Modern Lazer Kaynak Teknolojisinin Özel Konusu —— Çift Işınlı Lazer Kaynağı

Esas olarak uyarlanabilirliği geliştirmek için kullanılan çift ışınlı kaynak yöntemi önerilmiştir. Lazer kaynak Montaj doğruluğunu arttırmak, kaynak prosesinin stabilitesini arttırmak ve kaynak kalitesini arttırmak, özellikle ince levhaların ve alüminyum alaşımlarının kaynağı için.Çift ışınlı lazer kaynağı, optik yöntemlerle kaynak yapmak için aynı tip lazeri iki ayrı ışına ayırabilir veya kombinasyon için iki farklı lazer tipini kullanabilir. CO2 lazerler, Nd:YAG lazerler ve yüksek güçlü yarı iletken lazerlerin tümü birbiriyle birleştirilebilir.Işınların enerjisini, ışınlar arasındaki mesafeyi ve hatta iki ışının enerji dağılım şeklini değiştirerek kaynak sıcaklığı alanı rahat ve esnek bir şekilde ayarlanabilir. Bu, kaynak havuzundaki deliklerin varoluş modunu ve sıvı metalin akış modunu değiştirerek, kaynak işlemi için tek ışınlı lazer kaynağıyla eşi benzeri olmayan daha geniş bir alan seçeneği sağlar. Yalnızca derin füzyonun avantajlarına sahip olmakla kalmaz, , hızlı hız ve lazer kaynağının yüksek hassasiyeti, ancak aynı zamanda geleneksel lazer kaynağıyla kaynak yapılması zor olan malzeme ve bağlantı noktalarına da mükemmel uyum sağlar.

1.Çift ışınlı lazer kaynak prensibi

Çift ışınlı kaynak, kaynak işlemi sırasında iki lazerin aynı anda kullanılması anlamına gelir. Işın düzenlemesi, ışın aralığı, iki ışının oluşturduğu açı, odaklanma konumu ve iki ışının enerji oranı, çift ışınlı lazer kaynağında ilgili kurulum parametreleridir. Normalde, kaynak işlemi sırasında, genellikle iki ışın düzenleme yöntemi vardır. çift ​​kirişler. Şekilde gösterildiği gibi, bunların kaynak yönü boyunca bir seri halinde düzenlenmesi gerekmektedir. Bu düzen, kaynak havuzunun soğuma hızını azaltabilir ve kaynağın sertleşme eğilimini ve gözeneklilik üretimini azaltabilir. Diğeri ise kaynak dikişindeki boşluğa uyarlanabilirliği arttırmak için kirişleri kaynak dikişinin her iki yanında yan yana düzenlemek veya çaprazlamak.

Seri düzenlemeye sahip çift ışınlı lazer kaynak sistemi için, iki kiriş arasındaki mesafeye bağlı olarak üç farklı kaynak mekanizması vardır.

1) Birinci tip kaynak mekanizmasında iki kiriş arasındaki mesafe nispeten büyüktür. Bir ışın daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve kaynakta bir anahtar deliği oluşturmak için iş parçasının yüzeyine odaklanmıştır.; diğer ışın ise daha düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve yalnızca kaynak öncesi veya kaynak sonrası ısıl işlem için ısı kaynağı olarak hizmet ederBu kaynak mekanizması, kaynak havuzunun soğutma hızının belirli bir aralıkta kontrol edilmesini sağlar, bu da yüksek karbonlu çelik ve alaşımlı çelik gibi yüksek çatlak hassasiyetine sahip malzemelerin kaynağına elverişlidir ve aynı zamanda tokluğu da artırabilir. kaynak dikişi.

2）İkinci tip kaynak mekanizmasında, iki ışının odak noktaları arasındaki mesafe nispeten küçüktür. İki ışın tek bir kaynak havuzunda iki ayrı anahtar deliği üretirerimiş metalin akış düzeninin değişmesine neden olur. Bu, kusurların önlenmesine yardımcı olur alttan kesme ve kaynak dikişi çıkıntısı gibi, kaynak dikişi oluşumunu iyileştirir.

3）Üçüncü tip kaynak mekanizmasında iki kiriş arasındaki mesafe çok küçüktür ve bu sırada, iki ışın kaynak havuzunda aynı anahtar deliğini üretir. Tek ışınlı lazer kaynağıyla karşılaştırıldığında bu anahtar deliğinin boyutu daha büyüktür ve kapanma olasılığı daha düşüktürKaynak işlemini daha kararlı hale getirir ve gazın boşaltılması daha kolaydır. Bu, gözenekliliğin ve sıçramanın azaltılmasında ve sürekli, düzgün ve çekici bir kaynak dikişinin elde edilmesinde faydalıdır.

Kaynak işlemi sırasında iki lazer ışını da birbirine belirli bir açıyla ayarlanabilir ve kaynak mekanizması paralel çift ışınlı kaynak mekanizmasına benzer. Deneysel sonuçlar, birbirine 30° açıyla ve 1~2 mm aralıklarla yerleştirilmiş iki yüksek güçlü OO lazer ışınını kullanarak huni şeklinde bir anahtar deliği elde edilebileceğini göstermiştir. Anahtar deliği daha büyük ve daha sağlamdır, bu da kaynak kalitesini etkili bir şekilde artırabilir. Gerçek uygulamalarda, farklı kaynak işlemleri elde etmek için iki ışının farklı kombinasyonları farklı kaynak koşullarına göre ayarlanabilir.

2. Çift ışınlı lazer kaynağının uygulama yöntemi

Çift ışın elde etmek, iki farklı lazer ışınını birleştirerek veya kaynak için bir lazer ışınını ikiye bölen bir optik ışın bölme sistemi kullanılarak elde edilebilir. Bir ışını iki farklı güce ayırmak için, paralel lazerler, ışın bölücü bir ayna veya bazı özel optik sistemler kullanılabilir. Resimde ışın ayırıcı olarak odaklama merceğinin kullanıldığı iki tür ışın ayırma prensibi gösterilmektedir.

Ek olarak, bir reflektör ışın bölücü ayna olarak kullanılabilir ve optik yoldaki son reflektör ışın bölücü olarak görev yapar. Bu tip reflektör aynı zamanda sırt reflektörü olarak da bilinir, yansıtma yüzeyi tek bir düzlem değil iki düzlemden oluşur. İki yansıtıcı yüzeyin kesişen çizgisi şekilde gösterildiği gibi aynanın ortasında bir çıkıntıya benzer şekilde yerleştirilmiştir. Paralel bir ışık huzmesi ışın ayırıcının üzerine yansıtılır ve farklı konumlardaki iki düzlem tarafından iki ışına yansıtılır. açılar. Bu ışınlar odaklama merceği üzerinde farklı konumları aydınlatır ve odaklama sonrasında iş parçasının yüzeyinde belirli aralıklarla iki ışın elde edilir. İki yansıtıcı yüzey arasındaki açı ve çıkıntının konumu değiştirilerek, farklı odak aralığına ve düzenleme yöntemlerine sahip ışın bölücü ışık ışınları elde edilebilir.

İkili ışın oluşturmak için iki farklı tipte lazer ışınını kullanırken çeşitli kombinasyon yöntemleri vardır. Gauss enerji dağılımına sahip yüksek kaliteli bir CO2 lazeri, ısıl işlem çalışması için dikdörtgen enerji dağılımına sahip bir yarı iletken lazerin yardımıyla birincil kaynak çalışması için kullanılabilir. Bu kombinasyon yöntemi bir yandan ekonomiktir, diğer yandan ise, iki ışının gücü bağımsız olarak ayarlanabilir. Farklı bağlantı formları için, kaynak prosesi kontrolüne çok uygun olan lazer ve yarı iletken lazerin üst üste binme konumu ayarlanarak ayarlanabilir bir sıcaklık alanı elde edilebilir. Ayrıca, YAG lazer ve CO2 lazer kaynak için ikili ışın halinde birleştirilebilir, sürekli lazer ve darbeli lazer kaynak için birleştirilebilir ve odaklanmış ışın ve odaklanmamış ışın da kaynak için birleştirilebilir.

3.Çift ışınlı lazer kaynak prensibi

3.1 Galvanizli sacın çift ışınlı lazer kaynağı

Galvanizli çelik levha otomotiv endüstrisinde en yaygın kullanılan malzemedir. Çeliğin erime noktası 1500°C civarındayken çinkonun kaynama noktası sadece 906°C'dir. Bu nedenle, kaynak yöntemi kullanıldığında genellikle büyük miktarda çinko buharı üretilir, bu da kaynak işleminde dengesizliğe neden olur ve kaynak dikişinde hava delikleri oluşturur. Bindirme bağlantılarında, galvanizli tabakanın buharlaşması sadece üst ve üst kısımda meydana gelmez. alt yüzeylerde ve aynı zamanda eklem ara yüzünde. Kaynak işlemi sırasında bazı bölgelerde çinko buharı erimiş havuz yüzeyinden hızla dışarı püskürürken diğer bölgelerde çinko buharının erimiş havuz yüzeyinden çıkması zorlaşır ve bu da kaynak kalitesinin çok dengesiz olmasına neden olur.

Çift ışınlı lazer kaynağı, çinko buharının neden olduğu kaynak kalitesi sorunlarını çözebilir. Yöntemlerden biri, iki ışının enerjisini makul ölçüde eşleştirerek erimiş havuzun varoluş süresini ve soğuma hızını kontrol etmektir; bu, çinko buharının kaçması için faydalıdır; diğer bir yöntem ise ön delme veya kanal açma işlemi yoluyla çinko buharını serbest bırakmaktır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi kaynak için CO2 lazerler kullanılırken, CO2 lazerin ön tarafındaki YAG lazerler oluk açma veya kesme için kullanılır. Önceden işlenmiş delikler veya yuvalar, sonraki kaynaklama sırasında oluşan çinko buharı için bir kaçış yolu sağlayarak, erimiş havuzda kalmasını ve kusur oluşturmasını önler.

3.2 Alüminyum alaşımının çift ışınlı lazer kaynağı

Alüminyum alaşımlı malzemelerin benzersiz özelliklerinden dolayı, lazer kaynağı aşağıdaki zorlukları beraberinde getirir: lazerin alüminyum alaşımları tarafından soğurulması oranı düşüktür, CO2 lazer ışınının yüzeyindeki ilk yansıma oranı %90'ı aşar; kaynak yaparken, alüminyum alaşımlı lazer kaynak dikişleri gözenekliliğe ve çatlaklara eğilimlidir; Kaynak işlemi sırasında alaşım elementleri kaybı olur. Tek lazer kaynağı kullanıldığında, anahtar delikleri oluşturmak zordur ve stabiliteyi korumak kolay değildir. Çift ışınlı lazer kaynağı kullanıldığında, anahtar deliğinin boyutu artırılabilir, bu da anahtar deliğinin kapanmasını zorlaştırır ve gazı kolaylaştırır. egzoz. Aynı zamanda soğuma hızını azaltarak gözeneklerin ve kaynak çatlaklarının oluşumunu azaltabilir. Kaynak işlemi daha stabil olduğundan ve sıçrama miktarı azaldığından, alüminyum alaşımlarının çift kirişli kaynağıyla elde edilen kaynağın yüzey oluşumu da tek kirişe göre önemli ölçüde daha iyidir. Aşağıdaki şekil, tek bir CO3 lazer ışını ve iki lazer ışını ile kaynaklanmış 2 mm kalınlığındaki alüminyum alaşımlarının alın bağlantılarının görünümünü göstermektedir.

Araştırmalar, 2 mm kalınlığında 5000 serisi alüminyum alaşımı kaynak yaparken, iki kiriş arasındaki mesafe 0.6~1.0 mm olduğunda sürecin nispeten stabil olduğunu göstermektedir. Ortaya çıkan anahtar deliği açıklığı daha büyüktür, bu da kaynak işlemi sırasında magnezyum elemanlarının buharlaşmasını ve kaçmasını kolaylaştırır. İki ışın arasındaki mesafe çok küçükse, işlem tek ışın kaynağına benzer olacak ve kolayca stabil olmayacaktır; mesafenin çok büyük olması aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi kaynak nüfuziyet derinliğini etkileyecektir. Ayrıca iki ışının enerji oranının da kaynak kalitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. İki ışın, 0.9 mm'lik bir mesafede kaynak yapmak üzere seri halinde düzenlendiğinde, önceki ışının enerjisini uygun şekilde artırmak, iki ışının enerji oranını 1:1'den daha büyük yapmak faydalıdır. Bu, kaynağın kalitesini artırmaya, erime alanını genişletmeye ve daha yüksek kaynak hızlarında bile pürüzsüz ve estetik açıdan hoş kaynaklar elde etmeye yardımcı olur.

3.3 Eşit olmayan kalınlıktaki levhaların çift ışınlı kaynağı

Endüstriyel üretimde, eklenmiş bir levha oluşturmak için genellikle farklı kalınlık ve şekillerde iki veya daha fazla metal levhanın birbirine kaynaklanması gerekir. Özellikle otomobil imalatında eklenmiş sacların uygulaması giderek yaygınlaşmaktadır.
Farklı spesifikasyonlara, yüzey kaplamalarına veya performansa sahip levhaları birbirine kaynaklayarak gücü artırabilir, tüketimi azaltabilir ve ağırlığı azaltabilir. Plaka birleştirme kaynağında genellikle farklı kalınlıktaki plakaların lazer kaynağı kullanılır. Önemli bir sorun, kaynak yapılacak iş parçalarının son derece hassas kenarlarla önceden üretilmesi ve yüksek hassasiyette montajın sağlanması gerekliliğidir. Eşit olmayan kalınlıktaki plakalar için çift kiriş kaynağının kullanılması, değişen boşluklara, kenetleme parçalarına, göreceli kalınlıklara ve malzemeye uyum sağlayabilir sayfaların farklılıkları. Daha büyük kenar ve boşluk toleranslarına sahip sacları kaynaklayabilir, kaynak hızını ve kaynak kalitesini artırabilir.

Eşit olmayan kalınlıktaki plakalar için çift kiriş kaynağının ana proses parametreleri, şekilde gösterildiği gibi kaynak parametrelerine ve plaka parametrelerine ayrılabilir. Kaynak parametreleri, iki lazerin gücünü, kaynak hızını, odak noktası konumunu, kaynak kafası açısını, alın eklemindeki çift kirişin ışın dönüş açısını ve kaynak sapmasını içerir. Plaka parametreleri arasında malzeme boyutları, performans, kenar düzeltme ve plaka boşluğu yer alır. İki lazerin gücü farklı kaynak amaçlarına göre ayrı ayrı ayarlanabilir.
Genellikle odak noktası ince sacın yüzeyinde olduğunda stabil ve verimli bir kaynak işlemi elde edilebilir. Kaynak kafası açısı genellikle 6 derece civarında olacak şekilde seçilir. İki plakanın kalınlığı oldukça büyükse, pozitif bir kaynak kafası açısı benimsenebilir, yani lazer şekilde gösterildiği gibi ince plakaya doğru eğilir. Plaka kalınlığı nispeten küçük olduğunda negatif kaynak kafası açısı kullanılabilir. Kaynak sapması, lazer odak noktası ile kalın plakanın kenarı arasındaki mesafe olarak tanımlanır. Kaynak sapmasını ayarlayarak, iyi bir kaynak kesiti elde etmek için kaynak içbükeyliği azaltılabilir.

Büyük boşluklara sahip plakalara kaynak yapılırken, çift ışın açısını döndürerek iyi boşluk doldurma kabiliyeti elde etmek için etkin ışın ısıtma çapı artırılabilir. Kaynak dikişinin üst kısmının genişliği, iki lazerin etkin ışın çapına göre, yani ışının dönüş açısına göre belirlenir. Dönme açısı ne kadar büyük olursa, çift ışınlı ısıtma aralığı da o kadar geniş olur ve kaynak dikişinin üst genişliği de o kadar geniş olur. İki lazer, kaynak işlemi sırasında farklı roller oynar; biri esas olarak derze nüfuz etmek için kullanılır ve diğeri esas olarak boşluğu doldurmak için kalın plaka malzemesini eritmek için kullanılır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, pozitif ışın dönüş açısı altında (ön ışın kalın plakaya etki eder, arka ışın dikişe etki eder), ön ışın kalın plakaya çarparak malzemeyi ısıtır ve eritir ve aşağıdakiler gerçekleşir: lazer ışını nüfuz etmeyi sağlar. Öndeki ilk lazer ışını kalın plakayı yalnızca kısmen eritebilir, ancak daha iyi boşluk doldurma için kalın plakanın yan tarafını eritmekle kalmayıp aynı zamanda kaynak işlemine önemli bir katkı sağlar. bağlantı malzemesini birbirine bağlayarak sonraki ışının bağlantıya nüfuz etmesini kolaylaştırır, böylece kaynak hızı artar. Negatif dönme açısına sahip çift ışınlı kaynakta (ön ışın kaynak dikişine etki eder, arka ışın kalın kaynak dikişine etki eder) Plaka), iki kirişin rolleri tam tersidir. Ön kiriş bağlantı noktasına nüfuz eder ve arka kiriş boşluğu doldurmak için kalın plakayı eritir.

Bu durumda, ön kirişin soğuk plakaya nüfuz etmesi gerekir; kaynak hızı, pozitif ışın dönüş açısına göre daha düşüktür. Ve ön ışının ön ısıtma etkisinden dolayı, sonraki ışın aynı güçte daha kalın plaka malzemesini eritecektir. Bu durumda ikinci lazer ışınının gücünün uygun şekilde azaltılması gerekir. Karşılaştırıldığında, pozitif ışın dönüş açısının benimsenmesi kaynak hızını uygun şekilde artırabilirken, negatif ışın dönüş açısının benimsenmesi daha iyi boşluk doldurma sağlayabilir. Aşağıdaki resimde farklı ışın dönüş açılarının kaynak dikişinin kesiti üzerindeki etkileri gösterilmektedir.

3.4 Kalın levhaların çift ışınlı lazer kaynağı

Lazer güç seviyelerinin ve ışın kalitesinin iyileştirilmesiyle kalın levhalar için lazer kaynağının kullanılması bir gerçeklik haline geldi. Ancak yüksek güçlü lazerlerin maliyetinin yüksek olması ve kalın levha kaynağında genel olarak metal dolguya duyulan ihtiyaç nedeniyle fiili üretimde belirli sınırlamalar vardır. Çift ışınlı lazer kaynak teknolojisinin kullanılması yalnızca lazer gücünü artırmakla kalmaz, aynı zamanda artırır. etkili ışın ısıtma çapı, dolgu telini eritme yeteneğini artırır ve lazer anahtar deliğini stabilize ederek kaynak stabilitesini artırır ve böylece kaynak kalitesini artırır.