Застосування технології лазерного зварювання у виробництві Україна

Лазерне зварювання технологічний процес виробничого застосування

Надійне та повне застосування технології лазерного зварювання вимагає перевірки з багатьох аспектів, включаючи параметри процесу лазерного зварювання, ефективність з’єднання в поєднанні з чисельним моделюванням, лише тоді ми зможемо сформувати параметри процесу, придатні для виробництва транспортних засобів.

1.1 Дослідження оптимальних параметрів процесу

Дотримуючись стандарту відсутності слідів зварювання на зовнішній поверхні та міцності, вищої, ніж міцність опорного точкового зварювання, зварювання лазером технологічні випробування проводилися на пластинах з нержавіючої сталі з різними комбінаціями товщини. В результаті ми зробили оптимальне поєднання параметрів для лазерного зварювання корпусу з нержавіючої сталі.

(1) Потужність лазера

У лазерному зварюванні існує поріг щільності лазерної енергії. Нижче цього значення глибина плавлення дуже мала. Після досягнення або перевищення цього значення глибина плавлення різко зростає. Плазма утворюється лише тоді, коли щільність потужності лазера на заготовці перевищує поріг (який залежить від матеріалу), що означає прогрес стабільного зварювання глибоким плавленням. Якщо потужність лазера нижче цього порогу, відбувається лише поверхневе плавлення заготовки, і процес зварювання здійснюється в стабільному режимі теплопровідності. Однак, коли щільність потужності лазера наближається до критичних умов для утворення крихітних отворів, глибоке зварювання плавленням і кондуктивне зварювання чергуються, що призводить до нестабільного процесу зварювання, що, у свою чергу, призводить до значних коливань глибини плавлення. Під час лазерного глибокого зварювання при зварюванні проплавленням потужність лазера одночасно контролює як глибину проплавлення, так і швидкість зварювання. Глибина проникнення зварювального шва безпосередньо пов’язана з щільністю потужності променя та є функцією потужності падаючого променя та фокусної плями променя. Взагалі кажучи, для лазерного променя певного діаметру глибина плавлення збільшується в міру потужності променя. збільшується.

(2) Швидкість зварювання

Значний вплив на глибину проплавлення має швидкість зварювання. Збільшення швидкості призведе до меншої глибини плавлення, але якщо швидкість надто низька, це може спричинити надмірне плавлення матеріалу та зварювання заготовки. Тому для певної потужності лазера та конкретного матеріалу певної товщини існує є відповідним діапазоном швидкості зварювання, і максимальна глибина плавлення може бути отримана при відповідному значенні швидкості.

(3) Фокальна пляма променя.

Розмір плями променя є однією з найважливіших змінних узварювання лазеромоскільки він визначає густину потужності. Однак для потужних лазерів вимірювання цього є проблемою, незважаючи на наявність багатьох методів непрямого вимірювання. Граничний розмір дифракційної плями фокусу променя можна розрахувати відповідно до теорії дифракції світла, але через наявність аберацій у фокусуючій лінзі фактична пляма більша за розраховане значення. Найпростішим практичним методом випробування є метод рівнотемпературного контуру, який передбачає випалювання щільного аркуша паперу та проникнення через поліпропіленову дошку, вимірюється точка фокусування та діаметр отвору. Цей метод базується на практичних випробуваннях для точного вимірювання потужності лазера та часу дії лазерного променя.

(4) Положення фокуса

Під час зварювання, щоб підтримувати достатню щільність потужності, положення фокусної точки має вирішальне значення. Зміна позиції фокуса відносно поверхні заготовки безпосередньо впливає на ширину та глибину зварного шва. Лазерне зварювання зазвичай потребує певного ступеня розфокусування, оскільки щільність потужності в центрі плями променя, де фокусується лазер, є занадто високою, що може легко призвести до випаровування та пробивання отворів. На кожній площині, що віддаляється від фокусу лазера, розподіл щільності потужності є відносно однорідним. Існує два типи розфокусування: позитивне розфокусування та негативне розфокусування. Коли фокальна площина знаходиться над деталлю, це називається позитивним розфокусуванням, і навпаки, воно відоме як негативне розфокусування. Згідно з теорією геометричної оптики, коли позитивні та негативні площини розфокусування знаходяться на однаковій відстані від площини зварювання щільність потужності на відповідних площинах приблизно однакова. Однак фактична форма отриманої зварювальної ванни відрізняється. Під час негативного розфокусування можна отримати більшу глибину плавлення, що пов’язано з процесом формування зварювальної ванни. Експерименти показали, що матеріали починають плавитися після 50~200 мкс лазерного нагрівання, утворюючи рідкий метал і випаровуючись, щоб створити пару під тиском кімнати, яка виходить з надзвичайно високою швидкістю, випромінюючи сліпуче біле світло. У той же час висока концентрація газів штовхає рідкий метал до країв зварювальної ванни, створюючи поглиблення в середині зварювальної ванни. При негативному розфокусуванні щільність потужності всередині матеріалу вища, ніж на поверхні, що призводить до сильнішого плавлення та випаровування, а також дозволяє світловій енергії передаватися глибше в матеріал. Тому в практичних застосуваннях негативне розфокусування використовується, коли потрібна більша глибина злиття; позитивне розфокусування доречно при зварюванні тонких матеріалів.

(5) Поступове керування потужністю лазера на початку та в кінці зварювання

Під час лазерного зварювання глибоким проплавленням проблема пористості існує завжди, незалежно від глибини зварювального шва. Після завершення процесу зварювання та вимкнення вимикача живлення в кінці зварного шва з’явиться западина. Крім того, коли шар лазерного зварювання покриває вихідний зварний шов, може спостерігатися надмірне поглинання лазерного променя, що призводить до перегріву зварювального виробу або утворення газових пор. Щоб запобігти вищезазначеним проблемам, можна встановити програму для точок запуску та зупинки живлення, регулюючи час запуску та зупинки. Тобто початкова потужність електронним способом наростає від нуля до встановленого значення потужності протягом короткого періоду часу, а час зварювання регулюється. Нарешті, коли зварювання закінчується, потужність поступово зменшується від заданої до нуля.

1.2 Перевірка продуктивності конектора

Згідно з відповідними стандартами, випробування на розтягування та зсув, випробування на втому та аналіз мікроструктури з’єднання були проведені на з’єднаннях лазерного зварювання кузова автомобіля з нержавіючої сталі. Підсумовуючи, зв’язок між міцністю, зовнішнім виглядом і формою шва встановлено параметри процесу лазерного зварювання нержавіючої сталі. Це забезпечує основу для керівництва виробництвом. Результати випробувань показують, що за тієї самої комбінації товщини пластин показники втоми, навантаження на зсув при розтягуванні та якість зовнішнього вигляду з’єднань пластин з нержавіючої сталі, зварених лазером, є кращими, ніж з’єднань, з’єднаних точковим зварюванням. .

1.3 Чисельне моделювання дослідження

Програмне забезпечення для розрахунку кінцевих елементів використовується для моделювання форми ванни розплавленого лазерного зварного з’єднання. Це призводить до мікроформи з’єднання при різних комбінаціях параметрів процесу, отримуючи таким чином мікроскопічні розміри зварного шва та оцінюючи міцність зварного шва. Завдяки перевірці математична модель має високу точність. У виробництві технологічні параметри можна визначити чисельним розрахунком, скоротивши кількість випробувань і знизивши витрату трудових і матеріальних ресурсів.

1.4 Основна форма суглоба

Основна форма з’єднань у тесті наведена в таблиці 1.

Таблиця 1 Основні форми суглобів

номер	Спільна форма	Схема роз'єму	Діапазон товщини плити/мм
1	Стиковий стик		t ≤ 4
2	колінний суглоб		t1+ t2 ≤6
3	Т-подібний суглоб		t1 ≥1

1.5 оцінка процесу

Відповідно до відповідних стандартів шляхом теоретичного дослідження параметрів процесу та перевірки за допомогою процесу та фізико-хімічних металографічних випробувань формується оцінка процесу та звіт, що забезпечує теоретичну основу для керівництва фактичним виробництвом.

 Лазерне зварювання перевірка та аналіз якості швів

З точки зору інспекції та контролю якості особливо важливо контролювати якість усього виробничого процесу лазерного зварювання, оскільки деякі лазерні зварювальні шви є непроникаючими лазерними зварними швами. Перед виробництвом зварювальної операції необхідно перевірити лазер зварювання заготовки та перевірка стабільності таких параметрів, як потужність лазерного зварювального обладнання та швидкість зварювання. У процесі зварювального виробництва суворе складання повинно здійснюватися відповідно до методу процесу. На додаток до забезпечення щільного прилягання поверхонь зварювального шва, також необхідно контролювати якість зварювання в режимі реального часу під час процесу зварювання. Використовуючи прямі або непрямі технічні засоби, необхідно проаналізувати та підтвердити, чи глибина розплаву лазерне зварювання відповідає вимогам якості, а збережені записи можна простежити. У той же час він має функції сповіщення про тривогу або налаштування параметрів зварювання за допомогою власної адаптивної функції обладнання для компенсації. Після завершення зварювання, крім необхідного візуального огляду зварювального шва, також необхідно використовувати ультразвукове технологія неруйнівного контролю для перевірки глибини розплаву зварювального шва. Зрештою, це гарантує, що глибина розплаву непроникаючого лазерного зварювального шва знаходиться в межах контрольованого діапазону, забезпечуючи повний контроль процесу якості зварювання.

Висновок

Підсумовуючи, непроникаючий зварювання лазером процес може усунути різні зварювальні деформації в процесі контактного зварювання бічних стінок, покращити якість зварювання, замінити традиційне контактне точкове зварювання лазерним зварюванням, збільшити міцність зварного з’єднання, покращити зовнішню якість кузова автомобіля та підвищити ефективність виробництва. У той же час, трансформація технології виробництва рейкових транспортних засобів з нержавіючої сталі підвищила конкурентоспроможність нашої компанії в тій же галузі. Застосування технології лазерного зварювання до залізничних транспортних засобів не тільки покращує загальну якість залізничних пасажирських вагонів, але й підвищує міжнародну конкурентну перевагу залізничних пасажирських вагонів китайського виробництва.