Mekanism och styrteknik Princip och egenskaper hos lasersvetsning

Utvecklingstrenden och egenskaperna hos moderna leveranssätt är höghastighetsdrift och lättviktsstruktur. Som ett resultat har högre krav lagts fram för tillverkningen av dess nyckelstrukturer, såsom lätt, monolitisk, hög tillförlitlighet, lång livslängd och låg kostnad grön tillverkning. För detta ändamål, hög hållfasthet och lätt titanlegering, aluminiumlegering och andra typiska strukturella material, hög energitäthet strålström som svetsvärmekälla för högenergistrålesvetsning tillverkning av den övergripande strukturen, ett av resultaten av avancerad tillverkningsteknik för att uppfylla behoven av denna utveckling. Högenergistrålesvetsningstillverkning med många fördelar, känd som materialbearbetning och avancerad tillverkningsteknik med revolutionerande förändringar i den nya tekniken, särskilt i de nya lättviktslegeringarna i svetstillverkningens nyckelstruktur har breda möjligheter för tillämpning, på uppdrag av en av de stora komplexa titanlegeringarna, aluminiumlegeringar.
Förstärkt väggplatta eller kavitetsstruktur av lasern höghastighets och effektiv svetstillverkning. Laser är ett högintensivt koherent ljus baserat på principen om exciterad strålning av atomer, som producerar ett högintensivt ljus genom att excitera den arbetande substansen. Förutom att lyda alla optikens lagar som vanligt ljus gör, har lasern ett antal andra egenskaper som inte finns i någon annan ljuskälla såsom bra riktning, hög ljusstyrka och bra monokromaticitet. Det är laserns goda riktning och höga ljusstyrka utgör en hög koncentration av energi i rum och tid, kan sändas över långa avstånd och har en hög energi eller hög intensitet, inom materialbearbetning (inklusive svetsning) kan betraktas som en idealisk värmekälla. Användningen av laser som en ny energi breddar avsevärt tillämpningsområdet för materialbearbetning. Lasersvetsning är en av de viktiga aspekterna av laserapplikation.
Lasersvetsning är en typ av användning efter fokusering med hög energitäthet (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) av laserstrålen som en värmekälla för att värma smältningen av arbetsstyckets speciella smältsvetsmetod. Det är en smältsvetsning baserad på den fototermiska effekten, vilket förutsätter att lasern absorberas av materialet och omvandlas till den värmeenergi som krävs för svetsning. Vanligtvis leder olika intensiteter av laserljus på materialets yta till olika fysikaliska fenomen, inklusive yttemperaturökning, smältning, förångning, bildandet av små hål och generering av fotoplasma, etc. Dessa fysikaliska fenomen bestämmer svetsningen Process termisk verkan mekanism, så att lasersvetsning av förekomsten av värmeledning svetsning och djupsmältande svetsning svetsning läge av de två typer av svetsning. Övergången mellan de två lägena beror huvudsakligen på effekttätheten hos laserfläcken som verkar på materialet.
För ett givet material finns det en specifik effekttäthetströskel (0,5x10^6 till 10^7 W/cm för de flesta stål). När laserns effekttäthet som appliceras på materialet ligger under detta tröskelvärde absorberas laserenergin av materialets yta och överförs snabbt till materialets inre och bildar en värmeledande svets med relativt stor bredd och djup. När lasereffekttätheten som appliceras på materialet är högre än tröskeln, är arbetsstyckets yta för sent för att överföra värme till materialet inuti, laserenergin kommer att göra att materialytan snabbt värms upp, smälter och förångas. Och när laserenergin fortsätter att matas, bildas små hål i penetrationstjocklekens riktning. Hålet är omgivet av en flytande metallsmältbassäng och hålet är fyllt med högtemperaturmetallånga och plasma. Expansionskraften hos högtemperaturmetallångan och -plasman verkar i samband med tyngdkraften och ytspänningen hos den flytande metallen runt hålet för att upprätthålla hålets stabila existens. De små hålen rör sig längs svetsriktningen, den bakre smältbassängen kyls snabbt och stelnar, och en djup smält svets med relativt stort djup och bredd bildas. Därför är lasersvetsningsläget relaterat till laserns effekttäthet och svetslinjeenergin som bestämmer den termiska verkningsmekanismen.
När laserns effekttäthet är lägre än 10 ^ 6 W / cm, är laseruppvärmning begränsad till metallytan, kan nå smälttröskeln för de flesta metaller, men ingen förångning, denna gång metallen i den kontinuerliga verkan av lasern (tillräckligt linjeenergi), till värmeledningssvetsningsläge för att bilda en svets, svetsbildningsmekanism och konventionell smältsvetsning. Värmeledningssvetsning med laser används vanligtvis vid tätningssvetsning av elektroniska komponenter och svetsning av ultratunna material. När laserns effekttäthet är högre än 10^6W/cm, får lasern metallen att smälta och förångas omedelbart, om linjeenergin räcker, producerar metallångkraften små hål i den smälta metallen, och svetsprocessen bildar svetsen. i läget för djupsmältsvetsning med effekten av små hål. Djupt smältsvetshål är omgivet av smält metall, fyllt med högtemperaturmetallånga och plasma, svetsprocesshål av metallångkraft och flytande metallgravitation och ytspänningsbalans för att bibehålla det lilla hålet i lasern och den termiska kopplingen av materialet är den termiska verkan av laserns djupsvetsningsläge för den termiska verkan av mekanismen, huvudsakligen används i graden av mer än 1 mm struktur av svetsningen.
Jämfört med traditionella bågsvetsmetoder har lasersvetstekniken unika fördelar och är en avancerad svetsteknik.
Lasersvetstekniken har utvecklats snabbt under de senaste decennierna och gradvis utvecklats från pulsad vågsvetsning till kontinuerlig vågig, högeffekts tjock plåt, multistationssvetsning och har använts i stor utsträckning inom flyg, rymd, fordon, höghastighetssvetsning. järnvägar och andra fält. Inom tillverkning av militära flygplan har det skett en betydande tillväxt i tillämpningen av lasersvetsning av aluminiumlegeringar och titanlegeringar, som står för mer än 60 % respektive 20 % av den strukturella vikten av avancerade stridsflygplan. Lasersvetsteknik kan ersätta den traditionella nitmetoden, betydande viktminskning, kostnadsminskning och förbättra materialutnyttjandet. Till exempel kan Airbus A380 flygkroppsväggplåt genom lasersvetsning minska vikten med 15 %, 15 % kostnadsreduktion.
I Kina blir storskalig struktursvetsning av förstärkt väggplåt mer och mer populär i flygplan och marinapplikationer. Jämfört med mekanisk bearbetning och nitningsmetoder sparar lasersvetsning inte bara material, utan förbättrar också komponenternas lättvikt och tillverkningsbarhet, förkortar bearbetningscykeln och minskar produktionskostnaderna. Lasersvetsprocessen är dock komplex och involverar snabb uppvärmning, kylning, materialfasförändringar, särskilt för aluminiumlegeringar och titanlegeringar, på grund av hög reflektivitet, hög värmeledningsförmåga och ytspänning och andra egenskaper, vilket medför tekniska utmaningar som svetskvalitetskontroll och stabilitet, svetsprocessstabilitet, defektkontroll är inte mogen, strukturell form uppfyller inte standarderna och andra frågor är framträdande. Grundorsaken till dessa problem ligger i bristen på grundforskning om svetsbarhet och mekaniska egenskaper hos titanlegeringar och aluminiumlegeringar, vilket resulterar i utmattningslivslängd, spänningar och deformationskontroll etc. Det är svårt att uppfylla de höga tillförlitlighetskraven för lättviktare legeringskomponenter, och det finns ett stort gap med den internationella nivån.