Soldadura-teknologia tradizionalarekin alderatuta,laser bidezko soldaduraabantaila paregabeak ditu soldaduraren zehaztasunean, eraginkortasunean, fidagarritasunean, automatizazioan eta beste alderdi batzuetan. Azken urteotan, azkar garatu da automobilgintzan, energian, elektronikan eta beste arlo batzuetan, eta XXI. mendeko fabrikazio-teknologia itxaropentsuenetako bat dela uste da.
1. Habe bikoitzeko ikuspegi orokorralaser bidezko soldadura
Habe bikoitzekoalaser bidezko soldaduraLaser bera bi argi-izpi bereizitan bereizteko metodo optikoak erabiltzea da soldadura egiteko, edo bi laser mota desberdin erabiltzea konbinatzeko, hala nola CO2 laserra, Nd: YAG laserra eta potentzia handiko erdieroale laserra. Guztiak konbina daitezke. Batez ere, laser bidezko soldaduraren egokitzapena muntaketa-zehaztasunera konpontzea, soldadura-prozesuaren egonkortasuna hobetzea eta soldaduraren kalitatea hobetzea proposatu zen. Izpi bikoitzalaser bidezko soldaduraSoldadura-tenperatura eremua eroso eta malgutasunez doi dezake habe-energiaren erlazioa, habeen arteko tartea eta baita bi laser habeen energia-banaketa eredua aldatuz, giltza-zuloaren existentzia-eredua eta urtutako putzuan metal likidoaren fluxu-eredua aldatuz. Soldadura-prozesu aukera zabalagoa eskaintzen du. Ez ditu abantaila handiak bakarriklaser bidezko soldadurasartzea, abiadura handia eta zehaztasun handia, baina baita ere egokia da ohiko materialekin soldatzea zaila den material eta junturetarakolaser bidezko soldadura.
Habe bikoitzerakolaser bidezko soldadura, lehenik eta behin, izpi bikoitzeko laserren inplementazio metodoak aztertuko ditugu. Literatura zabalak erakusten du bi modu nagusi daudela izpi bikoitzeko soldadura lortzeko: transmisio bidezko fokatzea eta islapen bidezko fokatzea. Zehazki, bata bi laserren angelua eta tartea doitzen da fokatze-ispiluen eta kolimatze-ispiluen bidez. Bestea laser iturri bat erabiliz lortzen da eta, ondoren, ispilu islatzaileen, ispilu transmisiboen eta ispilu ziri-formakoen bidez fokatzen da izpi bikoitzak lortzeko. Lehenengo metodoari dagokionez, hiru forma nagusi daude. Lehenengo forma bi laser zuntz optikoen bidez akoplatzea eta bi izpi desberdinetan banatzea da, kolimatze-ispilu eta fokatze-ispilu beraren azpian. Bigarrena, bi laserrek laser izpiak igortzea da dagokien soldadura-buruen bidez, eta izpi bikoitz bat sortzea da soldadura-buruen posizio espaziala doitzean. Hirugarren metodoa da laser izpia lehenik 1 eta 2 bi ispiluren bidez banatzea, eta ondoren 3 eta 4 bi fokatze-ispiluren bidez fokatzea, hurrenez hurren. Bi foku-puntuen arteko posizioa eta distantzia doi daitezke bi fokatze-ispiluen 3 eta 4 angeluak doituz. Bigarren metodoa egoera solidoko laser bat erabiltzea da argia banatzeko izpi bikoitzak lortzeko, eta angelua eta tartea doitzea perspektiba-ispilu baten eta fokatze-ispilu baten bidez. Beheko lehen errenkadako azken bi irudiek CO2 laser baten sistema espektroskopikoa erakusten dute. Ispilu laua ispilu ziri-formako batekin ordezkatzen da eta fokatze-ispiluaren aurrean jartzen da argia banatzeko eta izpi bikoitzeko argi paraleloa lortzeko.
Habe bikoitzen ezarpena ulertu ondoren, soldadura printzipioak eta metodoak laburki aurkeztuko ditugu. Habe bikoitzeanlaser bidezko soldaduraProzesuan, hiru habe-antolamendu ohiko daude: serieko antolamendua, paraleloan antolamendua eta hibridoan antolamendua. Oihalaren arabera, soldadura-norabidean eta soldadura-norabide bertikalean distantzia bat dago. Irudiaren azken errenkadan erakusten den bezala, serieko soldadura-prozesuan zehar puntuen arteko tarte desberdinen pean agertzen diren zulo txikien eta urtutako putzuen forma desberdinen arabera, urtutako putzu bakarretan bana daitezke. Hiru egoera daude: putzua, urtutako putzu arrunta eta urtutako putzu bereizia. Urtutako putzu bakarraren eta urtutako putzu bereiziaren ezaugarriak antzekoak dira soldadura bakarreko putzuen ezaugarriekin.laser bidezko soldadura, simulazio numerikoaren diagraman erakusten den bezala. Prozesu-efektu desberdinak daude mota desberdinetarako.
1. mota: Leku-tarte jakin baten pean, bi habe-giltza-zulok giltza-zulo handi komun bat osatzen dute urtutako putzu berean; 1. motaren kasuan, argi-izpi bat zulo txiki bat sortzeko erabiltzen dela jakinarazi da, eta beste argi-izpia soldadura-tratamendu termikorako erabiltzen dela, eta horrek karbono handiko altzairuaren eta aleazio-altzairuaren egitura-propietateak eraginkortasunez hobetu ditzake.
2. mota: Urtutako igerileku berean puntuen arteko tartea handitu, bi habe bi zulo independentetan banatu eta urtutako igerilekuaren fluxu-eredua aldatu; 2. motarako, bere funtzioa bi elektroi-haberen soldaduraren baliokidea da, soldadura-zipriztinak eta soldadura irregularrak murrizten ditu foku-distantzia egokian.
3. mota: Puntuen arteko tartea areagotu eta bi habeen energia-erlazioa aldatu, bi habeetako bat bero-iturri gisa erabili dadin soldadura-prozesuan zehar soldadura aurreko edo soldadura osteko prozesamendua egiteko, eta beste habea zulo txikiak sortzeko. 3. motari dagokionez, ikerketak aurkitu zuen bi habeek giltza-zulo bat osatzen dutela, zulo txikia ez dela erraz erortzen eta soldadurak ez duela erraz sortzen poroak.
2. Soldadura-prozesuak soldadura-kalitatean duen eragina
Serieko habe-energia erlazioaren eragina soldadura josturaren eraketan
Laser potentzia 2 kW-koa denean, soldadura abiadura 45 mm/s-koa denean, defokatze kopurua 0 mm-koa denean eta izpien arteko tartea 3 mm-koa denean, soldadura gainazalaren forma RS aldatzean (RS = 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) irudian erakusten dena da. RS = 0,50 eta 2,00 direnean, soldadura neurri handiagoan hondatzen da, eta zipriztin gehiago daude soldaduraren ertzean, arrain-ezkata eredu erregularrik sortu gabe. Hau da, izpien energia-erlazioa txikiegia edo handiegia denean, laser energia gehiegi kontzentratzen delako, laser zuloa larriago oszilatzea eraginez soldadura prozesuan zehar, eta lurrunaren atzerakada-presioak urtutako metalaren kanporatzea eta zipriztinak eragiten dituelako urtutako igerilekuan; bero-sarrera gehiegizkoak urtutako igerilekuaren sartze-sakonera handiegia izatea eragiten du aluminio aleazioaren aldean, grabitatearen eraginpean depresioa eraginez. RS=0,67 eta 1,50 direnean, soldadura gainazaleko arrain-ezkaten eredua uniformea da, soldaduraren forma ederragoa da, eta ez dago soldadura-pitzadura bero, poro eta bestelako soldadura-akats ikusgairik soldadura gainazalean. RS habe-energia erlazio desberdinekin soldaduen zeharkako sekzioaren formak irudian erakusten direnak dira. Soldaduren zeharkako sekzioa "ardo kopa" forma tipikoa da, eta horrek adierazten du soldadura-prozesua laser bidezko soldadura sakonaren moduan egiten dela. RS-k eragin handia du aluminio aleazioaren aldeko soldaduraren P2 sartze-sakoneran. RS habe-energia erlazioa=0,5 denean, P2 1203,2 mikroi da. RS habe-energia erlazioa=0,67 eta 1,5 denean, P2 nabarmen murrizten da, 403,3 mikroi eta 93,6 mikroi direnak, hurrenez hurren. RS habe-energia erlazioa RS=2 denean, junturaren zeharkako sekzioaren soldadura sartze-sakonera 1151,6 mikroi da.
Izpi paraleloen energia-erlazioaren eragina soldadura-josturaren eraketan
Laser potentzia 2,8 kW-koa denean, soldadura abiadura 33 mm/s-koa denean, defokatze kopurua 0 mm-koa denean eta izpien arteko tartea 1 mm-koa denean, soldadura gainazala izpien energia-erlazioa aldatuz lortzen da (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Itxura irudian erakusten da. RS=2 denean, soldaduraren gainazaleko arrain-ezkaten eredua nahiko irregularra da. Beste bost izpien energia-erlazio desberdinekin lortutako soldaduraren gainazala ondo eratuta dago, eta ez dago akats ikusgairik, hala nola poroak eta zipriztinak. Beraz, serieko izpi bikoitzarekin alderatuta...laser bidezko soldadura, habe bikoitz paraleloak erabiliz soldadura gainazala uniformeagoa eta ederragoa da. RS=0.25 denean, sakonune txiki bat dago soldaduran; habe-energiaren erlazioa pixkanaka handitzen den heinean (RS=0.5, 0.67 eta 1.5), soldaduraren gainazala uniformea da eta ez da sakonunerik sortzen; hala ere, habe-energiaren erlazioa gehiago handitzen denean (RS=1.50, 2.00), baina sakonuneak daude soldaduraren gainazalean. Habe-energiaren erlazioa RS=0.25, 1.5 eta 2 denean, soldaduraren zeharkako sekzioaren forma "ardo kopa" da; RS=0.50, 0.67 eta 1 denean, soldaduraren zeharkako sekzioaren forma "inbutu forma" da. RS=4 denean, ez dira pitzadurak sortzen soldaduraren behealdean bakarrik, baita poro batzuk ere soldaduraren erdian eta beheko aldean. RS=2 denean, prozesu-poro handiak agertzen dira soldaduraren barruan, baina ez da pitzadurarik agertzen. RS=0.5, 0.67 eta 1.5 direnean, aluminiozko aleazio aldeko soldaduraren P2 sartze-sakonera txikiagoa da, eta soldaduraren zeharkako sekzioa ondo eratuta dago eta ez da soldadura-akats nabarmenik sortzen. Hauek erakusten dute izpi bikoitz paraleloko laser soldaduran zehar habe-energiaren erlazioak ere eragin garrantzitsua duela soldaduraren sartzean eta soldadura-akatsetan.
Habe paraleloak – habeen arteko tartearen eragina soldadura-josturaren eraketan
Laser potentzia 2.8kW denean, soldadura abiadura 33mm/s denean, defokatze kopurua 0mm denean eta izpiaren energia erlazioa RS=0.67 denean, aldatu izpiaren arteko tartea (d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm) irudian ikusten den soldadura gainazalaren morfologia lortzeko. d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm denean, soldaduraren gainazala leuna eta laua da, eta forma ederra da; soldaduraren arrain-ezkata eredua erregularra eta ederra da, eta ez dago poro, pitzadura edo bestelako akats ikusgairik. Beraz, lau izpien arteko tarte baldintzetan, soldadura gainazala ondo eratuta dago. Gainera, d=2 mm denean, bi soldadura desberdin eratzen dira, eta horrek erakusten du bi laser izpi paraleloek ez dutela gehiago eragiten urtutako putzu batean, eta ezin dutela izpi bikoitzeko laser soldadura hibrido eraginkorrik eratu. Izpien arteko tartea 0,5 mm-koa denean, soldadura "inbutu" formakoa da, aluminio aleazioaren aldeko soldaduraren P2 sartze-sakonera 712,9 mikra da, eta ez dago pitzadurarik, pororik edo bestelako akatsik soldaduraren barruan. Izpien arteko tartea handitzen doan heinean, aluminio aleazioaren aldeko soldaduraren P2 sartze-sakonera nabarmen gutxitzen da. Izpien arteko tartea 1 mm-koa denean, aluminio aleazioaren aldeko soldaduraren sartze-sakonera 94,2 mikra baino ez da. Izpien arteko tartea gehiago handitzen den heinean, soldadurak ez du sartze eraginkorrik sortzen aluminio aleazioaren aldean. Beraz, izpien arteko tartea 0,5 mm-koa denean, izpi bikoitzaren birkonbinazio efektua da onena. Izpien arteko tartea handitzen den heinean, soldaduraren bero-sarrera nabarmen gutxitzen da, eta bi izpien laser birkonbinazio efektua pixkanaka okerrera egiten du.
Soldaduraren morfologiaren aldea soldadura prozesuan zehar urtutako igerilekuaren fluxu eta hozte solidotze desberdinaren ondorioz gertatzen da. Simulazio numerikoaren metodoak ez du soilik urtutako igerilekuaren tentsio-analisia intuitiboagoa egiten, baita kostu esperimentala murriztu ere. Beheko irudian alboko urtutako igerilekuan habe bakarrarekin, antolamendu desberdinekin eta puntuen arteko tartearekin gertatzen diren aldaketak ikusten dira. Ondorio nagusien artean hauek daude: (1) Habe bakarreko prozesuan zeharlaser bidezko soldaduraprozesuan, urtutako igerilekuaren zuloaren sakonera sakonena denean, zuloaren kolapso fenomenoa dago, zuloaren horma irregularra da, eta fluxu-eremuaren banaketa zuloaren hormaren ondoan ez da uniformea; urtutako igerilekuaren atzeko gainazalaren ondoan birfluxua indartsua da, eta goranzko birfluxua dago urtutako igerilekuaren behealdean; gainazaleko urtutako igerilekuaren fluxu-eremuaren banaketa nahiko uniformea eta motela da, eta urtutako igerilekuaren zabalera ez da uniformea sakoneraren norabidean. Hormaren atzerakada-presioak eragindako asaldura dago urtutako igerilekuan habe bikoitzeko zulo txikien artean.laser bidezko soldadura, eta beti existitzen da zulo txikien sakonera-norabidean zehar. Bi habeen arteko distantzia handitzen doan heinean, habearen energia-dentsitatea pixkanaka gailur bakarretik gailur bikoitzeko egoerara igarotzen da. Balio minimo bat dago bi gailurren artean, eta energia-dentsitatea pixkanaka gutxitzen da. (2) Habe bikoitzerakolaser bidezko soldadura, puntuen arteko tartea 0-0,5 mm denean, urtutako igerilekuko zulo txikien sakonera apur bat gutxitzen da, eta urtutako igerilekuko fluxuaren portaera orokorra habe bakarrekoaren antzekoa da.laser bidezko soldadura; puntuen arteko tartea 1 mm-tik gorakoa denean, zulo txikiak guztiz bereizten dira, eta soldadura prozesuan ia ez dago elkarreraginik bi laserren artean, hau da, 1750 W-ko potentzia duten bi laser soldadura jarraian/bi paraleloen baliokidea. Ia ez dago aurreberotze efekturik, eta urtutako igerilekuaren fluxuaren portaera izpi bakarreko laser soldaduraren antzekoa da. (3) Puntuen arteko tartea 0,5-1 mm-koa denean, zulo txikien horma-gainazala laua da bi antolamenduetan, zulo txikien sakonera pixkanaka gutxitzen da, eta behealdea pixkanaka bereizten da. Zulo txikien eta gainazaleko urtutako igerilekuaren fluxuaren arteko asaldura 0,8 mm-koa da. Indartsuena. Serieko soldadurarako, urtutako igerilekuaren luzera pixkanaka handitzen da, zabalera handiena da puntuen arteko tartea 0,8 mm-koa denean, eta aurreberotze efektua nabarmenena da puntuen arteko tartea 0,8 mm-koa denean. Marangoni indarraren efektua pixkanaka ahultzen da, eta metal likido gehiago isurtzen da urtutako igerilekuaren bi aldeetara. Egin urtutako materialaren zabaleraren banaketa uniformeagoa. Soldadura paraleloan, urtutako igerilekuaren zabalera pixkanaka handitzen da, eta luzera maximoa 0,8 mm-tan da, baina ez dago aurreberotze efekturik; Marangoni indarrak eragindako gainazaletik gertuko birfluxua beti existitzen da, eta zulo txikiaren behealdean beheranzko birfluxua pixkanaka desagertzen da; zeharkako fluxu eremua ez da seriean bezain indartsua den bezain ona, asaldurak ia ez dio eragiten urtutako igerilekuaren bi aldeetako fluxuari, eta urtutako materialaren zabalera modu irregularrean banatzen da.
Argitaratze data: 2023ko urriaren 12a
