La méthode de soudage à double faisceau est proposée, principalement pour résoudre l'adaptabilité desoudage au laserà la précision de l'assemblage, à améliorer la stabilité du processus de soudage et à améliorer la qualité de la soudure, en particulier pour le soudage de plaques minces et le soudage d'alliages d'aluminium. Le soudage laser à double faisceau peut utiliser des méthodes optiques pour séparer le même laser en deux faisceaux de lumière distincts pour le soudage. Il peut également utiliser deux types différents de lasers pour combiner : le laser CO2, le laser Nd:YAG et le laser à semi-conducteur haute puissance. peuvent être combinés. En modifiant l'énergie du faisceau, l'espacement des faisceaux et même le modèle de distribution d'énergie des deux faisceaux, le champ de température de soudage peut être ajusté de manière pratique et flexible, modifiant ainsi le modèle d'existence des trous et le modèle d'écoulement du métal liquide dans le bain en fusion. , offrant une meilleure solution pour le processus de soudage. Le vaste espace de choix est inégalé par le soudage laser à faisceau unique. Il présente non seulement les avantages d'une grande pénétration du soudage laser, d'une vitesse rapide et d'une haute précision, mais présente également une grande adaptabilité aux matériaux et aux joints difficiles à souder avec le soudage laser conventionnel.
Principe desoudage laser double faisceau
Le soudage à double faisceau signifie l’utilisation de deux faisceaux laser en même temps pendant le processus de soudage. La disposition des faisceaux, l'espacement des faisceaux, l'angle entre les deux faisceaux, la position de focalisation et le rapport énergétique des deux faisceaux sont tous des paramètres pertinents dans le soudage laser à double faisceau. paramètre. Normalement, lors du processus de soudage, il existe généralement deux manières de disposer les doubles poutres. Comme le montre la figure, l'un d'eux est disposé en série le long de la direction de soudage. Cet agencement peut réduire la vitesse de refroidissement du bain de fusion. Réduit la tendance à la trempabilité de la soudure et la génération de pores. L'autre consiste à les disposer côte à côte ou en croix des deux côtés de la soudure pour améliorer l'adaptabilité à l'espace de soudure.
Principe de soudage laser à double faisceau
Le soudage à double faisceau signifie l’utilisation de deux faisceaux laser en même temps pendant le processus de soudage. La disposition des faisceaux, l'espacement des faisceaux, l'angle entre les deux faisceaux, la position de focalisation et le rapport énergétique des deux faisceaux sont tous des paramètres pertinents dans le soudage laser à double faisceau. paramètre. Normalement, lors du processus de soudage, il existe généralement deux manières de disposer les doubles poutres. Comme le montre la figure, l'un d'eux est disposé en série le long de la direction de soudage. Cet agencement peut réduire la vitesse de refroidissement du bain de fusion. Réduit la tendance à la trempabilité de la soudure et la génération de pores. L'autre consiste à les disposer côte à côte ou en croix des deux côtés de la soudure pour améliorer l'adaptabilité à l'espace de soudure.
Pour un système de soudage laser à double faisceau disposé en tandem, il existe trois mécanismes de soudage différents en fonction de la distance entre les faisceaux avant et arrière, comme le montre la figure ci-dessous.
1. Dans le premier type de mécanisme de soudage, la distance entre les deux faisceaux lumineux est relativement grande. Un faisceau de lumière a une plus grande densité d'énergie et est focalisé sur la surface de la pièce pour produire des trous de serrure lors du soudage ; l'autre faisceau de lumière a une densité d'énergie plus petite. Utilisé uniquement comme source de chaleur pour le traitement thermique avant ou après soudage. Grâce à ce mécanisme de soudage, la vitesse de refroidissement du bain de soudage peut être contrôlée dans une certaine plage, ce qui est bénéfique pour le soudage de certains matériaux présentant une sensibilité élevée aux fissures, tels que l'acier à haute teneur en carbone, l'acier allié, etc., et peut également améliorer la ténacité. de la soudure.
2. Dans le deuxième type de mécanisme de soudage, la distance de focalisation entre les deux faisceaux lumineux est relativement petite. Les deux faisceaux de lumière produisent deux trous de serrure indépendants dans un bain de soudage, ce qui modifie le schéma d'écoulement du métal liquide et aide à prévenir le grippage. Il peut éliminer l'apparition de défauts tels que les bords et les renflements des cordons de soudure et améliorer la formation de la soudure.
3. Dans le troisième type de mécanisme de soudage, la distance entre les deux faisceaux lumineux est très petite. A ce moment, les deux faisceaux de lumière produisent le même trou de serrure dans le bain de soudure. Par rapport au soudage laser à faisceau unique, parce que la taille du trou de serrure devient plus grande et n'est pas facile à fermer, le processus de soudage est plus stable et le gaz est plus facile à évacuer, ce qui est bénéfique pour réduire les pores et les éclaboussures et obtenir un soudage continu, uniforme et belles soudures.
Pendant le processus de soudage, les deux faisceaux laser peuvent également être orientés selon un certain angle l'un par rapport à l'autre. Le mécanisme de soudage est similaire au mécanisme de soudage parallèle à double faisceau. Les résultats des tests montrent qu'en utilisant deux OO haute puissance avec un angle de 30° l'un par rapport à l'autre et une distance de 1 à 2 mm, le faisceau laser peut obtenir un trou de serrure en forme d'entonnoir. La taille du trou de serrure est plus grande et plus stable, ce qui peut améliorer efficacement la qualité du soudage. Dans les applications pratiques, la combinaison mutuelle des deux faisceaux de lumière peut être modifiée en fonction de différentes conditions de soudage pour réaliser différents processus de soudage.
6. Méthode de mise en œuvre du soudage laser double faisceau
L'acquisition de doubles faisceaux peut être obtenue en combinant deux faisceaux laser différents, ou bien un faisceau laser peut être divisé en deux faisceaux laser pour le soudage à l'aide d'un système de spectrométrie optique. Pour diviser un faisceau de lumière en deux faisceaux laser parallèles de puissances différentes, un spectroscope ou un système optique spécial peut être utilisé. L'image montre deux diagrammes schématiques des principes de division de la lumière utilisant des miroirs de focalisation comme séparateurs de faisceau.
De plus, un réflecteur peut également être utilisé comme séparateur de faisceau, et le dernier réflecteur du chemin optique peut être utilisé comme séparateur de faisceau. Ce type de réflecteur est également appelé réflecteur de type toit. Sa surface réfléchissante n'est pas une surface plane, mais est constituée de deux plans. La ligne d'intersection des deux surfaces réfléchissantes est située au milieu de la surface du miroir, semblable à un faîte de toit, comme le montre la figure. Un faisceau de lumière parallèle brille sur le spectroscope, est réfléchi par deux plans sous des angles différents pour former deux faisceaux de lumière et brille sur différentes positions du miroir de focalisation. Après focalisation, deux faisceaux de lumière sont obtenus à une certaine distance sur la surface de la pièce. En modifiant l'angle entre les deux surfaces réfléchissantes et la position du toit, des faisceaux lumineux divisés avec différentes distances de focalisation et dispositions peuvent être obtenus.
Lorsque vous utilisez deux types différents defaisceaux laser tPour former une double poutre, il existe de nombreuses combinaisons. Un laser CO2 de haute qualité avec une distribution d'énergie gaussienne peut être utilisé pour les travaux de soudage principaux, et un laser à semi-conducteur avec une distribution d'énergie rectangulaire peut être utilisé pour faciliter les travaux de traitement thermique. D'une part, cette combinaison est plus économique. En revanche, la puissance des deux faisceaux lumineux peut être réglée indépendamment. Pour différentes formes de joints, un champ de température réglable peut être obtenu en ajustant la position de chevauchement du laser et du laser à semi-conducteur, ce qui est très approprié pour le soudage. Contrôle des processus. De plus, le laser YAG et le laser CO2 peuvent également être combinés en un double faisceau pour le soudage, un laser continu et un laser pulsé peuvent être combinés pour le soudage, et un faisceau focalisé et un faisceau défocalisé peuvent également être combinés pour le soudage.
7. Principe du soudage laser double faisceau
3.1 Soudage laser double faisceau de tôles galvanisées
La tôle d'acier galvanisée est le matériau le plus couramment utilisé dans l'industrie automobile. Le point de fusion de l’acier est d’environ 1 500°C, tandis que le point d’ébullition du zinc n’est que de 906°C. Par conséquent, lors de l’utilisation de la méthode de soudage par fusion, une grande quantité de vapeur de zinc est généralement générée, ce qui rend le processus de soudage instable. , formant des pores dans la soudure. Pour les joints à recouvrement, la volatilisation de la couche galvanisée ne se produit pas seulement sur les surfaces supérieure et inférieure, mais également à la surface du joint. Pendant le processus de soudage, la vapeur de zinc s'éjecte rapidement de la surface du bain de fusion dans certaines zones, tandis que dans d'autres zones, il est difficile pour la vapeur de zinc de s'échapper du bain de fusion. A la surface de la piscine, la qualité du soudage est très instable.
Le soudage laser à double faisceau peut résoudre les problèmes de qualité de soudage causés par la vapeur de zinc. Une méthode consiste à contrôler la durée d'existence et la vitesse de refroidissement du bain fondu en faisant raisonnablement correspondre l'énergie des deux faisceaux pour faciliter l'échappement de la vapeur de zinc ; l'autre méthode consiste à libérer la vapeur de zinc par pré-poinçonnage ou rainurage. Comme le montre la figure 6-31, le laser CO2 est utilisé pour le soudage. Le laser YAG se trouve devant le laser CO2 et est utilisé pour percer des trous ou découper des rainures. Les trous ou rainures prétraités fournissent un chemin d'évacuation pour la vapeur de zinc générée lors du soudage ultérieur, l'empêchant de rester dans le bain de fusion et de former des défauts.
3.2 Soudage laser double faisceau d'alliage d'aluminium
En raison des caractéristiques de performance particulières des matériaux en alliage d'aluminium, l'utilisation du soudage au laser présente les difficultés suivantes : l'alliage d'aluminium a un faible taux d'absorption du laser et la réflectivité initiale de la surface du faisceau laser CO2 dépasse 90 % ; les cordons de soudure laser en alliage d'aluminium sont faciles à produire Porosité, fissures ; combustion d'éléments en alliage pendant le soudage, etc. Lors de l'utilisation d'un seul soudage laser, il est difficile d'établir le trou de serrure et de maintenir la stabilité. Le soudage laser à double faisceau peut augmenter la taille du trou de serrure, ce qui rend difficile la fermeture du trou de serrure, ce qui est bénéfique pour la décharge de gaz. Cela peut également réduire la vitesse de refroidissement et réduire l’apparition de pores et de fissures de soudage. Étant donné que le processus de soudage est plus stable et que la quantité de projections est réduite, la forme de la surface de soudure obtenue par le soudage à double poutre d'alliages d'aluminium est également nettement meilleure que celle du soudage à poutre unique. La figure 6-32 montre l'apparence du cordon de soudure d'un soudage bout à bout d'un alliage d'aluminium de 3 mm d'épaisseur à l'aide d'un laser CO2 à faisceau unique et d'un laser à double faisceau.
La recherche montre que lors du soudage d'un alliage d'aluminium de la série 5000 de 2 mm d'épaisseur, lorsque la distance entre les deux poutres est de 0,6 à 1,0 mm, le processus de soudage est relativement stable et l'ouverture du trou de serrure formée est plus grande, ce qui favorise l'évaporation et la fuite du magnésium pendant le processus de soudage. Si la distance entre les deux poutres est trop petite, le processus de soudage d’une seule poutre ne sera pas stable. Si la distance est trop grande, la pénétration du soudage sera affectée, comme le montre la Figure 6-33. De plus, le rapport énergétique des deux faisceaux a également un impact important sur la qualité du soudage. Lorsque les deux faisceaux espacés de 0,9 mm sont disposés en série pour le soudage, l'énergie du faisceau précédent doit être augmentée de manière appropriée afin que le rapport énergétique des deux faisceaux avant et après soit supérieur à 1 : 1. Il est utile d'améliorer la qualité du cordon de soudure, d'augmenter la zone de fusion tout en obtenant un cordon de soudure lisse et beau lorsque la vitesse de soudage est élevée.
3.3 Soudage double faisceau de tôles d'épaisseur inégale
Dans la production industrielle, il est souvent nécessaire de souder deux ou plusieurs plaques métalliques d'épaisseurs et de formes différentes pour former une plaque épissée. L'utilisation de flans soudés sur mesure est de plus en plus répandue, notamment dans la production automobile. En soudant des plaques avec des spécifications, des revêtements de surface ou des propriétés différents, la résistance peut être augmentée, les consommables réduits et la qualité réduite. Le soudage au laser de plaques de différentes épaisseurs est généralement utilisé dans le soudage de panneaux. Un problème majeur est que les plaques à souder doivent être préformées avec des bords de haute précision et assurer un assemblage de haute précision. L'utilisation du soudage à double poutre de plaques d'épaisseur inégale peut s'adapter à différents changements dans les espaces entre les plaques, les joints bout à bout, les épaisseurs relatives et les matériaux des plaques. Il peut souder des plaques avec des tolérances de bords et d'espacement plus grandes et améliorer la vitesse et la qualité du soudage.
Les principaux paramètres du processus de soudage de plaques d'épaisseur inégale par Shuangguangdong peuvent être divisés en paramètres de soudage et paramètres de plaque, comme le montre la figure. Les paramètres de soudage incluent la puissance des deux faisceaux laser, la vitesse de soudage, la position de mise au point, l'angle de la tête de soudage, l'angle de rotation du faisceau du joint bout à bout à double faisceau et le décalage de soudage, etc. Les paramètres de la carte incluent la taille du matériau, les performances, les conditions de coupe, les espaces entre les cartes. , etc. La puissance des deux faisceaux laser peut être ajustée séparément en fonction de différents objectifs de soudage. La position focale est généralement située sur la surface de la plaque mince pour obtenir un processus de soudage stable et efficace. L'angle de la tête de soudage est généralement choisi autour de 6. Si l'épaisseur des deux plaques est relativement grande, un angle de tête de soudage positif peut être utilisé, c'est-à-dire que le laser est incliné vers la plaque mince, comme indiqué sur l'image ; lorsque l'épaisseur de la plaque est relativement faible, un angle de tête de soudage négatif peut être utilisé. Le décalage de soudage est défini comme la distance entre le foyer laser et le bord de la plaque épaisse. En ajustant le décalage de soudage, la quantité de bosses de soudure peut être réduite et une bonne section transversale de soudure peut être obtenue.
Lors du soudage de plaques présentant de grands espaces, vous pouvez augmenter le diamètre effectif de chauffage du faisceau en faisant pivoter l'angle du double faisceau pour obtenir de bonnes capacités de remplissage des espaces. La largeur du sommet de la soudure est déterminée par le diamètre effectif du faisceau laser des deux faisceaux laser, c'est-à-dire l'angle de rotation du faisceau. Plus l'angle de rotation est grand, plus la plage de chauffage de la double poutre est large et plus la largeur de la partie supérieure de la soudure est grande. Les deux faisceaux laser jouent des rôles différents dans le processus de soudage. L’un est principalement utilisé pour pénétrer dans le joint, tandis que l’autre est principalement utilisé pour faire fondre le matériau de la plaque épaisse afin de combler l’espace. Comme le montre la figure 6-35, sous un angle de rotation du faisceau positif (le faisceau avant agit sur la plaque épaisse, le faisceau arrière agit sur la soudure), le faisceau avant tombe en incidence sur la plaque épaisse pour chauffer et faire fondre le matériau, et le suivant Le faisceau laser crée une pénétration. Le premier faisceau laser à l'avant ne peut faire fondre que partiellement la plaque épaisse, mais il contribue grandement au processus de soudage, car il fait non seulement fondre le côté de la plaque épaisse pour un meilleur remplissage des espaces, mais il pré-joint également le matériau du joint afin que les poutres suivantes Il est plus facile de souder à travers les joints, ce qui permet un soudage plus rapide. En soudage double poutre avec angle de rotation négatif (la poutre avant agit sur la soudure, et la poutre arrière agit sur la tôle épaisse), les deux poutres ont exactement l'effet inverse. La première poutre fait fondre le joint et la seconde fait fondre la plaque épaisse pour la remplir. écart. Dans ce cas, la poutre avant doit souder à travers la plaque froide et la vitesse de soudage est plus lente que l'utilisation d'un angle de rotation de poutre positif. Et en raison de l'effet de préchauffage du faisceau précédent, ce dernier fera fondre des plaques plus épaisses avec la même puissance. Dans ce cas, la puissance de ce dernier faisceau laser doit être réduite de manière appropriée. En comparaison, l'utilisation d'un angle de rotation du faisceau positif peut augmenter de manière appropriée la vitesse de soudage, et l'utilisation d'un angle de rotation du faisceau négatif peut permettre un meilleur remplissage des espaces. La figure 6-36 montre l'influence des différents angles de rotation du faisceau sur la section transversale de la soudure.
3.4 Soudage laser double faisceau de grandes plaques épaisses Avec l'amélioration du niveau de puissance laser et de la qualité du faisceau, le soudage laser de grandes plaques épaisses est devenu une réalité. Cependant, étant donné que les lasers haute puissance sont coûteux et que le soudage de grandes plaques épaisses nécessite généralement du métal d'apport, il existe certaines limites dans la production réelle. L'utilisation de la technologie de soudage laser à double faisceau peut non seulement augmenter la puissance du laser, mais également augmenter le diamètre de chauffage effectif du faisceau, augmenter la capacité de faire fondre le fil d'apport, stabiliser le trou de serrure du laser, améliorer la stabilité du soudage et améliorer la qualité du soudage.
Heure de publication : 29 avril 2024
