주로 적응성을 해결하기 위해 이중 빔 용접 방법이 제안됩니다.레이저 용접조립 정확도를 높이고, 용접 공정의 안정성을 향상시키며, 특히 박판 용접 및 알루미늄 합금 용접의 경우 용접 품질을 향상시킵니다. 이중 빔 레이저 용접은 광학적 방법을 사용하여 동일한 레이저를 용접을 위한 두 개의 개별 광선으로 분리할 수 있습니다. 또한 CO2 레이저, Nd:YAG 레이저, 고출력 반도체 레이저 등 두 가지 유형의 레이저를 결합하여 사용할 수도 있습니다. 결합될 수 있습니다. 빔 에너지, 빔 간격 및 두 빔의 에너지 분포 패턴을 변경함으로써 용접 온도 필드를 편리하고 유연하게 조정할 수 있으며 구멍의 존재 패턴과 용융 풀의 액체 금속 흐름 패턴을 변경할 수 있습니다. , 용접 공정에 대한 더 나은 솔루션을 제공합니다. 선택의 여지가 넓은 공간은 단일 빔 레이저 용접과 비교할 수 없습니다. 레이저 용접 관통력이 크고, 속도가 빠르고, 정밀도가 높은 장점이 있을 뿐만 아니라, 기존 레이저 용접으로 용접하기 어려운 재료와 접합부에 대한 적응성이 뛰어납니다.
더블빔 용접은 용접 공정 중에 두 개의 레이저 빔을 동시에 사용하는 것을 의미합니다. 빔 배열, 빔 간격, 두 빔 사이의 각도, 초점 위치 및 두 빔의 에너지 비율은 모두 이중 빔 레이저 용접과 관련된 설정입니다. 매개변수. 일반적으로 용접 과정에서 이중 빔을 배열하는 방법에는 일반적으로 두 가지가 있습니다. 그림과 같이 용접방향을 따라 직렬로 배열되어 있습니다. 이러한 배열은 용융 풀의 냉각 속도를 줄일 수 있습니다. 용접부의 경화 경향과 기공 생성을 줄입니다. 다른 하나는 용접 간격에 대한 적응성을 향상시키기 위해 용접 양쪽에 나란히 또는 십자형으로 배열하는 것입니다.
이중 빔 레이저 용접 원리
더블빔 용접은 용접 공정 중에 두 개의 레이저 빔을 동시에 사용하는 것을 의미합니다. 빔 배열, 빔 간격, 두 빔 사이의 각도, 초점 위치 및 두 빔의 에너지 비율은 모두 이중 빔 레이저 용접과 관련된 설정입니다. 매개변수. 일반적으로 용접 과정에서 이중 빔을 배열하는 방법에는 일반적으로 두 가지가 있습니다. 그림과 같이 용접방향을 따라 직렬로 배열되어 있습니다. 이러한 배열은 용융 풀의 냉각 속도를 줄일 수 있습니다. 용접부의 경화 경향과 기공 생성을 줄입니다. 다른 하나는 용접 간격에 대한 적응성을 향상시키기 위해 용접 양쪽에 나란히 또는 십자형으로 배열하는 것입니다.
탠덤 배열 듀얼 빔 레이저 용접 시스템의 경우 아래 그림과 같이 전면 빔과 후면 빔 사이의 거리에 따라 세 가지 용접 메커니즘이 있습니다.
1. 첫 번째 유형의 용접 메커니즘에서는 두 광선 사이의 거리가 상대적으로 큽니다. 하나의 광선은 더 큰 에너지 밀도를 가지며 작업물의 표면에 집중되어 용접 시 열쇠 구멍을 생성합니다. 다른 광선은 에너지 밀도가 더 작습니다. 용접 전 또는 용접 후 열처리를 위한 열원으로만 사용됩니다. 이 용접 메커니즘을 사용하면 용접 풀의 냉각 속도를 특정 범위 내에서 제어할 수 있습니다. 이는 고탄소강, 합금강 등과 같이 균열 민감도가 높은 일부 재료를 용접하는 데 유리하며 인성을 향상시킬 수도 있습니다. 용접의.
2. 두 번째 유형의 용접 메커니즘에서는 두 광선 사이의 초점 거리가 상대적으로 작습니다. 두 개의 광선은 용접 풀에 두 개의 독립적인 열쇠 구멍을 생성하여 액체 금속의 흐름 패턴을 변경하고 고착을 방지하는 데 도움이 됩니다. 모서리 및 용접 비드 돌출과 같은 결함 발생을 제거하고 용접 형성을 개선할 수 있습니다.
3. 세 번째 유형의 용접 메커니즘에서는 두 광선 사이의 거리가 매우 작습니다. 이때 두 개의 광선은 용접 풀에 동일한 열쇠 구멍을 생성합니다. 단일 빔 레이저 용접에 비해 열쇠 구멍 크기가 커지고 닫히기가 쉽지 않기 때문에 용접 공정이 더 안정적이고 가스 배출이 더 쉬워 기공과 스패터를 줄이고 연속적이고 균일하며 균일한 용접을 얻는 데 유리합니다. 아름다운 용접.
용접 공정 중에 두 개의 레이저 빔이 서로 특정 각도로 만들어질 수도 있습니다. 용접 메커니즘은 평행 이중 빔 용접 메커니즘과 유사합니다. 테스트 결과, 서로 30°의 각도와 1~2mm의 거리를 갖는 두 개의 고출력 OO를 사용하면 레이저 빔이 깔때기 모양의 열쇠 구멍을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다. 열쇠 구멍 크기가 더 크고 안정적이므로 용접 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 실제 적용에서는 서로 다른 용접 조건에 따라 두 광선의 상호 조합을 변경하여 서로 다른 용접 공정을 달성할 수 있습니다.
6. 더블빔 레이저 용접의 실시방법
두 개의 다른 레이저 빔을 결합하여 이중 빔을 획득하거나 광학 분광계 시스템을 사용하여 용접을 위해 하나의 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 나눌 수 있습니다. 광선을 서로 다른 출력의 두 개의 평행 레이저 광선으로 분할하려면 분광기 또는 일부 특수 광학 시스템을 사용할 수 있습니다. 그림은 초점 거울을 빔 분할기로 사용하는 광 분할 원리의 두 가지 개략도를 보여줍니다.
또한, 반사경을 빔 분할기로 사용할 수도 있으며, 광 경로의 마지막 반사기를 빔 분할기로 사용할 수도 있습니다. 이러한 유형의 반사경을 지붕형 반사경이라고도 합니다. 반사 표면은 평평한 표면이 아니라 두 개의 평면으로 구성됩니다. 두 반사면의 교차선은 그림과 같이 지붕 용마루와 유사하게 거울면 중앙에 위치합니다. 평행광의 광선은 분광기에 비추고, 서로 다른 각도의 두 평면에 의해 반사되어 두 개의 광선을 형성하며, 초점 거울의 서로 다른 위치에 비춥니다. 초점을 맞춘 후 공작물 표면의 특정 거리에서 두 개의 광선이 얻어집니다. 두 개의 반사면 사이의 각도와 지붕의 위치를 변경하면 초점 거리와 배열이 다른 분할 광선을 얻을 수 있습니다.
서로 다른 두 가지 유형을 사용할 때레이저 빔 to 이중 빔을 형성하면 다양한 조합이 가능합니다. 가우스 에너지 분포를 갖는 고품질 CO2 레이저는 주요 용접 작업에 사용될 수 있으며 직사각형 에너지 분포를 갖는 반도체 레이저는 열처리 작업을 보조하는 데 사용될 수 있습니다. 한편으로는 이 조합이 더 경제적입니다. 반면에 두 광선의 출력은 독립적으로 조정될 수 있습니다. 다양한 접합 형태의 경우 레이저와 반도체 레이저의 중첩 위치를 조정하여 조정 가능한 온도 필드를 얻을 수 있으며 이는 용접에 매우 적합합니다. 프로세스 제어. 또한 YAG 레이저와 CO2 레이저를 이중 빔으로 결합하여 용접할 수도 있고, 연속 레이저와 펄스 레이저를 결합하여 용접할 수도 있으며, 집속 빔과 디포커싱 빔을 결합하여 용접할 수도 있습니다.
7. 더블빔 레이저 용접의 원리
3.1 아연 도금 시트의 이중 빔 레이저 용접
아연 도금 강판은 자동차 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다. 강철의 녹는점은 약 1500°C인 반면, 아연의 끓는점은 906°C에 불과합니다. 따라서 용융용접법을 사용하는 경우에는 일반적으로 다량의 아연증기가 발생하여 용접공정이 불안정해지는 원인이 된다. , 용접부에 기공을 형성합니다. 겹침 접합의 경우 아연 도금층의 휘발은 상하 표면뿐만 아니라 접합 표면에서도 발생합니다. 용접 공정 중 일부 영역에서는 아연 증기가 용융 풀 표면 밖으로 빠르게 배출되는 반면, 다른 영역에서는 아연 증기가 용융 풀에서 빠져나가기가 어렵습니다. 수영장 표면의 용접 품질은 매우 불안정합니다.
더블빔 레이저 용접은 아연 증기로 인한 용접 품질 문제를 해결할 수 있습니다. 한 가지 방법은 아연 증기의 탈출을 촉진하기 위해 두 빔의 에너지를 합리적으로 일치시켜 용융 풀의 존재 시간과 냉각 속도를 제어하는 것입니다. 다른 방법은 사전 펀칭이나 홈 가공을 통해 아연 증기를 방출하는 것입니다. 그림 6-31과 같이 용접에는 CO2 레이저가 사용됩니다. YAG 레이저는 CO2 레이저 앞에 위치하며 구멍을 뚫거나 홈을 자르는 데 사용됩니다. 전처리된 구멍이나 홈은 후속 용접 중에 발생하는 아연 증기의 탈출 경로를 제공하여 용융 풀에 남아 결함이 발생하는 것을 방지합니다.
3.2 알루미늄 합금의 더블빔 레이저 용접
알루미늄 합금 재료의 특수한 성능 특성으로 인해 레이저 용접을 사용할 때 다음과 같은 어려움이 있습니다[39]. 알루미늄 합금은 레이저 흡수율이 낮고 CO2 레이저 빔 표면의 초기 반사율이 90%를 초과합니다. 알루미늄 합금 레이저 용접 이음매는 다공성, 균열이 발생하기 쉽습니다. 용접 중 합금 원소의 연소 등 단일 레이저 용접을 사용할 경우 키홀 설정 및 안정성 유지가 어렵습니다. 더블빔 레이저 용접은 열쇠 구멍의 크기를 늘려 열쇠 구멍이 닫히기 어려워 가스 배출에 유리합니다. 또한 냉각 속도를 감소시키고 기공 및 용접 균열의 발생을 줄일 수 있습니다. 용접 공정이 더 안정적이고 스패터 양이 감소하기 때문에 알루미늄 합금의 더블 빔 용접으로 얻은 용접 표면 형상도 싱글 빔 용접보다 훨씬 좋습니다. 그림 6-32는 CO2 싱글빔 레이저와 더블빔 레이저 용접을 이용한 3mm 두께의 알루미늄 합금 맞대기 용접의 용접 이음새의 모습을 보여줍니다.
연구에 따르면 2mm 두께의 5000 시리즈 알루미늄 합금을 용접할 때 두 빔 사이의 거리가 0.6~1.0mm일 때 용접 공정이 상대적으로 안정적이고 형성된 열쇠 구멍이 더 커서 용접 중 마그네슘의 증발 및 탈출에 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 용접 과정. 두 빔 사이의 거리가 너무 작으면 단일 빔의 용접 공정이 안정적이지 않습니다. 거리가 너무 크면 그림 6-33과 같이 용접 관통이 영향을 받습니다. 또한 두 빔의 에너지 비율도 용접 품질에 큰 영향을 미칩니다. 용접을 위해 0.9mm 간격의 두 개의 빔을 직렬로 배치할 때 이전 빔의 에너지를 적절하게 증가시켜 전후의 두 빔의 에너지 비율이 1:1 이상이 되도록 해야 합니다. 용접 속도가 높을 때 용접 이음새의 품질을 향상시키고 용융 면적을 늘리며 부드럽고 아름다운 용접 이음새를 얻는 데 도움이 됩니다.
3.3 두께가 다른 판의 이중빔 용접
산업 생산에서는 접합판을 형성하기 위해 두께와 모양이 다른 두 개 이상의 금속판을 용접해야 하는 경우가 많습니다. 특히 자동차 생산에서는 맞춤형 용접 블랭크의 적용이 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 사양, 표면 코팅 또는 특성이 다른 판을 용접하면 강도는 증가하고 소모품은 감소하며 품질이 저하될 수 있습니다. 다양한 두께의 판을 레이저 용접하는 것은 일반적으로 패널 용접에 사용됩니다. 가장 큰 문제는 용접할 플레이트가 고정밀 모서리로 사전 성형되어야 하고 고정밀 조립이 보장되어야 한다는 것입니다. 두께가 다른 판의 이중 빔 용접을 사용하면 판 간격, 맞대기 이음, 상대 두께 및 판 재료의 다양한 변화에 적응할 수 있습니다. 가장자리 및 간격 공차가 더 큰 플레이트를 용접할 수 있으며 용접 속도와 용접 품질을 향상시킬 수 있습니다.
Shuangguangdong의 두께가 다른 판 용접의 주요 공정 매개 변수는 그림과 같이 용접 매개 변수와 판 매개 변수로 나눌 수 있습니다. 용접 매개변수에는 두 레이저 빔의 출력, 용접 속도, 초점 위치, 용접 헤드 각도, 이중 빔 버트 조인트의 빔 회전 각도 및 용접 오프셋 등이 포함됩니다. 보드 매개변수에는 재료 크기, 성능, 트리밍 조건, 보드 간격이 포함됩니다. 등. 두 개의 레이저 빔의 출력은 서로 다른 용접 목적에 따라 개별적으로 조정될 수 있습니다. 안정적이고 효율적인 용접 공정을 달성하기 위해 일반적으로 초점 위치는 박판 표면에 위치합니다. 용접 헤드 각도는 일반적으로 약 6°로 선택됩니다. 두 판의 두께가 상대적으로 큰 경우 포지티브 용접 헤드 각도를 사용할 수 있습니다. 즉, 그림과 같이 레이저가 얇은 판쪽으로 기울어집니다. 판 두께가 상대적으로 작을 때 네거티브 용접 헤드 각도를 사용할 수 있습니다. 용접 오프셋은 레이저 초점과 두꺼운 판 가장자리 사이의 거리로 정의됩니다. 용접 오프셋을 조정하면 용접 덴트 양을 줄이고 좋은 용접 단면을 얻을 수 있습니다.
간격이 큰 판을 용접할 때 이중 빔 각도를 회전시켜 효과적인 간격 채우기 기능을 얻으면 효과적인 빔 가열 직경을 늘릴 수 있습니다. 용접 상단의 폭은 두 레이저 빔의 유효 빔 직경, 즉 빔의 회전 각도에 따라 결정됩니다. 회전 각도가 클수록 더블 빔의 가열 범위가 넓어지고 용접 상부의 폭이 넓어집니다. 두 개의 레이저 빔은 용접 공정에서 서로 다른 역할을 합니다. 하나는 주로 솔기를 관통하는 데 사용되는 반면, 다른 하나는 주로 두꺼운 판재를 녹여 틈을 채우는 데 사용됩니다. 그림 6-35에 도시된 바와 같이 양의 빔 회전 각도(앞쪽 빔은 두꺼운 판에 작용하고 뒤쪽 빔은 용접부에 작용함)에서 앞쪽 빔이 두꺼운 판에 입사하여 재료를 가열하여 녹이고, 다음은 레이저 빔이 침투를 생성합니다. 전면의 첫 번째 레이저 빔은 두꺼운 판을 부분적으로만 녹일 수 있으나, 두꺼운 판의 측면을 녹여 틈 메움을 좋게 할 뿐만 아니라 접합재를 미리 접합시켜 용접 공정에 크게 기여합니다. 다음 빔 조인트를 통해 용접하기가 더 쉽기 때문에 더 빠른 용접이 가능합니다. 음의 회전 각도를 갖는 이중 빔 용접(전면 빔은 용접부에 작용하고 후방 빔은 두꺼운 판에 작용함)에서 두 빔은 정반대의 효과를 갖습니다. 전자의 빔은 접합부를 녹이고, 후자의 빔은 두꺼운 판을 녹여 채워 넣는다. 갭. 이 경우 전면 빔은 냉각판을 통해 용접해야 하며 양의 빔 회전 각도를 사용하는 것보다 용접 속도가 느립니다. 그리고 이전 빔의 예열 효과로 인해 후자의 빔은 동일한 출력으로 더 두꺼운 판재를 녹일 것입니다. 이 경우 후자의 레이저 빔의 출력을 적절하게 줄여야 합니다. 이에 비해 양의 빔 회전 각도를 사용하면 용접 속도를 적절하게 높일 수 있고 음의 빔 회전 각도를 사용하면 더 나은 간격 채우기를 얻을 수 있습니다. 그림 6-36은 용접 단면에 대한 다양한 빔 회전 각도의 영향을 보여줍니다.
3.4 대형 후판의 더블빔 레이저 용접 레이저 출력 수준과 빔 품질의 향상으로 대형 후판의 레이저 용접이 현실화되었습니다. 그러나 고출력 레이저는 가격이 비싸고 크고 두꺼운 판을 용접하는 경우 일반적으로 용가재가 필요하기 때문에 실제 생산에는 일정한 한계가 있습니다. 듀얼 빔 레이저 용접 기술을 사용하면 레이저 출력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 유효 빔 가열 직경을 늘리고, 필러 와이어를 녹이는 능력을 높이고, 레이저 키홀을 안정화하고, 용접 안정성을 개선하고, 용접 품질을 향상시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 4월 29일
