So với công nghệ hàn truyền thống,hàn lasercó lợi thế vô song về độ chính xác, hiệu quả, độ tin cậy, tự động hóa và các khía cạnh khác của hàn. Trong những năm gần đây, nó đã phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực ô tô, năng lượng, điện tử và các lĩnh vực khác và được coi là một trong những công nghệ sản xuất hứa hẹn nhất trong thế kỷ 21.
1. Tổng quan về dầm đôihàn laser
Chùm tia đôihàn laserlà sử dụng phương pháp quang học để tách cùng một tia laser thành hai chùm ánh sáng riêng biệt để hàn hoặc sử dụng hai loại laser khác nhau để kết hợp như laser CO2, laser Nd: YAG và laser bán dẫn công suất cao. Tất cả đều có thể được kết hợp. Nó được đề xuất chủ yếu để giải quyết khả năng thích ứng của hàn laser với độ chính xác của lắp ráp, cải thiện tính ổn định của quá trình hàn và cải thiện chất lượng của mối hàn. Chùm tia đôihàn lasercó thể điều chỉnh trường nhiệt độ hàn một cách thuận tiện và linh hoạt bằng cách thay đổi tỷ lệ năng lượng chùm tia, khoảng cách chùm tia và thậm chí cả kiểu phân bố năng lượng của hai chùm tia laser, thay đổi kiểu tồn tại của lỗ khóa và kiểu dòng chảy của kim loại lỏng trong bể nóng chảy. Cung cấp nhiều lựa chọn hơn về quy trình hàn. Nó không chỉ có ưu điểm về kích thước lớnhàn laserxuyên thấu, tốc độ nhanh và độ chính xác cao nhưng cũng phù hợp với các vật liệu và mối nối khó hàn bằng phương pháp thông thường.hàn laser.
Đối với dầm đôihàn laser, trước tiên chúng tôi thảo luận về các phương pháp thực hiện laser hai chùm tia. Tài liệu toàn diện cho thấy có hai cách chính để đạt được hàn hai chùm tia: lấy nét truyền và lấy nét phản xạ. Cụ thể, người ta đạt được điều đó bằng cách điều chỉnh góc và khoảng cách của hai tia laser thông qua gương hội tụ và gương chuẩn trực. Cách thứ hai đạt được bằng cách sử dụng nguồn laser và sau đó tập trung qua gương phản xạ, gương truyền qua và gương hình nêm để đạt được chùm tia kép. Đối với phương pháp đầu tiên, chủ yếu có ba hình thức. Hình thức đầu tiên là ghép hai tia laser qua sợi quang và tách chúng thành hai chùm tia khác nhau dưới cùng một gương chuẩn trực và gương hội tụ. Thứ hai là hai tia laser phát ra các chùm tia laser thông qua các đầu hàn tương ứng của chúng và một chùm tia kép được hình thành bằng cách điều chỉnh vị trí không gian của các đầu hàn. Phương pháp thứ ba là chùm tia laser trước tiên được tách qua hai gương 1 và 2, sau đó tập trung lần lượt vào hai gương hội tụ 3 và 4. Vị trí và khoảng cách giữa hai tiêu điểm có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh góc của hai gương lấy nét 3 và 4. Phương pháp thứ hai là sử dụng tia laser trạng thái rắn để phân tách ánh sáng để đạt được chùm tia kép, đồng thời điều chỉnh góc và khoảng cách qua gương phối cảnh và gương hội tụ. Hai hình ảnh cuối cùng ở hàng đầu tiên bên dưới thể hiện hệ thống quang phổ của laser CO2. Gương phẳng được thay thế bằng gương hình nêm và đặt trước gương hội tụ để phân chia ánh sáng nhằm đạt được chùm tia sáng song song kép.
Sau khi hiểu rõ cách thực hiện dầm đôi, chúng ta hãy giới thiệu ngắn gọn về nguyên lý và phương pháp hàn. Trong chùm tia đôihàn laserQuá trình này, có ba cách sắp xếp chùm tia phổ biến, đó là sắp xếp nối tiếp, sắp xếp song song và sắp xếp lai. vải, nghĩa là có một khoảng cách theo cả hướng hàn và hướng thẳng đứng hàn. Như thể hiện ở hàng cuối cùng của hình, theo hình dạng khác nhau của các lỗ nhỏ và bể nóng chảy xuất hiện dưới các khoảng cách điểm khác nhau trong quá trình hàn nối tiếp, chúng có thể được chia thành các lớp nóng chảy đơn. Có ba trạng thái: bể, bể nóng chảy chung và bể nóng chảy riêng biệt. Các đặc điểm của bể nóng chảy đơn và bể nóng chảy riêng biệt tương tự như bể nóng chảy đơnhàn laser, như thể hiện trong sơ đồ mô phỏng số. Có các hiệu ứng quá trình khác nhau cho các loại khác nhau.
Loại 1: Trong một khoảng cách điểm nhất định, hai lỗ khóa chùm tạo thành một lỗ khóa lớn chung trong cùng một bể nóng chảy; đối với loại 1, có thông tin cho rằng một chùm ánh sáng được sử dụng để tạo ra một lỗ nhỏ và chùm ánh sáng còn lại được sử dụng để xử lý nhiệt hàn, có thể cải thiện hiệu quả các đặc tính kết cấu của thép cacbon cao và thép hợp kim.
Loại 2: Tăng khoảng cách điểm trong cùng một bể nóng chảy, tách hai chùm tia thành hai lỗ khóa độc lập và thay đổi mô hình dòng chảy của bể nóng chảy; đối với loại 2, chức năng của nó tương đương với hàn hai chùm tia điện tử, Giảm vết hàn và mối hàn không đều ở tiêu cự thích hợp.
Loại 3: Tăng thêm khoảng cách điểm và thay đổi tỷ số năng lượng của hai chùm tia, sao cho một trong hai chùm tia được sử dụng làm nguồn nhiệt để thực hiện quá trình hàn trước hoặc sau hàn trong quá trình hàn, còn chùm tia còn lại được sử dụng để tạo ra các lỗ nhỏ. Đối với loại 3, nghiên cứu cho thấy hai dầm tạo thành lỗ khóa, lỗ nhỏ không dễ xẹp, mối hàn không dễ tạo lỗ rỗng.
2. Ảnh hưởng của quá trình hàn đến chất lượng mối hàn
Ảnh hưởng của tỷ lệ năng lượng chùm tia nối tiếp đến sự hình thành đường hàn
Khi công suất laser là 2kW, tốc độ hàn là 45 mm/s, độ lệch tiêu điểm là 0 mm, khoảng cách giữa các chùm tia là 3 mm thì hình dạng bề mặt mối hàn khi thay đổi RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) như sau: thể hiện trong hình. Khi RS = 0,50 và 2,00, mối hàn bị móp nhiều hơn, mép mối hàn có nhiều vết loang lổ hơn mà không tạo thành vảy cá thông thường. Điều này là do khi tỷ lệ năng lượng chùm tia quá nhỏ hoặc quá lớn, năng lượng laser quá tập trung, khiến lỗ kim laser dao động nghiêm trọng hơn trong quá trình hàn và áp suất giật lại của hơi nước gây ra hiện tượng nóng chảy phóng ra và bắn tung tóe. kim loại hồ bơi trong hồ nóng chảy; Lượng nhiệt đầu vào quá mức khiến độ sâu thâm nhập của bể nóng chảy trên mặt hợp kim nhôm quá lớn, gây ra hiện tượng lõm dưới tác dụng của trọng lực. Khi RS = 0,67 và 1,50, mẫu vảy cá trên bề mặt mối hàn đồng đều, hình dạng mối hàn đẹp hơn và không có vết nứt nóng, lỗ chân lông và các khuyết tật hàn khác trên bề mặt mối hàn. Hình dạng mặt cắt ngang của các mối hàn có tỷ số năng lượng chùm tia RS khác nhau được thể hiện trên hình. Mặt cắt ngang của các mối hàn có dạng “hình ly rượu” điển hình, cho thấy quá trình hàn được thực hiện ở chế độ hàn xuyên sâu bằng laser. RS có ảnh hưởng quan trọng đến độ sâu xuyên P2 của mối hàn trên mặt hợp kim nhôm. Khi tỷ lệ năng lượng chùm tia RS=0,5 thì P2 là 1203,2 micron. Khi tỷ lệ năng lượng chùm tia là RS=0,67 và 1,5, P2 giảm đáng kể, lần lượt là 403,3 micron và 93,6 micron. Khi tỷ lệ năng lượng chùm tia là RS=2, độ sâu xuyên mối hàn của mặt cắt ngang mối hàn là 1151,6 micron.
Ảnh hưởng của tỷ lệ năng lượng chùm tia song song đến sự hình thành đường hàn
Khi công suất laser là 2,8kW, tốc độ hàn là 33mm/s, độ mờ là 0mm và khoảng cách giữa các chùm tia là 1mm, bề mặt mối hàn thu được bằng cách thay đổi tỷ lệ năng lượng chùm tia (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5 , 2, 4) Hình dáng được thể hiện trong hình. Khi RS=2, vân cá trên bề mặt mối hàn tương đối không đều. Bề mặt của mối hàn thu được từ năm tỷ lệ năng lượng chùm tia khác nhau còn lại được hình thành tốt và không có khuyết tật rõ ràng như lỗ chân lông và vết loang. Do đó, so với chùm tia kép nối tiếphàn laser, bề mặt mối hàn sử dụng hai chùm tia song song đồng đều và đẹp hơn. Khi RS = 0,25, mối hàn có vết lõm nhẹ; khi tỷ lệ năng lượng chùm tia tăng dần (RS=0,5, 0,67 và 1,5), bề mặt của mối hàn đồng đều và không hình thành vết lõm; tuy nhiên, khi tỷ lệ năng lượng chùm tia tăng thêm (RS=1,50, 2,00), nhưng xuất hiện các vết lõm trên bề mặt mối hàn. Khi tỷ số năng lượng chùm tia RS=0,25, 1,5 và 2 thì hình dạng mặt cắt ngang của mối hàn là “hình ly rượu”; khi RS=0,50, 0,67 và 1 thì hình dạng mặt cắt ngang của mối hàn là “hình phễu”. Khi RS=4, không chỉ các vết nứt được tạo ra ở đáy mối hàn mà còn tạo ra một số lỗ rỗng ở phần giữa và phần dưới của mối hàn. Khi RS=2, các lỗ rỗ lớn xuất hiện bên trong mối hàn nhưng không xuất hiện vết nứt. Khi RS = 0,5, 0,67 và 1,5, độ sâu xuyên P2 của mối hàn trên mặt hợp kim nhôm nhỏ hơn và mặt cắt ngang của mối hàn được hình thành tốt và không hình thành các khuyết tật hàn rõ ràng. Điều này cho thấy tỷ lệ năng lượng chùm tia trong quá trình hàn laser hai chùm tia song song cũng có tác động quan trọng đến độ xuyên thấu của mối hàn và các khuyết tật hàn.
Chùm tia song song – ảnh hưởng của khoảng cách giữa các chùm tia đến sự hình thành đường hàn
Khi công suất laser là 2,8kW, tốc độ hàn là 33mm/s, độ lệch tiêu điểm là 0mm và tỷ lệ năng lượng chùm tia RS = 0,67, thay đổi khoảng cách chùm tia (d=0,5mm, 1mm, 1,5mm, 2 mm) để thu được hình thái bề mặt mối hàn như hình ảnh cho thấy. Khi d=0,5mm, 1mm, 1,5mm, 2 mm, bề mặt mối hàn mịn và phẳng, hình dáng đẹp; mẫu vảy cá của mối hàn đều đặn và đẹp, không có lỗ chân lông, vết nứt và các khuyết tật khác. Do đó, trong điều kiện khoảng cách bốn chùm tia, bề mặt mối hàn được hình thành tốt. Ngoài ra, khi d = 2 mm, hai mối hàn khác nhau được hình thành, điều này cho thấy hai chùm tia laser song song không còn tác dụng lên bể nóng chảy và không thể tạo thành phương pháp hàn lai laser hai chùm tia hiệu quả. Khi khoảng cách giữa các chùm tia là 0,5mm, mối hàn có dạng “hình phễu”, độ sâu xuyên thấu P2 của mối hàn trên mặt hợp kim nhôm là 712,9 micron và không có vết nứt, lỗ chân lông và các khuyết tật khác bên trong mối hàn. Khi khoảng cách giữa các chùm tia tiếp tục tăng, độ sâu xuyên P2 của mối hàn trên mặt hợp kim nhôm giảm đáng kể. Khi khoảng cách giữa các chùm tia là 1 mm thì độ sâu xuyên thấu của mối hàn trên mặt hợp kim nhôm chỉ là 94,2 micron. Khi khoảng cách giữa các chùm tia tăng thêm, mối hàn không hình thành sự xuyên thấu hiệu quả trên mặt hợp kim nhôm. Do đó, khi khoảng cách chùm tia là 0,5mm thì hiệu ứng tái hợp chùm tia kép là tốt nhất. Khi khoảng cách giữa các chùm tia tăng lên, nhiệt đầu vào hàn giảm mạnh và hiệu ứng tái hợp laser hai chùm tia dần trở nên tồi tệ hơn.
Sự khác biệt về hình thái mối hàn là do dòng chảy khác nhau và quá trình đông đặc làm nguội của bể nóng chảy trong quá trình hàn. Phương pháp mô phỏng số không chỉ có thể làm cho việc phân tích ứng suất của bể nóng chảy trở nên trực quan hơn mà còn giảm chi phí thử nghiệm. Hình ảnh dưới đây cho thấy những thay đổi trong bể tan chảy bên với một chùm tia đơn, các cách sắp xếp và khoảng cách điểm khác nhau. Các kết luận chính bao gồm: (1) Trong quá trình nghiên cứu chùm tia đơnhàn laserquá trình, độ sâu của lỗ bể nóng chảy là sâu nhất, có hiện tượng sập lỗ, thành lỗ không đều và phân bố trường dòng chảy gần thành lỗ không đồng đều; gần bề mặt phía sau của bể nóng chảy. Dòng chảy ngược rất mạnh và có dòng chảy ngược hướng lên ở đáy bể nóng chảy; sự phân bố trường dòng chảy của bể nóng chảy bề mặt tương đối đồng đều và chậm, và chiều rộng của bể nóng chảy không đồng đều dọc theo hướng sâu. Có sự xáo trộn do áp suất giật lại của tường trong bể nóng chảy giữa các lỗ nhỏ trong dầm đôihàn laser, và nó luôn tồn tại dọc theo chiều sâu của các lỗ nhỏ. Khi khoảng cách giữa hai chùm tia tiếp tục tăng, mật độ năng lượng của chùm tia chuyển dần từ trạng thái đỉnh đơn sang trạng thái đỉnh kép. Có một giá trị tối thiểu giữa hai đỉnh và mật độ năng lượng giảm dần. (2) Đối với dầm đôihàn laser, khi khoảng cách điểm là 0-0,5mm, độ sâu của các lỗ nhỏ của bể nóng chảy giảm nhẹ và hành vi dòng chảy tổng thể của bể nóng chảy tương tự như của chùm tia đơnhàn laser; khi khoảng cách điểm trên 1mm, các lỗ nhỏ tách biệt hoàn toàn và trong quá trình hàn hầu như không có sự tương tác giữa hai tia laser, tương đương với hai mối hàn laser chùm tia đơn liên tiếp/hai song song với công suất 1750W. Hầu như không có hiệu ứng làm nóng trước và đặc tính dòng chảy của bể nóng chảy tương tự như hàn laser chùm tia đơn. (3) Khi khoảng cách điểm là 0,5-1mm, bề mặt thành của các lỗ nhỏ phẳng hơn theo hai cách sắp xếp, độ sâu của các lỗ nhỏ giảm dần và đáy dần tách ra. Sự nhiễu loạn giữa các lỗ nhỏ và dòng chảy của bể nóng chảy bề mặt là 0,8mm. Mạnh nhất. Đối với hàn nối tiếp, chiều dài của bể nóng chảy tăng dần, chiều rộng lớn nhất khi khoảng cách điểm là 0,8mm và hiệu ứng làm nóng trước rõ ràng nhất khi khoảng cách điểm là 0,8mm. Tác dụng của lực Marangoni dần yếu đi và nhiều chất lỏng kim loại chảy sang hai bên của bể nóng chảy. Làm cho sự phân bố chiều rộng tan chảy đồng đều hơn. Đối với hàn song song, chiều rộng của bể nóng chảy tăng dần và chiều dài tối đa là 0,8mm, nhưng không có hiệu ứng làm nóng trước; dòng phản xạ gần bề mặt do lực Marangoni gây ra luôn tồn tại và dòng phản xạ đi xuống ở đáy lỗ nhỏ dần biến mất; trường dòng chảy cắt ngang không tốt bằng mạnh nối tiếp, sự nhiễu loạn hầu như không ảnh hưởng đến dòng chảy ở cả hai phía của bể nóng chảy và chiều rộng nóng chảy phân bố không đều.
Thời gian đăng: Oct-12-2023
