موضوع خاص عن تكنولوجيا اللحام بالليزر الحديثة – اللحام بالليزر ذو الشعاع المزدوج

تم اقتراح طريقة اللحام المزدوج الشعاع، بشكل أساسي لحل القدرة على التكيفاللحام بالليزرلدقة التجميع، وتحسين استقرار عملية اللحام، وتحسين جودة اللحام، خاصة بالنسبة لحام الصفائح الرقيقة ولحام سبائك الألومنيوم.يمكن أن يستخدم اللحام بالليزر مزدوج الشعاع الطرق البصرية لفصل نفس الليزر إلى شعاعين منفصلين من الضوء للحام.ويمكنه أيضًا استخدام نوعين مختلفين من الليزر للجمع، ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر Nd:YAG، وليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة.يمكن دمجها.من خلال تغيير طاقة الشعاع، وتباعد الشعاع، وحتى نمط توزيع الطاقة للعارضتين، يمكن تعديل مجال درجة حرارة اللحام بسهولة ومرونة، مما يؤدي إلى تغيير نمط وجود الثقوب ونمط تدفق المعدن السائل في البركة المنصهرة مما يوفر حلاً أفضل لعملية اللحام.المساحة الواسعة للاختيار لا مثيل لها من خلال اللحام بالليزر أحادي الشعاع.إنه لا يتمتع بمزايا اختراق اللحام بالليزر الكبير والسرعة العالية والدقة العالية فحسب، بل يتمتع أيضًا بقدرة كبيرة على التكيف مع المواد والمفاصل التي يصعب لحامها باستخدام اللحام بالليزر التقليدي.

الأساسي فيلحام ليزر مزدوج الشعاع

اللحام المزدوج الشعاع يعني استخدام شعاعي ليزر في نفس الوقت أثناء عملية اللحام.إن ترتيب الشعاع، وتباعد الشعاع، والزاوية بين الحزمتين، وموضع التركيز ونسبة الطاقة للحزمتين كلها إعدادات ذات صلة في اللحام بالليزر مزدوج الشعاع.معامل.عادة، أثناء عملية اللحام، هناك طريقتان لترتيب العوارض المزدوجة.كما هو موضح في الشكل، يتم ترتيب أحدهما في سلسلة على طول اتجاه اللحام.هذا الترتيب يمكن أن يقلل من معدل تبريد البركة المنصهرة.يقلل من قابلية اللحام للتصلب وتوليد المسام.والآخر هو ترتيبها جنبًا إلى جنب أو بالعرض على جانبي اللحام لتحسين القدرة على التكيف مع فجوة اللحام.

مبدأ اللحام بالليزر ذو الشعاع المزدوج

اللحام المزدوج الشعاع يعني استخدام شعاعي ليزر في نفس الوقت أثناء عملية اللحام.إن ترتيب الشعاع، وتباعد الشعاع، والزاوية بين الحزمتين، وموضع التركيز ونسبة الطاقة للحزمتين كلها إعدادات ذات صلة في اللحام بالليزر مزدوج الشعاع.معامل.عادة، أثناء عملية اللحام، هناك طريقتان لترتيب العوارض المزدوجة.كما هو موضح في الشكل، يتم ترتيب أحدهما في سلسلة على طول اتجاه اللحام.هذا الترتيب يمكن أن يقلل من معدل تبريد البركة المنصهرة.يقلل من قابلية اللحام للتصلب وتوليد المسام.والآخر هو ترتيبها جنبًا إلى جنب أو بالعرض على جانبي اللحام لتحسين القدرة على التكيف مع فجوة اللحام.

بالنسبة لنظام اللحام بالليزر مزدوج الشعاع المرتب، هناك ثلاث آليات لحام مختلفة اعتمادًا على المسافة بين الحزم الأمامية والخلفية، كما هو موضح في الشكل أدناه.

1. في النوع الأول من آلية اللحام تكون المسافة بين شعاعي الضوء كبيرة نسبياً.يتمتع شعاع واحد من الضوء بكثافة طاقة أكبر ويتم تركيزه على سطح قطعة العمل لإنتاج ثقوب في اللحام؛أما شعاع الضوء الآخر فله كثافة طاقة أقل.يستخدم فقط كمصدر للحرارة للمعالجة الحرارية قبل اللحام أو بعد اللحام.باستخدام آلية اللحام هذه، يمكن التحكم في معدل تبريد حوض اللحام ضمن نطاق معين، وهو أمر مفيد لحام بعض المواد ذات الحساسية العالية للتشقق، مثل الفولاذ عالي الكربون، وسبائك الفولاذ، وما إلى ذلك، ويمكنه أيضًا تحسين المتانة من اللحام.

2. في النوع الثاني من آلية اللحام، تكون مسافة التركيز بين شعاعي الضوء صغيرة نسبياً.يُنتج شعاعا الضوء فتحتين رئيسيتين مستقلتين في حوض اللحام، مما يغير نمط تدفق المعدن السائل ويساعد على منع التشنج.يمكنه القضاء على حدوث عيوب مثل الحواف وانتفاخات حبة اللحام وتحسين تشكيل اللحام.

3. في النوع الثالث من آلية اللحام تكون المسافة بين شعاعي الضوء صغيرة جداً.في هذا الوقت، ينتج شعاعا الضوء نفس ثقب المفتاح في حوض اللحام.بالمقارنة مع اللحام بالليزر أحادي الشعاع، نظرًا لأن حجم ثقب المفتاح يصبح أكبر وليس من السهل إغلاقه، فإن عملية اللحام أكثر استقرارًا ويكون تفريغ الغاز أسهل، وهو أمر مفيد في تقليل المسام والترشيش، والحصول على استمرارية وموحدة و اللحامات الجميلة.

أثناء عملية اللحام، يمكن أيضًا عمل شعاعي الليزر بزاوية معينة لبعضهما البعض.تشبه آلية اللحام آلية اللحام ذات العارضة المزدوجة المتوازية.تظهر نتائج الاختبار أنه باستخدام اثنين من OOs عاليي الطاقة بزاوية 30 درجة لبعضهما البعض ومسافة 1 ~ 2 مم، يمكن لشعاع الليزر الحصول على ثقب مفتاح على شكل قمع.حجم فتحة المفتاح أكبر وأكثر استقرارًا، مما يمكنه تحسين جودة اللحام بشكل فعال.في التطبيقات العملية، يمكن تغيير الجمع المتبادل بين شعاعي الضوء وفقًا لظروف اللحام المختلفة لتحقيق عمليات لحام مختلفة.

6. طريقة تنفيذ اللحام بالليزر المزدوج الشعاع

ويمكن الحصول على حزم مزدوجة من خلال الجمع بين شعاعي ليزر مختلفين، أو يمكن تقسيم شعاع الليزر الواحد إلى شعاعي ليزر للحام باستخدام نظام قياس الطيف الضوئي.لتقسيم شعاع الضوء إلى شعاعي ليزر متوازيين لهما قوى مختلفة، يمكن استخدام مطياف أو نظام بصري خاص.تُظهر الصورة رسمين تخطيطيين لمبادئ تقسيم الضوء باستخدام مرايا التركيز كمقسمات للأشعة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام العاكس كمقسم شعاع، ويمكن استخدام العاكس الأخير في المسار البصري كمقسم شعاع.يُسمى هذا النوع من العاكسات أيضًا بعاكس من نوع السقف.سطحه العاكس ليس سطحًا مستوًا، ولكنه يتكون من طائرتين.يقع خط تقاطع السطحين العاكسين في منتصف سطح المرآة، على غرار حافة السقف، كما هو موضح في الشكل.يضيء شعاع من الضوء المتوازي على المطياف، وينعكس بمستويين بزوايا مختلفة ليشكل شعاعين من الضوء، ويضيء على مواضع مختلفة من مرآة التركيز.بعد التركيز، يتم الحصول على شعاعين من الضوء على مسافة معينة على سطح قطعة العمل.ومن خلال تغيير الزاوية بين السطحين العاكسين وموضع السقف، يمكن الحصول على أشعة ضوئية مقسمة بمسافات تركيز وترتيبات مختلفة.

عند استخدام نوعين مختلفين منأشعة الليزر تo تشكيل شعاع مزدوج، هناك العديد من المجموعات.يمكن استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون عالي الجودة مع توزيع طاقة غاوسي في أعمال اللحام الرئيسية، ويمكن استخدام ليزر أشباه الموصلات مع توزيع طاقة مستطيل للمساعدة في أعمال المعالجة الحرارية.من ناحية، هذا المزيج هو أكثر اقتصادا.من ناحية أخرى، يمكن تعديل قوة شعاعي الضوء بشكل مستقل.بالنسبة لأشكال الوصلات المختلفة، يمكن الحصول على مجال درجة حرارة قابل للتعديل عن طريق ضبط موضع التداخل لليزر وليزر أشباه الموصلات، وهو مناسب جدًا للحام.تحكم العملية.بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا دمج ليزر YAG وليزر ثاني أكسيد الكربون في شعاع مزدوج للحام، ويمكن الجمع بين الليزر المستمر والليزر النبضي للحام، ويمكن أيضًا الجمع بين الشعاع المركز والشعاع غير المركز للحام.

7. مبدأ اللحام بالليزر مزدوج الشعاع

3.1 اللحام بالليزر مزدوج الشعاع للألواح المجلفنة

تعتبر صفائح الفولاذ المجلفنة هي المادة الأكثر استخدامًا في صناعة السيارات.تبلغ درجة انصهار الفولاذ حوالي 1500 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة غليان الزنك 906 درجة مئوية فقط.لذلك، عند استخدام طريقة اللحام بالصهر، عادة ما يتم توليد كمية كبيرة من بخار الزنك، مما يتسبب في عدم استقرار عملية اللحام.تشكيل المسام في اللحام.بالنسبة للمفاصل الحضنية، لا يحدث تطاير الطبقة المجلفنة على الأسطح العلوية والسفلية فحسب، بل يحدث أيضًا على سطح المفصل.أثناء عملية اللحام، يخرج بخار الزنك بسرعة من سطح البركة المنصهرة في بعض المناطق، بينما في مناطق أخرى يصعب على بخار الزنك الهروب من البركة المنصهرة.على سطح حوض السباحة، جودة اللحام غير مستقرة للغاية.

يمكن أن يحل اللحام بالليزر ذو الشعاع المزدوج مشاكل جودة اللحام الناتجة عن بخار الزنك.تتمثل إحدى الطرق في التحكم في وقت الوجود ومعدل التبريد للمسبح المنصهر من خلال مطابقة طاقة الحزمتين بشكل معقول لتسهيل خروج بخار الزنك؛الطريقة الأخرى هي إطلاق بخار الزنك عن طريق التثقيب المسبق أو الحز.كما هو مبين في الشكل 6-31، يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون في اللحام.يوجد ليزر YAG أمام ليزر ثاني أكسيد الكربون ويستخدم لحفر الثقوب أو قطع الأخاديد.توفر الثقوب أو الأخاديد المعالجة مسبقًا مسارًا للهروب لبخار الزنك المتولد أثناء اللحام اللاحق، مما يمنعه من البقاء في حوض السباحة المنصهر وتشكيل العيوب.

3.2 اللحام بالليزر مزدوج الشعاع لسبائك الألومنيوم

بسبب خصائص الأداء الخاصة لمواد سبائك الألومنيوم، هناك الصعوبات التالية في استخدام اللحام بالليزر [39]: سبائك الألومنيوم لديها معدل امتصاص منخفض لليزر، والانعكاس الأولي لسطح شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون يتجاوز 90٪؛من السهل أن تنتج طبقات اللحام بالليزر المصنوعة من سبائك الألومنيوم المسامية والشقوق.حرق عناصر السبائك أثناء اللحام، وما إلى ذلك. عند استخدام اللحام بالليزر الفردي، يكون من الصعب تثبيت ثقب المفتاح والحفاظ على الاستقرار.يمكن أن يؤدي اللحام بالليزر مزدوج الشعاع إلى زيادة حجم ثقب المفتاح، مما يجعل من الصعب إغلاق ثقب المفتاح، وهو أمر مفيد لتفريغ الغاز.ويمكنه أيضًا تقليل معدل التبريد وتقليل حدوث المسام وشقوق اللحام.نظرًا لأن عملية اللحام أكثر استقرارًا وتقليل كمية التناثر، فإن شكل سطح اللحام الذي يتم الحصول عليه عن طريق اللحام المزدوج الشعاع لسبائك الألومنيوم يكون أيضًا أفضل بكثير من اللحام أحادي الشعاع.يوضح الشكل 6-32 مظهر خط اللحام للحام بعقب سبائك الألومنيوم بسمك 3 مم باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون أحادي الشعاع ولحام ليزر ثنائي الشعاع.

تظهر الأبحاث أنه عند لحام سبائك الألومنيوم من سلسلة 5000 بسمك 2 مم، عندما تكون المسافة بين العارضتين 0.6 ~ 1.0 مم، تكون عملية اللحام مستقرة نسبيًا وتكون فتحة ثقب المفتاح أكبر، مما يفضي إلى تبخر وهروب المغنيسيوم أثناء عملية اللحام .إذا كانت المسافة بين العارضتين صغيرة جدًا، فإن عملية اللحام للعارضة الواحدة لن تكون مستقرة.إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، فسوف يتأثر اختراق اللحام، كما هو موضح في الشكل 6-33.بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة الطاقة بين العارضتين لها أيضًا تأثير كبير على جودة اللحام.عندما يتم ترتيب العوارض بمسافة 0.9 مم على التوالي للحام، يجب زيادة طاقة العتبة السابقة بشكل مناسب بحيث تكون نسبة الطاقة بين العوارض قبل وبعد أكبر من 1:1.من المفيد تحسين جودة وصلة اللحام، وزيادة منطقة الانصهار، والحصول على وصلة لحام ناعمة وجميلة عندما تكون سرعة اللحام عالية.

3.3 اللحام المزدوج للألواح ذات السماكة غير المتساوية

في الإنتاج الصناعي، غالبًا ما يكون من الضروري لحام لوحين معدنيين أو أكثر بسماكات وأشكال مختلفة لتشكيل لوحة مقسمة.أصبح استخدام الفراغات الملحومة خصيصًا أكثر انتشارًا، خاصة في إنتاج السيارات.من خلال لحام الألواح ذات المواصفات المختلفة أو الطلاءات السطحية أو الخصائص، يمكن زيادة القوة وتقليل المواد الاستهلاكية وتقليل الجودة.عادةً ما يستخدم اللحام بالليزر للألواح ذات السماكات المختلفة في لحام الألواح.المشكلة الرئيسية هي أن الألواح المراد لحامها يجب أن تكون مُشكَّلة مسبقًا بحواف عالية الدقة وتضمن تجميعًا عالي الدقة.إن استخدام اللحام المزدوج الشعاع للألواح غير المتساوية السماكة يمكن أن يتكيف مع التغيرات المختلفة في فجوات الألواح والمفاصل التناكبية والسمك النسبي ومواد اللوحة.يمكنها لحام الألواح ذات تفاوتات أكبر في الحواف والفجوات وتحسين سرعة اللحام وجودة اللحام.

يمكن تقسيم معلمات العملية الرئيسية للحام الألواح غير المتساوية السمك في Shuangguangdong إلى معلمات لحام ومعلمات اللوحة، كما هو موضح في الشكل.تتضمن معلمات اللحام قوة شعاعي الليزر، وسرعة اللحام، وموضع التركيز، وزاوية رأس اللحام، وزاوية دوران الشعاع لمفصل بعقب مزدوج الشعاع وإزاحة اللحام، وما إلى ذلك. تشمل معلمات اللوحة حجم المادة، والأداء، وظروف التشذيب، وفجوات اللوحة ، إلخ. يمكن تعديل قوة شعاعي الليزر بشكل منفصل وفقًا لأغراض اللحام المختلفة.يقع موضع التركيز بشكل عام على سطح اللوحة الرقيقة لتحقيق عملية لحام مستقرة وفعالة.عادةً ما يتم اختيار زاوية رأس اللحام لتكون حوالي 6. إذا كان سمك اللوحتين كبيرًا نسبيًا، فيمكن استخدام زاوية رأس اللحام الموجبة، أي أن الليزر يميل نحو اللوحة الرفيعة، كما هو موضح في الصورة؛عندما يكون سمك اللوحة صغيرًا نسبيًا، يمكن استخدام زاوية رأس اللحام السلبية.يتم تعريف إزاحة اللحام على أنها المسافة بين تركيز الليزر وحافة اللوحة السميكة.من خلال ضبط إزاحة اللحام، يمكن تقليل كمية انبعاج اللحام ويمكن الحصول على مقطع عرضي جيد للحام.

عند لحام الألواح ذات الفجوات الكبيرة، يمكنك زيادة قطر تسخين الشعاع الفعال عن طريق تدوير زاوية الشعاع المزدوج للحصول على قدرة جيدة على ملء الفجوات.يتم تحديد عرض الجزء العلوي من اللحام من خلال قطر الشعاع الفعال لشعاعي الليزر، أي زاوية دوران الشعاع.كلما زادت زاوية الدوران، زاد نطاق التسخين للشعاع المزدوج، وزاد عرض الجزء العلوي من اللحام.يلعب شعاعا الليزر أدوارًا مختلفة في عملية اللحام.أحدهما يستخدم بشكل رئيسي لاختراق التماس، في حين أن الآخر يستخدم بشكل رئيسي لصهر مادة اللوحة السميكة لملء الفجوة.كما هو موضح في الشكل 6-35، تحت زاوية دوران الحزمة الإيجابية (تعمل الحزمة الأمامية على اللوحة السميكة، وتعمل الحزمة الخلفية على اللحام)، وتسقط الحزمة الأمامية على اللوحة السميكة لتسخين المادة وصهرها، و ما يلي شعاع الليزر يخلق الاختراق.يمكن لشعاع الليزر الأول الموجود في المقدمة أن يذيب اللوحة السميكة جزئيًا فقط، ولكنه يساهم بشكل كبير في عملية اللحام، لأنه لا يذيب جانب اللوحة السميكة لملء الفجوة بشكل أفضل فحسب، بل يربط أيضًا مادة الوصلة مسبقًا بحيث العوارض التالية من الأسهل اللحام من خلال الوصلات، مما يسمح باللحام بشكل أسرع.في لحام الشعاع المزدوج بزاوية دوران سلبية (تعمل الحزمة الأمامية على اللحام، وتعمل الحزمة الخلفية على اللوحة السميكة)، يكون للحزمتين تأثير معاكس تمامًا.تقوم الحزمة الأولى بإذابة المفصل، وتقوم الحزمة الأخيرة بإذابة اللوحة السميكة لملئها.فجوة.في هذه الحالة، يجب أن يتم لحام الشعاع الأمامي من خلال اللوحة الباردة، وتكون سرعة اللحام أبطأ من استخدام زاوية دوران الشعاع الموجبة.وبسبب تأثير التسخين المسبق للشعاع السابق، فإن الشعاع الأخير سوف يقوم بإذابة المزيد من مادة اللوحة السميكة تحت نفس الطاقة.وفي هذه الحالة، ينبغي تقليل قوة شعاع الليزر الأخير بشكل مناسب.بالمقارنة، استخدام زاوية دوران الحزمة الإيجابية يمكن أن يزيد بشكل مناسب من سرعة اللحام، واستخدام زاوية دوران الحزمة السلبية يمكن أن يحقق ملء أفضل للفجوة.يوضح الشكل 6-36 تأثير زوايا دوران الحزمة المختلفة على المقطع العرضي للحام.

3.4 اللحام بالليزر مزدوج الشعاع للألواح السميكة الكبيرة مع تحسين مستوى طاقة الليزر وجودة الشعاع، أصبح اللحام بالليزر للألواح السميكة الكبيرة حقيقة واقعة.ومع ذلك، نظرًا لأن أجهزة الليزر عالية الطاقة باهظة الثمن ولأن لحام الألواح السميكة الكبيرة يتطلب عمومًا معدن حشو، فهناك قيود معينة في الإنتاج الفعلي.لا يؤدي استخدام تقنية اللحام بالليزر ثنائي الشعاع إلى زيادة قوة الليزر فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى زيادة قطر تسخين الشعاع الفعال، وزيادة القدرة على إذابة سلك الحشو، وتثبيت ثقب مفتاح الليزر، وتحسين ثبات اللحام، وتحسين جودة اللحام.