มีการเสนอวิธีการเชื่อมลำแสงคู่ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อปรับปรุงความสามารถในการปรับตัวของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อความแม่นยำในการประกอบเพิ่มความเสถียรของกระบวนการเชื่อมและปรับปรุงคุณภาพของรอยเชื่อม . มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมบางแผ่นอลูมิเนียมและวัสดุอื่น ๆ
วิธีการเชื่อมลำแสงคู่ส่วนใหญ่จะช่วยปรับปรุงความสามารถในการปรับตัวของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อความแม่นยำในการประกอบเพิ่มความเสถียรของกระบวนการเชื่อมและปรับปรุงคุณภาพของรอยเชื่อม . มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมบาง ๆ คานสำหรับการเชื่อม แต่ยังใช้เลเซอร์สองประเภทที่แตกต่างกันสำหรับการเชื่อมแบบรวม . เลเซอร์ CO2, ND: YAG เลเซอร์, เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พลังสูง, ฯลฯ . สามารถรวมกันได้ คานสนามอุณหภูมิการเชื่อมสามารถปรับได้อย่างสะดวกและยืดหยุ่นดังนั้นจึงเปลี่ยนการมีอยู่ของรูและการไหลของโลหะเหลวในสระที่หลอมเหลวให้เลือกที่หลากหลายสำหรับเทคโนโลยีการเชื่อม เพื่อเชื่อมด้วยการเชื่อมด้วยเลเซอร์ทั่วไป .
1. หลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คู่คาน
การเชื่อมลำแสงคู่หมายถึงการใช้คานเลเซอร์สองลำพร้อมกันในระหว่างกระบวนการเชื่อม . การจัดเรียงลำแสงระยะห่างของลำแสงมุมที่เกิดขึ้นจากลำแสงทั้งสองตำแหน่งโฟกัสและอัตราส่วนพลังงานของทั้งสอง คานคู่ . ดังที่แสดงในรูปหนึ่งคือการจัดเรียงเป็นอนุกรมตามทิศทางการเชื่อม . การจัดเรียงนี้สามารถลดอัตราการระบายความร้อนของสระที่หลอมเหลวลดแนวโน้มการชุบแข็งของการเชื่อมและการเชื่อมต่อกันของรูพรุน Gap .
สำหรับระบบเชื่อมเลเซอร์แบบสองคานที่จัดเรียงในซีรีส์มีกลไกการเชื่อมที่แตกต่างกันสามแบบตามระยะห่างระหว่างคานทั้งสอง .}
1)ในกลไกการเชื่อมแรกระยะห่างระหว่างคานทั้งสองมีขนาดใหญ่ลำแสงหนึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและมุ่งเน้นไปที่พื้นผิวของชิ้นงานสร้างรูเล็ก ๆ ระหว่างการเชื่อม ลำแสงอีกตัวมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าและใช้เป็นแหล่งความร้อนสำหรับการทรีทเม้นต์ความร้อนก่อนการวูดหรือหลังการเชื่อม . กลไกการเชื่อมนี้ช่วยให้อัตราการระบายความร้อนของสระว่ายน้ำเชื่อมที่จะถูกควบคุมภายในระยะที่แน่นอน
2)ในกลไกการเชื่อมที่สองระยะห่างระหว่างจุดโฟกัสเลเซอร์ทั้งสองมีขนาดค่อนข้างเล็ก . ลำแสงเลเซอร์สองลำผลิตรูเล็ก ๆ สองหลุมอิสระในสระว่ายน้ำหลอมเหลวเดี่ยวดังนั้นจึงเปลี่ยนรูปแบบการไหลของโลหะหลอมเหลว . สิ่งนี้ช่วยป้องกันข้อบกพร่อง
3) ในกลไกการเชื่อมที่สามระยะห่างระหว่างลำแสงเลเซอร์ทั้งสองมีขนาดเล็กมากและลำแสงเลเซอร์สองลำผลิตรูกุญแจเดียวกันในสระว่ายน้ำเชื่อม . เมื่อเทียบกับการเชื่อมเลเซอร์ลำแสงเดี่ยว เชื่อมต่อเนื่องกันและสวยงาม .
ในระหว่างกระบวนการเชื่อมลำแสงเลเซอร์ทั้งสองยังสามารถตั้งค่าได้ในมุมที่แน่นอนและกลไกการเชื่อมนั้นคล้ายกับกลไกการเชื่อมคานคู่ขนาน . ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการรวมคานเลเซอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่า สามารถปรับปรุงคุณภาพการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ . ในการใช้งานจริงการผสมผสานที่แตกต่างกันของลำแสงเลเซอร์สองตัวสามารถปรับได้ตามเงื่อนไขการเชื่อมที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้กระบวนการเชื่อมที่แตกต่างกัน .}
2. วิธีการใช้งานของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คู่คาน
เอาท์พุทคู่ลำแสงสามารถทำได้โดยการรวมคานเลเซอร์สองตัวที่แตกต่างกันหรือใช้ระบบแยกลำแสงแบบออพติคอลเพื่อแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นสองลำแสงสำหรับการเชื่อม . เพื่อแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นสองลำแสงที่แตกต่างกัน โฟกัสเลนส์เป็นตัวแยกลำแสง .
นอกจากนี้ตัวสะท้อนแสงสามารถใช้เป็นตัวแยกลำแสงและตัวสะท้อนแสงสุดท้ายในเส้นทางออปติคัลใช้เป็นตัวแยกลำแสง . สะท้อนแสงนี้เรียกอีกอย่างว่าตัวสะท้อนแสงสัน . พื้นผิวการสะท้อนของมันไม่ได้เป็นระนาบเดียว บรรทัดดังที่แสดงในรูป . ลำแสงขนานถูกฉายลงบนตัวแยกลำแสงสะท้อนโดยระนาบสองระนาบที่มุมที่แตกต่างกันลงในลำแสงสองลำฉายรังสีไปยังตำแหน่งที่แตกต่างกันบนเลนส์โฟกัส สามารถรับความยาวและการจัดเรียงได้ .
เมื่อคานเลเซอร์สองประเภทที่แตกต่างกันถูกใช้เพื่อสร้างลำแสงคู่มีชุดค่าผสมมากมาย . เลเซอร์ CO2 คุณภาพสูงที่มีการกระจายพลังงานแบบเกาส์เซียนสามารถใช้สำหรับงานเชื่อมหลักเสริมด้วยการรวมตัวของเซมิคอนดักเตอร์ คานสามารถปรับได้อย่างอิสระในอีกทางหนึ่ง . สำหรับรูปแบบข้อต่อที่แตกต่างกันสามารถรับสนามอุณหภูมิที่ปรับได้โดยการปรับตำแหน่งที่ทับซ้อนกันของเลเซอร์และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเหมาะสำหรับการควบคุมกระบวนการเชื่อม เลเซอร์แบบพัลส์สำหรับการเชื่อมและคานที่มุ่งเน้นสามารถรวมกับคานที่ defocused สำหรับการเชื่อม .}
3. หลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คู่คาน
3.1 การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบคู่ของแผ่นชุบสังกะสี
แผ่นเหล็กชุบสังกะสีเป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมยานยนต์ . จุดหลอมเหลวของเหล็กประมาณ 1,500 องศาในขณะที่จุดเดือดของสังกะสีเป็นเพียง 906 องศา . ดังนั้นเมื่อใช้วิธีการเชื่อม สำหรับข้อต่อตักการระเหยของชั้นชุบสังกะสีไม่เพียง แต่บนพื้นผิวด้านบนและล่างเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่ส่วนต่อประสานร่วม . ในระหว่างกระบวนการเชื่อมไอสังกะสีพ่นออกจากพื้นผิวที่หลอมเหลวในบางพื้นที่
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ลำแสงคู่สามารถแก้ปัญหาคุณภาพการเชื่อมที่เกิดจากไอสังกะสี . วิธีหนึ่งคือการควบคุมเวลาที่อยู่อาศัยและอัตราการระบายความร้อนของสระว่ายน้ำหลอมเหลวโดยการจับคู่พลังงานของลำแสงเลเซอร์ทั้งสอง อีกวิธีหนึ่งคือการอนุญาตให้ไอสังกะสีหลบหนีผ่านการเจาะก่อนหรือร่อง . ดังแสดงในรูปด้านล่างเลเซอร์ CO2 ใช้สำหรับการเชื่อมและเลเซอร์ YAG ที่ด้านหน้าของเลเซอร์ CO2 ที่ใช้สำหรับการขุดเจาะ ป้องกันไม่ให้มันถูกเก็บไว้ในสระหลอมเหลวและสร้างข้อบกพร่อง .
3.2 การเชื่อมด้วยเลเซอร์คู่ลำแสงของโลหะผสมอลูมิเนียม
เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุอัลลอยอลูมิเนียมการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีปัญหาดังต่อไปนี้: โลหะผสมอลูมิเนียมมีอัตราการดูดซับต่ำสำหรับเลเซอร์และการสะท้อนแสงเริ่มต้นของพื้นผิวลำแสงเลเซอร์ CO2 เกิน 90%; รอยเชื่อมด้วยเลเซอร์อลูมิเนียมอลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะรูขุมขนและรอยแตกระหว่างการเชื่อม และมีการสูญเสียองค์ประกอบการผสมในระหว่างการเชื่อม . เมื่อใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ลำแสงเดี่ยวรูกุญแจนั้นยากที่จะก่อตัวและยากที่จะรักษาเสถียรภาพ . เมื่อใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบคู่ ลดการสร้างรูขุมขนและรอยร้าวเชื่อม . เนื่องจากกระบวนการเชื่อมมีความเสถียรมากขึ้นและปริมาณของสปาสเตอร์ลดลงการก่อตัวของพื้นผิวเชื่อมที่ได้จากการเชื่อมลำแสงคู่ของโลหะผสมอลูมิเนียมก็ดีกว่าลำแสงเดี่ยว ลำแสงเลเซอร์คู่คาน .
การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าเมื่อเชื่อมอลูมิเนียมอลูมิเนียมหนา 2 มม. หนา 2 มม. เมื่อระยะห่างระหว่างคานทั้งสองคือ 0 . 6 ~ 1 . 0 มม. กระบวนการเชื่อมค่อนข้างมีความเสถียร กระบวนการเชื่อมนั้นคล้ายกับการเชื่อมลำแสงเดี่ยวและไม่ง่ายที่จะมีเสถียรภาพ หากระยะห่างมีขนาดใหญ่เกินไปมันจะส่งผลกระทบต่อการเจาะการเชื่อมดังแสดงในรูปด้านล่าง . นอกจากนี้อัตราส่วนพลังงานของคานทั้งสองยังมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพการเชื่อม . เมื่อมีการเชื่อมต่อกันอย่างเหมาะสม 1: 1 ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของรอยเชื่อมและเพิ่มพื้นที่หลอมละลาย แม้จะมีความเร็วในการเชื่อมที่สูงขึ้นก็สามารถเชื่อมได้อย่างราบรื่นและสวยงาม
3.3 การเชื่อมลำแสงคู่ของแผ่นความหนาไม่เท่ากัน
ในการผลิตอุตสาหกรรมมักจำเป็นที่จะต้องเชื่อมแผ่นโลหะสองแผ่นขึ้นไปที่มีความหนาและรูปร่างที่แตกต่างกันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแผ่นเสียบ . โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตรถยนต์
ด้วยการเชื่อมแผ่นตามข้อกำหนดที่แตกต่างกันการเคลือบพื้นผิวหรือคุณสมบัติเข้าด้วยกันความแข็งแรงสามารถปรับปรุงได้การใช้พลังงานสามารถลดลงได้และน้ำหนักสามารถลดลงได้ . ในการเชื่อมแผ่นเชื่อมต่อการเชื่อมด้วยความหนาที่แตกต่างกัน แอสเซมบลี . สำหรับแผ่นที่มีความหนาไม่เท่ากันการเชื่อมลำแสงคู่สามารถปรับให้เข้ากับความแตกต่างของช่องว่างแผ่นข้อต่อก้นความหนาสัมพัทธ์และวัสดุและสามารถเชื่อมแผ่นที่มีขอบขนาดใหญ่และช่องว่าง
พารามิเตอร์กระบวนการหลักของการเชื่อมลำแสงคู่ของแผ่นที่มีความหนาไม่เท่ากันสามารถแบ่งออกเป็นพารามิเตอร์การเชื่อมและพารามิเตอร์แผ่นดังที่แสดงในรูป . พารามิเตอร์การเชื่อมรวมถึงพลังของคานเลเซอร์สองตัว รวมขนาดวัสดุประสิทธิภาพการตัดขอบและช่องว่างของแผ่น . พลังของลำแสงเลเซอร์ทั้งสองสามารถปรับแยกกันตามวัตถุประสงค์การเชื่อมที่แตกต่างกัน .}
โดยปกติเมื่อโฟกัสอยู่บนพื้นผิวของแผ่นบางกระบวนการเชื่อมมีความเสถียรและมีประสิทธิภาพ . มุมหัวเชื่อมมักจะถูกเลือกที่ประมาณ 6 องศา . หากความหนาของแผ่นบาง ๆ มีขนาดเล็ก สามารถใช้มุมหัวการเชื่อมได้ . การเบี่ยงเบนการเชื่อมถูกกำหนดเป็นระยะห่างระหว่างโฟกัสเลเซอร์และขอบของแผ่นหนา .} โดยการปรับเบี่ยงเบนการเชื่อมสามารถลดการเชื่อมเชื่อมได้
เมื่อแผ่นเชื่อมที่มีช่องว่างขนาดใหญ่เส้นผ่านศูนย์กลางความร้อนที่มีประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการหมุนมุมลำแสงคู่เพื่อให้ได้ความสามารถในการเติมช่องว่างที่ดี . ความกว้างของส่วนบนของการเชื่อมจะถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงที่มีขนาดใหญ่กว่า ความกว้างด้านบนที่กว้างขึ้นของการเชื่อม . ลำแสงเลเซอร์สองลำมีบทบาทที่แตกต่างกันในกระบวนการเชื่อมลำแสงหนึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในการเจาะข้อต่อและลำแสงอื่น ๆ ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อละลายพื้นหน้า เชื่อม) ลำแสงด้านหน้ากระทบแผ่นหนาร้อนวัสดุหลอมเหลวและลำแสงเลเซอร์ที่ตามมาจะทำให้เกิดการเจาะ . ลำแสงเลเซอร์แรกที่ด้านหน้าสามารถละลายแผ่นหนาได้ง่ายขึ้น ในการเจาะข้อต่อจึงเพิ่มความเร็วในการเชื่อม . ในการเชื่อมลำแสงคู่ด้วยมุมการหมุนเชิงลบ (ลำแสงด้านหน้าทำหน้าที่เชื่อมและลำแสงด้านหลังทำบนแผ่นหนา) คานเลเซอร์ทั้งสองทำหน้าที่ในทางตรงกันข้าม
ในเวลานี้เลเซอร์ลำแสงด้านหน้าจำเป็นต้องเจาะแผ่นเย็นและความเร็วในการเชื่อมต่ำกว่ามุมการหมุนของลำแสงบวก . ในเวลาเดียวกันเนื่องจากเอฟเฟกต์ความร้อนของเลเซอร์ลำแสงด้านหลัง ลดลง . ในการเปรียบเทียบมุมการหมุนของลำแสงบวกสามารถเพิ่มความเร็วในการเชื่อมได้อย่างเหมาะสมในขณะที่มุมการหมุนของลำแสงเชิงลบสามารถบรรลุผลการเติมช่องว่างที่ดีขึ้น . รูปด้านล่างแสดงผลของมุมการหมุนลำแสงที่แตกต่างกัน
3.4 การเชื่อมด้วยเลเซอร์คู่คานของแผ่นหนา
ด้วยการปรับปรุงระดับพลังงานเลเซอร์และคุณภาพของลำแสงการเชื่อมด้วยเลเซอร์แผ่นหนาได้กลายเป็นความจริง . อย่างไรก็ตามเนื่องจากค่าใช้จ่ายสูงของเลเซอร์พลังงานสูงและความต้องการทั่วไปสำหรับการเติมโลหะในการเชื่อมแผ่นหนา ลำแสงช่วยเพิ่มความสามารถในการหลอมละลายของลวดฟิลเลอร์รักษาความมั่นคงรูกุญแจเลเซอร์ปรับปรุงความเสถียรของการเชื่อมและช่วยเพิ่มคุณภาพการเชื่อม .
