnim i odwrotnie, rozogniskowaniem ujemnym. Zgodnie z teorią optyki geometrycznej, gdy dodatnia i ujemna płaszczyzna rozogniskowania znajdują się w równej odległości od płaszczyzny spawania , gęstość mocy na odpowiednich płaszczyznach jest w przybliżeniu taka sama. Rzeczywisty kształt otrzymanego jeziorka jest jednak inny. Przy ujemnym rozogniskowaniu można uzyskać większą głębokość wtopienia, co jest związane z procesem powstawania jeziorka spawalniczego. Eksperymenty wykazały, że materiały zaczynają się topić po 50–200 μs nagrzewania laserowego, tworząc ciekły metal i odparowując, tworząc parę pod ciśnieniem pokojowym, która wypływa z niezwykle dużą prędkością, emitując oślepiające białe światło. Jednocześnie wysokie stężenie gazów wypycha ciekły metal w stronę krawędzi jeziorka spawalniczego, tworząc w środku jeziorka zagłębienie. W przypadku rozogniskowania ujemnego gęstość mocy wewnątrz materiału jest wyższa niż na powierzchni, co prowadzi do silniejszego topnienia i odparowania oraz pozwala na przenikanie energii świetlnej głębiej w materiał. Dlatego w zastosowaniach praktycznych stosuje się rozogniskowanie ujemne, gdy wymagana jest większa głębokość wtopienia; pozytywne rozogniskowanie jest właściwe podczas spawania cienkich materiałów.

(5) Stopniowa kontrola wzrostu i spadku mocy lasera w punktach początkowych i końcowych spawania

Podczas głębokiego spawania laserowego problem porowatości występuje zawsze, niezależnie od głębokości spoiny. Po zakończeniu procesu spawania i wyłączeniu zasilania na tylnym końcu spawu pojawi się wgłębienie. Dodatkowo, gdy warstwa spawania laserowego pokryje pierwotną spoinę, może nastąpić nadmierna absorpcja wiązki lasera, co może prowadzić do przegrzania spawu lub powstania porów gazowych. Aby zapobiec wyżej wymienionym problemom, można ustalić program dla punktów uruchomienia i zatrzymania zasilania, umożliwiając regulację czasów rozpoczęcia i zatrzymania. Oznacza to, że moc początkowa wzrasta elektronicznie od zera do ustawionej wartości mocy w krótkim czasie, a czas spawania jest regulowany. Wreszcie po zakończeniu spawania moc stopniowo maleje od ustawionej mocy do zera.

1.2 Test wydajności złącza

Zgodnie z odpowiednimi normami przeprowadzono próby rozciągania i ścinania, badania wytrzymałości zmęczeniowej oraz analizy mikrostruktury złącza na złączach spawanych laserowo nadwozia ze stali nierdzewnej. Podsumowując, związek pomiędzy wytrzymałością, wyglądem i kształtem szwu określono złącze spawane laserowo stali nierdzewnej oraz parametry procesu spawania laserowego. Stanowi to podstawę do kierowania produkcją. Wyniki testów pokazują, że dla tej samej kombinacji grubości blachy, wytrzymałość zmęczeniowa, obciążenie rozciągające przy ścinaniu i jakość wyglądu złączy spawanych laserowo płyt ze stali nierdzewnej są lepsze niż w przypadku złączy zgrzewanych punktowo oporowo .

1.3 Badania symulacyjne numeryczne

Oprogramowanie do obliczeń metodą elementów skończonych służy do symulacji kształtu jeziorka stopionego złącza spawanego laserowo. W wyniku tego uzyskuje się mikrokształt złącza przy różnych kombinacjach parametrów procesu, uzyskując w ten sposób mikroskopijne wymiary szwu spawalniczego i oceniając wytrzymałość szwu spawalniczego. Dzięki weryfikacji model matematyczny charakteryzuje się dużą dokładnością. W produkcji parametry technologiczne można określić poprzez obliczenia numeryczne, zmniejszając liczbę badań i zmniejszając zużycie siły roboczej i zasobów materiałowych.

1.4 Podstawowa forma złącza

Podstawową postać połączeń w badaniu przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1 Podstawowe formy stawów

numer	Wspólna forma	Schemat złącza	Zakres grubości blachy/mm
1	Połączenie doczołowe		t ≤ 4
2	staw biodrowy		t1+ t2 ≤6
3	Trójnik		t1 ≥1

1.5 ocena procesu

Zgodnie z odpowiednimi normami, poprzez teoretyczne badanie parametrów procesu i weryfikację poprzez badania metalograficzne procesu i chemii fizycznej, tworzona jest ocena procesu i raport, zapewniający teoretyczną podstawę do kierowania faktyczną produkcją.

 Spawanie laserowe kontrola i analiza jakości szwów

Jeśli chodzi o kontrolę i kontrolę jakości, szczególnie ważna jest kontrola jakości całego procesu produkcyjnego spawania laserowego, ponieważ niektóre szwy spawania laserowego są niepenetrującymi spoinami laserowymi. Przed produkcją operacji spawania należy sprawdzić laser spawanie przedmiotu obrabianego i sprawdzanie stabilności parametrów, takich jak moc sprzętu do spawania laserowego i prędkość spawania. Podczas procesu produkcji spawania należy przeprowadzić ścisły montaż zgodnie z metodą procesu. Oprócz zapewnienia ścisłego dopasowania powierzchni spoin do siebie, konieczne jest także monitorowanie jakości zgrzewania w czasie rzeczywistym podczas procesu zgrzewania. Stosując bezpośrednie lub pośrednie środki techniczne, należy przeanalizować i potwierdzić, czy głębokość stopienia spawanie laserowe spełnia wymagania jakościowe, a przechowywana dokumentacja jest identyfikowalna. Jednocześnie posiada funkcje sygnalizacji alarmu lub regulacji parametrów spawania poprzez własną funkcję adaptacyjną urządzenia w celu ich kompensacji. Po zakończeniu spawania, oprócz niezbędnej kontroli wizualnej szwu spawalniczego, konieczne jest również zastosowanie ultradźwięków technologia badań nieniszczących w celu sprawdzenia głębokości stopienia spoiny spawalniczej. Docelowo zapewnia to, czy głębokość stopienia niepenetrującej spoiny laserowej mieści się w kontrolowanym zakresie, zapewniając pełną kontrolę jakości spawania w procesie.

Wnioski

Reasumując, niepenetrujący spawanie laserowe Proces ten może rozwiązać różne odkształcenia spawalnicze w procesie zgrzewania oporowego ścian bocznych, poprawić jakość spawania, zastąpić tradycyjne zgrzewanie punktowe oporowe spawaniem laserowym, zwiększyć wytrzymałość złącza spawanego, poprawić jakość zewnętrzną nadwozia pojazdu i zwiększyć wydajność produkcji. Jednocześnie transformacja technologii produkcji pojazdów szynowych ze stali nierdzewnej zwiększyła konkurencyjność naszej firmy w tej samej branży. Zastosowanie technologii spawania laserowego w pojazdach szynowych nie tylko poprawia ogólną jakość wagonów pasażerskich, ale także zwiększa międzynarodową przewagę konkurencyjną wagonów pasażerskich produkowanych w Chinach.