נושא מיוחד על טכנולוגיית ריתוך לייזר מודרנית - ריתוך לייזר כפול קרן

שיטת הריתוך הכפול מוצעת, בעיקר כדי לפתור את יכולת ההסתגלות שלריתוך לייזרלדיוק ההרכבה, שיפור יציבות תהליך הריתוך ושיפור איכות הריתוך, במיוחד לריתוך לוחות דק וריתוך סגסוגת אלומיניום. ריתוך לייזר כפול קרן יכול להשתמש בשיטות אופטיות כדי להפריד את אותו לייזר לשתי אלומות אור נפרדות לריתוך. הוא יכול גם להשתמש בשני סוגים שונים של לייזרים לשילוב, לייזר CO2, לייזר Nd:YAG ולייזר מוליכים למחצה בהספק גבוה. ניתן לשלב. על ידי שינוי אנרגיית האלומה, מרווח אלומה ואפילו דפוס חלוקת האנרגיה של שתי הקורות, ניתן להתאים את שדה טמפרטורת הריתוך בצורה נוחה וגמישה, לשנות את דפוס קיום החורים ואת דפוס הזרימה של המתכת הנוזלית בבריכה המותכת , מתן פתרון טוב יותר לתהליך הריתוך. מרחב הבחירה העצום הוא ללא תחרות על ידי ריתוך לייזר בקרן אחת. יש לו לא רק את היתרונות של חדירת ריתוך לייזר גדולה, מהירות מהירה ודיוק גבוה, אלא גם בעל יכולת הסתגלות רבה לחומרים ומפרקים שקשה לרתך בריתוך לייזר קונבנציונלי.

עקרון שלריתוך לייזר כפול קרן

ריתוך כפול קרן פירושו שימוש בשתי קרני לייזר בו זמנית במהלך תהליך הריתוך. סידור האלומות, מרווח האלומה, הזווית בין שתי הקורות, מיקום המיקוד ויחס האנרגיה של שתי הקורות הן כל ההגדרות הרלוונטיות בריתוך לייזר כפול. פָּרָמֶטֶר. בדרך כלל, במהלך תהליך הריתוך, יש בדרך כלל שתי דרכים לסדר את הקורות הכפולות. כפי שמוצג באיור, אחד מסודר בסדרה לאורך כיוון הריתוך. סידור זה יכול להפחית את קצב הקירור של הבריכה המותכת. מפחית את נטיית ההתקשות של הריתוך ואת יצירת הנקבוביות. השני הוא לסדר אותם זה לצד זה או לרוחב משני צידי הריתוך כדי לשפר את יכולת ההסתגלות לפער הריתוך.

עקרון ריתוך לייזר בקרן כפולה

ריתוך כפול קרן פירושו שימוש בשתי קרני לייזר בו זמנית במהלך תהליך הריתוך. סידור האלומות, מרווח האלומה, הזווית בין שתי הקורות, מיקום המיקוד ויחס האנרגיה של שתי הקורות הן כל ההגדרות הרלוונטיות בריתוך לייזר כפול. פָּרָמֶטֶר. בדרך כלל, במהלך תהליך הריתוך, יש בדרך כלל שתי דרכים לסדר את הקורות הכפולות. כפי שמוצג באיור, אחד מסודר בסדרה לאורך כיוון הריתוך. סידור זה יכול להפחית את קצב הקירור של הבריכה המותכת. מפחית את נטיית ההתקשות של הריתוך ואת יצירת הנקבוביות. השני הוא לסדר אותם זה לצד זה או לרוחב משני צידי הריתוך כדי לשפר את יכולת ההסתגלות לפער הריתוך.

עבור מערכת ריתוך לייזר כפולת קרן טנדם, ישנם שלושה מנגנוני ריתוך שונים בהתאם למרחק בין הקורות הקדמיות והאחוריות, כפי שמוצג באיור למטה.

1. בסוג הראשון של מנגנון ריתוך, המרחק בין שתי אלומות האור גדול יחסית. לקרן אור אחת יש צפיפות אנרגיה גדולה יותר והיא ממוקדת על פני השטח של חומר העבודה כדי לייצר חורי מפתח בריתוך; לקרן האור השנייה יש צפיפות אנרגיה קטנה יותר. משמש רק כמקור חום לטיפול בחום לפני ריתוך או לאחר ריתוך. באמצעות מנגנון ריתוך זה, ניתן לשלוט בקצב הקירור של בריכת הריתוך בטווח מסוים, אשר מועיל לריתוך חומרים מסוימים בעלי רגישות גבוהה לסדקים, כגון פלדת פחמן גבוהה, פלדת סגסוגת וכו', ויכול גם לשפר את הקשיחות של הריתוך.

2. בסוג השני של מנגנון ריתוך, מרחק המיקוד בין שתי אלומות האור קטן יחסית. שתי אלומות האור מייצרות שני חורי מפתח עצמאיים בבריכת ריתוך, המשנה את תבנית הזרימה של המתכת הנוזלית ומסייעת במניעת התקף. זה יכול למנוע את התרחשותם של פגמים כגון קצוות ובליטות חרוזי ריתוך ולשפר את היווצרות הריתוך.

3. בסוג השלישי של מנגנון ריתוך, המרחק בין שתי אלומות האור קטן מאוד. בשלב זה, שתי אלומות האור מייצרות את אותו חור מפתח בבריכת הריתוך. בהשוואה לריתוך לייזר בקרן אחת, מכיוון שגודל חור המנעול הופך גדול יותר ואינו קל לסגירה, תהליך הריתוך יציב יותר והגז קל יותר לפרוק, מה שמועיל להפחתת נקבוביות ונתזים, וקבלת רציף, אחיד ואחיד. ריתוכים יפים.

במהלך תהליך הריתוך ניתן ליצור את שתי קרני הלייזר בזווית מסוימת זו לזו. מנגנון הריתוך דומה למנגנון ריתוך הקורה הכפולה המקבילה. תוצאות הבדיקה מראות כי באמצעות שני OOs בעלי הספק גבוה עם זווית של 30° זה לזה ובמרחק של 1~2 מ"מ, קרן הלייזר יכולה להשיג חור מפתח בצורת משפך. גודל חור המנעול גדול ויציב יותר, מה שיכול לשפר ביעילות את איכות הריתוך. ביישומים מעשיים, ניתן לשנות את השילוב ההדדי של שתי אלומות האור בהתאם לתנאי ריתוך שונים כדי להשיג תהליכי ריתוך שונים.

6. שיטת יישום של ריתוך לייזר כפול קרן

רכישת קרני לייזר כפולות יכולה להתקבל על ידי שילוב של שתי קרני לייזר שונות, או שניתן לחלק קרן לייזר אחת לשתי קרני לייזר לריתוך באמצעות מערכת ספקטרומטריה אופטית. כדי לפצל קרן אור לשתי קרני לייזר מקבילות בעלות עוצמה שונה, ניתן להשתמש בספקטרוסקופ או מערכת אופטית מיוחדת כלשהי. התמונה מציגה שני דיאגרמות סכמטיות של עקרונות פיצול אור באמצעות מראות מיקוד כמפצלי אלומה.

בנוסף, רפלקטור יכול לשמש גם כמפצל קרן, והמשקף האחרון בנתיב האופטי יכול לשמש כמפצל קרן. סוג זה של רפלקטור נקרא גם רפלקטור מסוג גג. המשטח הרפלקטיבי שלו אינו משטח שטוח, אלא מורכב משני מישורים. קו החיתוך של שני המשטחים הרפלקטיביים ממוקם באמצע משטח המראה, בדומה לרכס גג, כפי שמוצג באיור. קרן אור מקבילה זורחת על הספקטרוסקופ, מוחזרת על ידי שני מישורים בזוויות שונות ליצירת שתי אלומות אור, ומאירה על מיקומים שונים של המראה המתמקדת. לאחר ההתמקדות מתקבלות שתי אלומות אור במרחק מסוים על פני חומר העבודה. על ידי שינוי הזווית בין שני המשטחים המחזירים ומיקום הגג, ניתן לקבל קרני אור מפוצלות עם מרחקי מיקוד וסידורים שונים.

כאשר משתמשים בשני סוגים שונים שלקרני לייזר to יוצרים קרן כפולה, ישנם שילובים רבים. לעבודת הריתוך העיקרית ניתן להשתמש בלייזר CO2 איכותי עם פיזור אנרגיה גאוסית ולסיוע בעבודת הטיפול בחום ניתן להשתמש בלייזר מוליכים למחצה עם פיזור אנרגיה מלבנית. מצד אחד, השילוב הזה חסכוני יותר. מצד שני, ניתן לכוון את העוצמה של שתי אלומות האור באופן עצמאי. עבור צורות מפרקים שונות, ניתן לקבל שדה טמפרטורה מתכוונן על ידי התאמת מיקום החפיפה של הלייזר והלייזר המוליך למחצה, המתאים מאוד לריתוך. בקרת תהליכים. בנוסף, ניתן לשלב לייזר YAG ולייזר CO2 גם לקרן כפולה לריתוך, ניתן לשלב לייזר רציף ולייזר פולס לריתוך, ולריתוך ניתן לשלב גם קרן ממוקדת וקרן לא ממוקדת.

7. עקרון ריתוך לייזר כפול קרן

3.1 ריתוך לייזר בקרן כפולה של יריעות מגולוונות

יריעת פלדה מגולוונת היא החומר הנפוץ ביותר בתעשיית הרכב. נקודת ההיתוך של פלדה היא סביב 1500 מעלות צלזיוס, בעוד שנקודת הרתיחה של אבץ היא רק 906 מעלות צלזיוס. לכן, כאשר משתמשים בשיטת ריתוך היתוך, נוצרת בדרך כלל כמות גדולה של אדי אבץ, הגורמת לתהליך הריתוך להיות לא יציב. , יצירת נקבוביות ברתך. עבור מפרקי הברכיים, הנידוף של השכבה המגולוונת מתרחשת לא רק על המשטחים העליונים והתחתונים, אלא מתרחשת גם במשטח המפרק. במהלך תהליך הריתוך, אדי אבץ נפלט במהירות משטח הבריכה המותכת באזורים מסוימים, בעוד שבאזורים אחרים קשה לאדי אבץ לברוח מהבריכה המותכת. על פני הבריכה, איכות הריתוך מאוד לא יציבה.

ריתוך לייזר כפול יכול לפתור את בעיות איכות הריתוך הנגרמות על ידי אדי אבץ. שיטה אחת היא לשלוט בזמן הקיום וקצב הקירור של הבריכה המותכת על ידי התאמה סבירה של האנרגיה של שתי הקורות כדי להקל על בריחת אדי אבץ; השיטה השנייה היא שחרור אדי אבץ על ידי ניקוב או חריצים מראש. כפי שמוצג באיור 6-31, לייזר CO2 משמש לריתוך. לייזר YAG נמצא מול לייזר CO2 ומשמש לקדוח חורים או לחתוך חריצים. החורים או החריצים המעובדים מראש מספקים נתיב מילוט לאדי אבץ שנוצרו במהלך הריתוך הבא, ומונעים ממנו להישאר בבריכה המותכת וליצור פגמים.

3.2 ריתוך לייזר כפול מסגסוגת אלומיניום

בשל מאפייני הביצועים המיוחדים של חומרי סגסוגת אלומיניום, קיימים הקשיים הבאים בשימוש בריתוך בלייזר [39]: לסגסוגת אלומיניום יש קצב ספיגה נמוך של לייזר, והרפלקטיביות הראשונית של משטח קרן הלייזר CO2 עולה על 90%; קל לייצר תפרי ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום נקבוביות, סדקים; שריפת אלמנטים מסגסוגת במהלך ריתוך וכו'. כאשר משתמשים בריתוך לייזר יחיד, קשה לבסס את חור המנעול ולשמור על יציבות. ריתוך לייזר כפול יכול להגדיל את גודל חור המנעול, מה שמקשה על סגירת חור המנעול, דבר המועיל לפריקת גז. זה יכול גם להפחית את קצב הקירור ולהפחית את התרחשותם של נקבוביות וסדקי ריתוך. כיוון שתהליך הריתוך יציב יותר וכמות הנתזים מופחתת, צורת פני הריתוך המתקבלת בריתוך כפול של סגסוגות אלומיניום גם טובה משמעותית מזו של ריתוך בקרן אחת. איור 6-32 מציג את המראה של תפר הריתוך של ריתוך קת מסגסוגת אלומיניום בעובי 3 מ"מ באמצעות לייזר CO2 קרן יחיד וריתוך לייזר כפול קרן.

מחקרים מראים כי בעת ריתוך סגסוגת אלומיניום בסדרת 5000 בעובי 2 מ"מ, כאשר המרחק בין שתי הקורות הוא 0.6~1.0 מ"מ, תהליך הריתוך יציב יחסית ופתח חור המנעול הנוצר גדול יותר, מה שמסייע לאידוי ולבריחת מגנזיום במהלך תהליך הריתוך. אם המרחק בין שתי הקורות קטן מדי, תהליך הריתוך של קרן בודדת לא יהיה יציב. אם המרחק גדול מדי, חדירת הריתוך תושפע, כפי שמוצג באיור 6-33. בנוסף, גם ליחס האנרגיה של שתי הקורות יש השפעה רבה על איכות הריתוך. כאשר שתי הקורות עם מרווח של 0.9 מ"מ מסודרות בסדרה לריתוך, יש להגדיל את האנרגיה של הקורה הקודמת בצורה מתאימה כך שיחס האנרגיה של שתי הקורות לפני ואחרי יהיה גדול מ-1:1. זה מועיל לשפר את איכות תפר הריתוך, להגדיל את אזור ההיתוך, ועדיין להשיג תפר ריתוך חלק ויפה כאשר מהירות הריתוך גבוהה.

3.3 ריתוך קרן כפולה של לוחות בעובי לא שווה

בייצור תעשייתי, לעתים קרובות יש צורך לרתך שתי לוחות מתכת או יותר בעוביים ובצורות שונות ליצירת לוח שחבור. בייחוד בייצור רכב, היישום של חלקים מרותכים לפי תפירה הופך נפוץ יותר ויותר. על ידי ריתוך לוחות עם מפרטים שונים, ציפוי פני שטח או מאפיינים שונים, ניתן להגדיל את החוזק, להפחית חומרים מתכלים ולהפחית את האיכות. ריתוך לייזר של לוחות בעוביים שונים משמש בדרך כלל בריתוך פאנלים. בעיה עיקרית היא שהצלחות שיש לרתך חייבות להיות מוכנות עם קצוות ברמת דיוק גבוהה ולהבטיח הרכבה דיוק גבוהה. השימוש בריתוך כפול של צלחות בעובי לא שווה יכול להתאים לשינויים שונים במרווחי צלחות, חיבורי קת, עוביים יחסיים וחומרי צלחת. זה יכול לרתך צלחות עם סובלנות קצה ופערים גדולים יותר ולשפר את מהירות הריתוך ואיכות הריתוך.

ניתן לחלק את פרמטרי התהליך העיקריים של ריתוך לוחות בעובי לא שווה של Shuangguangdong לפרמטרים של ריתוך ופרמטרים של לוחות, כפי שמוצג באיור. פרמטרי ריתוך כוללים את העוצמה של שתי קרני הלייזר, מהירות ריתוך, מיקום מיקוד, זווית ראש הריתוך, זווית סיבוב האלומה של מפרק קת הקרן הכפולה והיסט ריתוך וכו'. פרמטרי הלוח כוללים גודל חומר, ביצועים, תנאי חיתוך, פערי לוח. וכו' ניתן לכוונן את העוצמה של שתי קרני הלייזר בנפרד לפי מטרות ריתוך שונות. מיקום המיקוד ממוקם בדרך כלל על פני הצלחת הדקה כדי להשיג תהליך ריתוך יציב ויעיל. זווית ראש הריתוך נבחרת בדרך כלל להיות סביב 6. אם העובי של שתי הלוחות גדול יחסית, ניתן להשתמש בזווית ראש ריתוך חיובית, כלומר, הלייזר מוטה לכיוון הצלחת הדקה, כפי שמוצג בתמונה; כאשר עובי הצלחת קטן יחסית, ניתן להשתמש בזווית ראש ריתוך שלילית. היסט הריתוך מוגדר כמרחק בין מיקוד הלייזר לקצה הצלחת העבה. על ידי התאמת היסט הריתוך, ניתן להפחית את כמות שקע הריתוך ולקבל חתך ריתוך טוב.

בעת ריתוך צלחות עם מרווחים גדולים, ניתן להגדיל את קוטר חימום הקורה האפקטיבי על ידי סיבוב זווית האלומה הכפולה כדי להשיג יכולות מילוי מרווחים טובות. רוחב החלק העליון של הריתוך נקבע לפי קוטר הקרן האפקטיבי של שתי קרני הלייזר, כלומר זווית הסיבוב של הקרן. ככל שזווית הסיבוב גדולה יותר, טווח החימום של הקורה הכפולה רחב יותר ורוחב החלק העליון של הריתוך גדול יותר. שתי קרני הלייזר ממלאות תפקידים שונים בתהליך הריתוך. אחד משמש בעיקר כדי לחדור את התפר, בעוד השני משמש בעיקר כדי להמיס את חומר הצלחת העבה כדי למלא את הרווח. כפי שמוצג באיור 6-35, תחת זווית סיבוב קרן חיובית (הקרן הקדמית פועלת על הצלחת העבה, הקורה האחורית פועלת על הריתוך), הקרן הקדמית נופלת על הצלחת העבה כדי לחמם ולהמיס את החומר, וכן הבא קרן הלייזר יוצרת חדירה. קרן הלייזר הראשונה בחזית יכולה להמיס רק חלקית את הצלחת העבה, אך היא תורמת רבות לתהליך הריתוך, מכיוון שהיא לא רק ממיסה את הצד של הצלחת העבה למילוי רווחים טוב יותר, אלא גם מצטרפת מראש לחומר המפרק כך ש הקורות הבאות קל יותר לרתך דרך חיבורים, מה שמאפשר ריתוך מהיר יותר. בריתוך כפול עם זווית סיבוב שלילית (הקורה הקדמית פועלת על הריתוך, והקורה האחורית פועלת על הצלחת העבה), לשתי הקורות יש השפעה הפוכה בדיוק. הקורה הראשונה ממיסה את המפרק, והקורה השנייה ממיסה את הצלחת העבה כדי למלא אותה. פַּעַר. במקרה זה, הקורה הקדמית נדרשת לרתך דרך הצלחת הקרה, ומהירות הריתוך איטית יותר מאשר שימוש בזווית סיבוב קרן חיובית. ובשל אפקט החימום המקדים של הקורה הקודמת, הקורה האחרונה תמיס יותר חומר צלחת עבה באותה העוצמה. במקרה זה, יש להפחית כראוי את העוצמה של קרן הלייזר האחרונה. לשם השוואה, שימוש בזווית סיבוב קרן חיובית יכול להגביר בצורה מתאימה את מהירות הריתוך, ושימוש בזווית סיבוב קרן שלילית יכול להשיג מילוי מרווח טוב יותר. איור 6-36 מציג את ההשפעה של זוויות סיבוב קרן שונות על חתך הריתוך.

3.4 ריתוך לייזר בקרן כפולה של לוחות עבים גדולים עם שיפור רמת הספק הלייזר ואיכות הקרן, ריתוך לייזר של לוחות עבים גדולים הפך למציאות. עם זאת, מכיוון שלייזרים בעלי הספק גבוה הם יקרים וריתוך של לוחות עבים גדולים דורש בדרך כלל מתכת מילוי, ישנן מגבלות מסוימות בייצור בפועל. השימוש בטכנולוגיית ריתוך לייזר כפולה יכול לא רק להגביר את עוצמת הלייזר, אלא גם להגדיל את קוטר החימום האפקטיבי של הקרן, להגדיל את היכולת להמיס חוט מילוי, לייצב את חור המנעול בלייזר, לשפר את יציבות הריתוך ולשפר את איכות הריתוך.