전통적인 용접 기술과 비교하여,레이저 용접용접 정확도, 효율성, 신뢰성, 자동화 및 기타 측면에서 비교할 수 없는 이점을 가지고 있습니다. 최근에는 자동차, 에너지, 전자 등 다양한 분야에서 급속한 발전을 이루며 21세기 가장 유망한 제조 기술 중 하나로 꼽히고 있습니다.
1. 더블빔 개요레이저 용접
더블빔레이저 용접광학적 방법을 사용하여 동일한 레이저를 두 개의 별도 광선으로 분리하여 용접하거나 CO2 레이저, Nd:YAG 레이저 및 고출력 반도체 레이저와 같은 두 가지 다른 유형의 레이저를 결합하는 것입니다. 모두 결합할 수 있습니다. 주로 레이저 용접의 조립 정확도에 대한 적응성을 해결하고 용접 공정의 안정성을 향상하며 용접 품질을 향상시키기 위해 제안되었습니다. 더블빔레이저 용접빔 에너지 비율, 빔 간격, 두 개의 레이저 빔의 에너지 분포 패턴을 변경하고 열쇠 구멍의 존재 패턴과 용융 풀의 액체 금속 흐름 패턴을 변경하여 용접 온도 필드를 편리하고 유연하게 조정할 수 있습니다. 용접 공정의 선택 폭이 넓어집니다. 규모가 크다는 장점뿐만 아니라레이저 용접침투력이 빠르고 속도가 빠르고 정밀도가 높으며, 기존의 용접이 어려운 재료나 접합부에도 적합합니다.레이저 용접.
더블빔의 경우레이저 용접, 먼저 이중빔 레이저의 구현 방법에 대해 논의합니다. 포괄적인 문헌에 따르면 이중 빔 용접을 달성하는 두 가지 주요 방법은 투과 포커싱과 반사 포커싱입니다. 구체적으로 하나는 초점 거울과 시준 거울을 통해 두 레이저의 각도와 간격을 조정함으로써 달성됩니다. 다른 하나는 레이저 소스를 사용한 다음 반사 거울, 투과 거울 및 쐐기형 거울을 통해 초점을 맞춰 이중 빔을 달성함으로써 달성됩니다. 첫 번째 방법은 크게 세 가지 형태가 있다. 첫 번째 형태는 광섬유를 통해 두 개의 레이저를 결합하고 동일한 시준 거울과 초점 거울 아래에서 두 개의 다른 빔으로 분할하는 것입니다. 두 번째는 두 개의 레이저가 각각의 용접 헤드를 통해 레이저 빔을 출력하는데, 용접 헤드의 공간적 위치를 조정하여 이중 빔이 형성되는 것입니다. 세 번째 방법은 레이저 빔이 먼저 두 개의 거울 1과 2를 통해 분할된 다음 각각 두 개의 초점 거울 3과 4에 의해 초점을 맞추는 것입니다. 두 초점 거울(3, 4)의 각도를 조정하여 두 초점 사이의 위치와 거리를 조정할 수 있습니다. 두 번째 방법은 고체 레이저를 사용하여 빛을 분할하여 이중 빔을 달성하고 각도와 각도를 조정하는 것입니다. 투시거울과 초점거울을 통한 간격. 아래 첫 번째 행의 마지막 두 그림은 CO2 레이저의 분광 시스템을 보여줍니다. 평면 거울을 쐐기형 거울로 교체하고 초점 거울 앞에 배치하여 빛을 분할하여 이중 빔 평행광을 구현합니다.
더블빔의 구현을 이해한 후, 용접원리와 방법을 간략하게 소개하겠습니다. 더블빔에서는레이저 용접프로세스에는 세 가지 일반적인 빔 배열, 즉 직렬 배열, 병렬 배열 및 하이브리드 배열이 있습니다. 천, 즉 용접 방향과 용접 수직 방향 모두에 거리가 있습니다. 그림의 마지막 행에 표시된 것처럼 직렬 용접 공정 중 서로 다른 지점 간격 아래에 나타나는 작은 구멍과 용융 풀의 다양한 모양에 따라 단일 용융물로 더 나눌 수 있습니다. 세 가지 상태가 있습니다: 풀, 공통 용융 풀, 분리된 용융 풀. 단일 용융 풀과 분리된 용융 풀의 특성은 단일 용융 풀의 특성과 유사합니다.레이저 용접, 수치 시뮬레이션 다이어그램에 표시된 것처럼. 유형에 따라 프로세스 효과가 다릅니다.
유형 1: 특정 지점 간격에서 두 개의 빔 열쇠 구멍이 동일한 용융 풀에서 공통의 큰 열쇠 구멍을 형성합니다. 유형 1의 경우 하나의 광선을 사용하여 작은 구멍을 만들고 다른 광선을 용접 열처리에 사용하여 고탄소강 및 합금강의 구조적 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다고 보고되었습니다.
유형 2: 동일한 용융 풀의 지점 간격을 늘리고 두 개의 빔을 두 개의 독립적인 열쇠 구멍으로 분리하고 용융 풀의 흐름 패턴을 변경합니다. 유형 2의 경우 해당 기능은 2개의 전자빔 용접과 동일하며 적절한 초점 거리에서 용접 스패터 및 불규칙 용접을 줄입니다.
유형 3: 스폿 간격을 더 늘리고 두 빔의 에너지 비율을 변경하여 두 빔 중 하나를 열원으로 사용하여 용접 공정 중 사전 용접 또는 용접 후 처리를 수행하고 다른 빔을 사용합니다. 작은 구멍을 생성하는 데 사용됩니다. 유형 3의 경우 두 개의 빔이 열쇠 구멍을 형성하고 작은 구멍이 쉽게 붕괴되지 않으며 용접이 기공을 생성하기 쉽지 않다는 사실이 연구에 의해 밝혀졌습니다.
2. 용접공정이 용접품질에 미치는 영향
용접 이음새 형성에 대한 직렬 빔-에너지 비율의 영향
레이저 출력 2kW, 용접 속도 45mm/s, 디포커스 양 0mm, 빔 간격 3mm일 때 RS(RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00)를 변경할 때 용접 표면 형상은 다음과 같습니다. 그림에 표시되어 있습니다. RS=0.50 및 2.00인 경우 용접 부위가 더 많이 찌그러지고 용접 가장자리에 규칙적인 물고기 비늘 패턴이 형성되지 않고 더 많은 스패터가 발생합니다. 이는 빔 에너지 비율이 너무 작거나 너무 크면 레이저 에너지가 너무 집중되어 용접 공정 중에 레이저 핀홀이 더 심각하게 진동하게 되고 증기의 반동 압력으로 인해 용융물이 분출 및 튀는 현상이 발생하기 때문입니다. 용융 풀의 금속 풀; 과도한 열 입력으로 인해 알루미늄 합금 측 용융 풀의 침투 깊이가 너무 커져 중력의 영향으로 함몰이 발생합니다. RS=0.67 및 1.50인 경우 용접 표면의 물고기 비늘 패턴이 균일하고 용접 형상이 더욱 아름다우며 용접 표면에 눈에 띄는 용접 열균열, 기공 및 기타 용접 결함이 없습니다. 서로 다른 빔 에너지 비율 RS를 갖는 용접의 단면 형상은 그림과 같습니다. 용접 단면은 전형적인 "와인잔 모양"으로 용접 공정이 레이저 심용입 용접 모드에서 수행됨을 나타냅니다. RS는 알루미늄 합금 측 용접의 침투 깊이 P2에 중요한 영향을 미칩니다. 빔 에너지 비율 RS=0.5일 때 P2는 1203.2미크론입니다. 빔 에너지 비율이 RS=0.67과 1.5일 때 P2는 각각 403.3미크론과 93.6미크론으로 크게 감소합니다. 빔 에너지 비율이 RS=2일 때 접합 단면의 용접 침투 깊이는 1151.6미크론입니다.
평행빔-에너지 비율이 용접 이음새 형성에 미치는 영향
레이저 출력 2.8kW, 용접 속도 33mm/s, 디포커스 양 0mm, 빔 간격 1mm일 때 빔 에너지 비율(RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5)을 변경하여 용접 표면을 얻습니다. , 2, 4) 외관은 그림과 같습니다. RS=2인 경우 용접 표면의 물고기 비늘 패턴은 상대적으로 불규칙합니다. 다른 5가지 다른 빔 에너지 비율로 얻은 용접 표면은 잘 형성되었으며 기공 및 스패터와 같은 눈에 띄는 결함이 없습니다. 따라서 직렬 이중빔에 비해레이저 용접, 평행 이중빔을 사용하여 용접면이 더욱 균일하고 아름답습니다. RS=0.25이면 용접부에 약간의 함몰이 있습니다. 빔 에너지 비율이 점차 증가함에 따라(RS=0.5, 0.67 및 1.5) 용접 표면이 균일하고 함몰이 형성되지 않습니다. 그러나 빔 에너지 비율이 더 증가하면(RS=1.50, 2.00) 용접 표면에 함몰이 있습니다. 빔 에너지 비율 RS=0.25, 1.5, 2일 때 용접부의 단면 모양은 "와인잔 모양"입니다. RS=0.50, 0.67 및 1일 때 용접의 단면 모양은 "깔때기 모양"입니다. RS=4인 경우 용접부 하부에 균열이 발생될 뿐만 아니라 용접부 중간 및 하부에도 일부 기공이 발생한다. RS=2인 경우 용접 내부에 큰 공정 기공이 나타나지만 균열은 나타나지 않습니다. RS=0.5, 0.67, 1.5인 경우, 알루미늄 합금측 용접의 용입깊이 P2가 작아지고 용접 단면이 양호하게 형성되어 눈에 띄는 용접 결함이 발생하지 않습니다. 이는 병렬 이중 빔 레이저 용접 중 빔 에너지 비율이 용접 침투 및 용접 결함에도 중요한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.
평행 빔 – 용접 이음새 형성에 대한 빔 간격의 영향
레이저 출력이 2.8kW이고 용접 속도가 33mm/s이고 디포커스 양이 0mm이고 빔 에너지 비율 RS=0.67인 경우 빔 간격(d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm)을 변경하여 다음을 얻습니다. 그림과 같이 용접 표면 형태가 표시됩니다. d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm일 때 용접 표면은 매끄럽고 평평하며 모양이 아름답습니다. 용접의 물고기 비늘 패턴은 규칙적이고 아름답으며 눈에 보이는 기공, 균열 및 기타 결함이 없습니다. 따라서 4가지 빔 간격 조건에서 용접 표면이 잘 형성됩니다. 또한, d=2mm일 때 두 개의 서로 다른 용접이 형성되는데, 이는 두 개의 평행한 레이저 빔이 더 이상 용융 풀에 작용하지 않고 효과적인 이중 빔 레이저 하이브리드 용접을 형성할 수 없음을 보여줍니다. 빔 간격이 0.5mm일 때 용접부는 "깔때기 모양"이고 알루미늄 합금 측 용접부의 침투 깊이 P2는 712.9미크론이며 용접부 내부에 균열, 기공 및 기타 결함이 없습니다. 빔 간격이 계속 증가함에 따라 알루미늄 합금 측 용접의 침투 깊이 P2가 크게 감소합니다. 빔 간격이 1mm일 때 알루미늄 합금 측 용접의 침투 깊이는 94.2미크론에 불과합니다. 빔 간격이 더 증가함에 따라 용접은 알루미늄 합금 측면에 효과적인 관통을 형성하지 않습니다. 따라서 빔 간격이 0.5mm일 때 이중 빔 재결합 효과가 가장 좋습니다. 빔 간격이 증가함에 따라 용접 입열량이 급격히 감소하고 2빔 레이저 재결합 효과가 점차 악화됩니다.
용접 형태의 차이는 용접 공정 중 용융 풀의 흐름 및 냉각 응고가 다르기 때문에 발생합니다. 수치 시뮬레이션 방법은 용융 풀의 응력 분석을 보다 직관적으로 만들 수 있을 뿐만 아니라 실험 비용도 절감할 수 있습니다. 아래 그림은 단일 빔, 다양한 배열 및 스폿 간격을 사용한 측면 용융 풀의 변화를 보여줍니다. 주요 결론은 다음과 같습니다. (1) 단일 빔 동안레이저 용접공정에서 용융 풀 구멍의 깊이가 가장 깊고 구멍 붕괴 현상이 있으며 구멍 벽이 불규칙하고 구멍 벽 근처의 유동장 분포가 고르지 않습니다. 용융 풀의 후면 근처에서 리플로우가 강하고 용융 풀 바닥에서 상향 리플로우가 있습니다. 표면 용융 풀의 유동장 분포는 상대적으로 균일하고 느리며 용융 풀의 폭은 깊이 방향을 따라 고르지 않습니다. 이중빔의 작은 구멍 사이의 용융 풀에 벽 반동 압력으로 인한 교란이 있습니다.레이저 용접, 항상 작은 구멍의 깊이 방향을 따라 존재합니다. 두 빔 사이의 거리가 계속 증가함에 따라 빔의 에너지 밀도는 단일 피크에서 이중 피크 상태로 점진적으로 전환됩니다. 두 피크 사이에는 최소값이 있으며 에너지 밀도는 점차 감소합니다. (2) 더블빔의 경우레이저 용접, 스폿 간격이 0-0.5mm이면 용융 풀 작은 구멍의 깊이가 약간 감소하고 전체 용융 풀 흐름 거동은 단일 빔의 흐름 거동과 유사합니다.레이저 용접; 스폿 간격이 1mm 이상이면 작은 구멍이 완전히 분리되고 용접 공정 중에 두 레이저 사이에 상호 작용이 거의 없습니다. 이는 1750W 출력의 두 개의 연속/두 개의 병렬 단일 빔 레이저 용접에 해당합니다. 예열 효과가 거의 없으며 용융 풀 흐름 거동은 단일 빔 레이저 용접과 유사합니다. (3) 스폿 간격이 0.5-1mm인 경우 두 배열에서 작은 구멍의 벽면이 더 평평해지고 작은 구멍의 깊이가 점차 감소하며 바닥이 점차 분리됩니다. 작은 구멍과 표면 용융 풀의 흐름 사이의 교란은 0.8mm입니다. 가장 강한. 직렬 용접의 경우 용융 풀의 길이가 점차 증가하고 스폿 간격이 0.8mm일 때 폭이 가장 크며 스폿 간격이 0.8mm일 때 예열 효과가 가장 분명합니다. 마랑고니 힘의 효과는 점차 약해지며, 녹은 웅덩이 양쪽으로 더 많은 금속 액체가 흐릅니다. 용융 폭 분포를 더욱 균일하게 만듭니다. 평행 용접의 경우 용융 풀의 폭이 점차 증가하고 길이는 최대 0.8mm이지만 예열 효과는 없습니다. 마랑고니 힘으로 인한 표면 근처의 리플로우는 항상 존재하며, 작은 구멍 바닥의 하향 리플로우는 점차 사라집니다. 단면 유동장은 시리즈가 강하고 교란이 용융 풀 양쪽의 흐름에 거의 영향을 미치지 않으며 용융 폭이 고르지 않게 분포됩니다.
게시 시간: 2023년 10월 12일
