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Um die Fehler des Laserschweißens zu beseitigen oder zu reduzieren, werden einige andere Wärmequellen und Laserhybridschweißverfahren vorgeschlagen, hauptsächlich einschließlich Laser- und Lichtbogen-, Laser- und Plasmalichtbogen-, Laser- und Induktionswärmequellen-Hybridschweißen und Mehrstrahlschweißen. Darüber hinaus wurden verschiedene prozessbegleitende Maßnahmen vorgeschlagen, wie z. unterstütztes Rührreibschweißen usw.

Das Prinzip und die Wärmequellenklassifizierung des Laserlichtbogen-Hybridschweißens

Das Prinzip des Laserlichtbogen-Hybridschweißens

Die Laserlichtbogen-Hybridschweißtechnologie wurde erstmals Ende der 1970er Jahre von dem britischen Wissenschaftler WM Steen vorgeschlagen. Die Hauptidee besteht darin, die Lichtbogenwärme effektiv zu nutzen. Der hier erwähnte „Lichtbogen“ bezieht sich hauptsächlich auf den Wolfram-Argon-Lichtbogen (WIG) und den schmelzenden Argon-Lichtbogen. (MIG/MAG), auch bekannt als Laser-WIG/MIG; Hybrid-Schweißtechnik, das „Laser-MIG-Hybrid-Schweißen“ von Austrian Fronuis auf der Essener Internationalen Schweißfachausstellung 2001, stößt auf großes Interesse. In den letzten Jahren ist es aufgrund der Bedürfnisse der industriellen Produktion nach und nach in den Fokus der internationalen Schweißergemeinschaft gerückt und hat Aufmerksamkeit erhalten.

Die Laserlichtbogen-Hybridschweißtechnologie soll gleichzeitig mit Laser und MIG-Lichtbogen auf die Schweißfläche einwirken. Durch die gegenseitige Beeinflussung von Laser und Lichtbogen wird ein guter Verbundeffekt erzeugt und eine größere Schweißeindringung unter einer geringeren Laserleistungsbedingung erreicht, und gleichzeitig wird der Laser verbessert. Die Anpassungsfähigkeit der Schweißung an den Fügespalt ermöglicht einen hocheffizienten und qualitativ hochwertigen Schweißprozess. Bild 1.1 zeigt das Prinzip des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens und die typische Schweißnahtquerschnittsform.

Der Laser wirkt auf die Metalloberfläche und durch die Wirkung des Lasers wird über der Schweißnaht eine Photoplasmawolke erzeugt. Die Absorption und Streuung des einfallenden Lasers durch die Plasmawolke verringert die Nutzungsrate der Laserenergie. Nachdem der Lichtbogen angelegt wurde, bewirkt das Lichtbogenplasma niedriger Temperatur und niedriger Dichte, dass das photoinduzierte Plasma verdünnt wird und die Laserenergieübertragungseffizienz verbessert wird; gleichzeitig erwärmt der Lichtbogen das Grundmaterial, so dass die Temperatur des Grundmaterials erhöht wird und die Absorptionsrate des Grundmaterials für den Laser erhöht wird. Die Penetration nimmt zu.

Das Schmelzen des Metalls liefert freie Elektronen für den Lichtbogen, verringert den Widerstand des Lichtbogenkanals und erhöht die Energienutzungsrate des Lichtbogens. Schließlich wird die Gesamtenergienutzungsrate erhöht und die Eindringtiefe weiter erhöht. Wenn der Laserstrahl das MIG passiert, wird seine Fähigkeit, Metall zu durchdringen, deutlich verbessert als in der allgemeinen Atmosphäre. Der Laserstrahl fokussiert und führt den Lichtbogen auch, was den Lichtbogen während des Schweißprozesses stabiler macht.

In der Laserhybridschweißtechnologie wird die Laserlichtbogen-Hybridschweißtechnologie weiter verbreitet. Der Hauptzweck besteht darin, die Lichtbogenenergie effektiv zu nutzen, um eine größere Eindringtiefe zu erzielen und die Montagegenauigkeit beim Laserschweißen zu reduzieren. Zum Beispiel kann das Laser-WIG/MIG-Hybridschweißen, das aus Laser und WIG/MIG-Lichtbogen besteht, ein Schweißen mit großem Einbrand unter der Bedingung einer geringeren Laserleistung realisieren, und die Wärmezufuhr wird im Vergleich zum WIG/MIG-Lichtbogen stark reduziert.

Beim Schweißen von Metallteilen beträgt die Energiedichte der Laserstrahlleistung des YAG-Lasers etwa 106 W/cm2. Wenn der Laserstrahl auf die Materialoberfläche trifft, erreicht die erhitzte Oberfläche sofort die Verdampfungstemperatur und aufgrund der Einwirkung des strömenden Metalldampfes werden Löcher im geschweißten Metall erzeugt, die ein größeres Schweißseitenverhältnis erhalten können. Die Energiedichte des MIG-Lichtbogens ist etwas größer als 10⁴W/cm², die eine breitere Schweißnaht mit einem kleinen Aspektverhältnis erzielen kann. Aus dem Prinzip des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens [Abbildung 3.1(a)] ist ersichtlich, dass der Laserstrahl und der Lichtbogen im gleichen Bereich der Schweißstelle kombiniert werden und sich beide gegenseitig beeinflussen, was verbessert der Energienutzungsgrad. Die Nahtmorphologie des Laser-MIG-Hybridschweißens ist in Abbildung 3.1(b) dargestellt, die besser ist als die Schweißwirkung einer einzelnen Energiequelle.

Beim Einzellaserschweißen ist der Durchmesser des Laserstrahls klein, und der Nutmontagespalt muss klein sein. Die Genauigkeit der Schweißnahtverfolgung muss hoch sein, und der thermische Wirkungsgrad ist sehr gering, wenn kein Schmelzbad gebildet wird. Das Laserlichtbogen-Hybridschweißen kann diese Mängel nur ausgleichen, was sich in den folgenden Aspekten widerspiegelt.

• Laserschweißen und MIG-Schweißen werden kombiniert, die Breite des Schmelzbades erhöht, der Bedarf an Nutmontage reduziert und die Schweißnaht ist leicht zu verfolgen.
• Der MIG-Schweißlichtbogen erhitzt zuerst die Oberfläche der Schweißkonstruktion, um ein Schmelzbad zu bilden, das die Absorptionsrate der Laserstrahlung erhöhen kann; der Luftstrom beim MIG-Schweißen kann auch den vom Laserstrahl angeregten Metalldampf schützen; das flüssige Metall, das durch den geschmolzenen Draht des MIG-Schweißens erzeugt wird, kann die Schweißnaht füllen, Unterätzung vermeiden.
• Das vom Laser erzeugte Plasma verbessert die Zünd- und Wartungsfähigkeit des MIG-Lichtbogens, und der Laser-MIG-Verbundlichtbogen ist stabiler.

Kurz gesagt, die Interaktion zwischen Laser und MIG-Lichtbogen ist komplementär und verstärkt, und es können bessere Schweißergebnisse erzielt werden.

Beispielsweise können bei einer Schweißgeschwindigkeit von 2m/min Laserstrahlen mit einer Leistung von 0,2KW und ein WIG-Lichtbogen mit einem Schweißstrom von 90A kombiniert werden, um eine Schweißnaht mit einer Eindringtiefe von 1mm zu schweißen, wofür normalerweise ein Laserstrahl benötigt wird mit einer Leistung von 5KW. Der gleiche Effekt. Wenn der kontinuierliche Laserstrahl 3 bis 5 mm von der Mittellinie des Lichtbogens entfernt ist, kann er den Lichtbogen anziehen und stabil brennen lassen, was die Laserschweißgeschwindigkeit erhöhen kann. Die Kombination von Laser und Lichtbogen ist keine einfache Überlagerung der beiden Schweißverfahren. Dadurch können die beiden Wärmequellen nicht nur ihre jeweiligen Vorteile voll ausspielen, sondern gleichen sich auch gegenseitig ihre Unzulänglichkeiten aus in der industriellen Produktion.

Klassifizierung von Laser-Arc-Verbundwärmequellen

Die Kombination von Laser und Lichtbogen kann die Vorteile der beiden Wärmequellen voll ausspielen und die Unzulänglichkeiten des anderen ausgleichen, wodurch eine neue, hochwertige, hocheffiziente und energiesparende Wärmequelle entsteht. Unter den gleichen Bedingungen weist das Laserlichtbogen-Hybridschweißen eine stärkere Anpassungsfähigkeit als das Einzelschweißen oder das WIG/MIG-Schweißen auf und die Schweißnahtformbarkeit ist besser. Das Laserlichtbogen-Hybridschweißen hat in entwickelten Ländern wie Deutschland und Japan das Stadium der industriellen Anwendung erreicht.

Laser, die in Laserlichtbogen-Verbundwärmequellen verwendet werden, enthalten im Allgemeinen CO₂ Gaslaser, YAG-Festkörperlaser, Halbleiterlaser und Faserlaser. Entsprechend den verschiedenen Arten von Lichtbögen umfassen Laser- und Lichtbogenverbundwärmequellen hauptsächlich WIG-Verbundwerkstoffe, Laser-MIG/MAG-, Laser-Doppelverbundwerkstoffe, Laser-Plasma-Verbundwerkstoffe usw.

Laser-WIG-Verbundwärmequelle

Die frühesten Forschungen zu Laser-Lichtbogen-Verbundwärmequellen begannen mit der paraxialen Rekombination von CO₂ Laser und nicht schmelzende Elektrode WIG. Der Verbundprozess aus Laser und WIG-Lichtbogen ist relativ einfach. Balken und Bogen können koaxial oder auf einer Seitenachse angeordnet sein. Der Winkel zwischen dem Strahl, die Größe des Lichtbogenstroms und der Eingangsform, die Laserleistung, die Anordnungsrichtung, die Einwirkungsentfernung, die Höhe des Lichtbogens, der Schutzgasfluss usw. sind die wichtigsten Faktoren, die die Wirkung des Hybridschweißens beeinflussen.

Abbildung 1.2 zeigt eine schematische Darstellung von Laser-WIG Hybridschweißen. Die Laser-WIG-Verbundwärmequelle kann unter schnellen Schweißbedingungen einen stabilen Lichtbogen erzeugen und die Schweißnaht wird schön geformt, während Schweißfehler wie Poren, Einschlüsse und Hinterschneidungen reduziert werden. Insbesondere bei niedrigem Strom, hoher Schweißgeschwindigkeit und langem Lichtbogen kann die Schweißgeschwindigkeit der Laser-WIG-Verbundwärmequelle sogar mehr als das Doppelte des Einzellaserschweißens erreichen, was für das konventionelle WIG-Schweißen schwierig ist. Die Laser-WIG-Lichtbogen-Verbundwärmequelle wird hauptsächlich zum Hochgeschwindigkeitsschweißen von dünnen Blechen verwendet und kann auch zum Schweißen von Stumpfnähten von Blechen mit ungleicher Dicke verwendet werden. Beim Schweißen von Blechen mit großem Spalt kann Schweißzusatz verwendet werden.

Studien haben gezeigt, dass bei einer Schweißgeschwindigkeit von 0,5 bis 5 m/min die Schweißeindringung mit einem 5 kW-Laserstrahl und einem WIG-Lichtbogen das 1,3- bis 2-fache eines 5 kW-Laserstrahls allein beträgt und es keine Unterschneidung oder Porosität in der Schweißnaht gibt. Defekt. Nach dem Arc-Composite-Laser wurde seine Stromdichte deutlich verbessert.

Laser-MIG/MAG-Verbundwärmequelle

Das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen ist ein weit verbreitetes Schweißverfahren mit Verbundwärmequellen, das im Automobil- und Schiffbau Anwendung findet. Das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen nutzt die Vorteile des MIG/MAG-Schweißzusatzdrahts, der die metallurgischen und strukturellen Eigenschaften der Schweißnaht verbessern kann und gleichzeitig die Schweißeindringung und Anpassungsfähigkeit erhöht.

Abbildung 1.3 zeigt eine schematische Darstellung des Laser-MIG/MAG-Hybridschweißens. Da das Laser-MIG/MAG-Verbundwärmequellenschweißen Probleme wie Drahtzuführung und Tröpfchenübertragung aufweist, ist sein physikalischer Prozess komplizierter als das Laser-WIG- oder Laser-PAW-Verbundwärmequellenschweißen, und die meisten von ihnen verwenden Seitenachsen-Verbundschweißen.

Abbildung 1.4 zeigt zwei verschiedene Typen von Laser-MIG-Verbundschweißbrennerköpfen. Einige Unternehmen sind auf die Entwicklung und Herstellung von Laser-MIG/MAG-Verbundschweißbrennerköpfen spezialisiert. MIG-Schweißdraht und ein Schutzgas werden unter einem bestimmten Winkel und schräg in den Schweißbereich geführt. Der geschmolzene Schweißdraht bildet ein Tröpfchen mit axialem Übergang, und dann werden das Tröpfchen und das Grundmetall erhitzt und durch den Laser und den Lichtbogen zusammengeschmolzen, um ein Schweißbad zu bilden. Aufgrund der Existenz des Zusatzdrahtes kann dieser die Einschweißung erhöhen, die Anpassungsfähigkeit des Prozesses verbessern und die Schweißstruktur und -eigenschaften verbessern.

Bei falsch eingestellten Prozessparametern können Schweißdraht und geschmolzene Tröpfchen den Laser leicht stören und die Schweißqualität beeinträchtigen. Wenn die Bestrahlungsstärke des Lasers auf der Werkstückoberfläche die kritische Bestrahlungsstärke der Materialverdampfung erreicht, werden der Pinhole-Effekt und ein photoinduziertes Plasma erzeugt, um den Tiefschweißprozess zu realisieren. Im Vergleich zum Laser-WIG-Hybridschweißen hat das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen gute Anwendungsperspektiven, die mit größerer Blechdicke und stärkerer Schweißanpassungsfähigkeit geschweißt werden können. Insbesondere weil der MIG/MAG-Lichtbogen die Vorteile einer starken Direktionalität und Kathodenzerstäubung hat, eignet er sich zum Schweißen von Blechen mit großer Dicke und Aluminiumlegierungen und anderen laserbeständigen Metallen.

Das Laser-MIG-Hybridschweißen nutzt die Vorteile von Zusatzdraht zur Verbesserung der metallurgischen Eigenschaften und des Gefüges des Schweißgutes und wird häufig zum Schweißen von mittleren und dicken Blechen eingesetzt. Daher wird dieses Verfahren hauptsächlich im Schiffbau, im Pipeline-Transport und im Hochleistungs-Automobilbau verwendet. In Deutschland wurde diese Verbundtechnologie zur Praxisreife entwickelt. Das Fraunhofer-Forschungsinstitut hat beispielsweise ein Laser-MIG-Verbundwärmequellenschweißsystem für Ölspeichertanks entwickelt, mit dem Öltanks mit einer Dicke von 5-8 mm effektiv geschweißt werden können.

Im Vergleich zum Laser-WIG- oder Laser-PAW-Hybridschweißen verwendet das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen aufgrund des Vorhandenseins von Schweißdraht ein seitliches Verbundschweißen.

Die Struktur kann mit einer größeren Stromdichte geschweißt werden, der Plattierungswirkungsgrad ist höher und es kann eine größere Eindringtiefe und -breite erzielt werden. Zum Schweißen von dicken und großen Blechen verwendet, ist es weniger empfindlich gegenüber Werkstückspalten, falschen Kanten und moderaten Abweichungen, stärkere Anpassungsfähigkeit und höhere Schweißeffizienz. Darüber hinaus kann das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen dem Schweißgut durch die Auswahl des geeigneten Schweißdrahts vorteilhafte Elemente hinzufügen, um die metallurgischen Eigenschaften und das Mikrogefüge der Schweißnaht zu verbessern, wodurch die Neigung zu Schweißrissen reduziert und Schlagzähigkeit und Festigkeit gewährleistet werden können. Es eignet sich besser zum Schweißen von hochfestem Baustahl, Aluminiumlegierungen und anderen Materialien. Aufgrund dieser Eigenschaften hat sich das Laser-MIG/MAG-Hybridschweißen zu einem im In- und Ausland hoch angesehenen Laser-Lichtbogen-Hybrid-Wärmequellenschweißverfahren entwickelt.

Laser-Doppelbogen-Verbundwärmequelle

Das Laser-Doppellichtbogen-Hybrid-Wärmequellenschweißen ist ein Schweißverfahren, das Laser und zwei MIG-Lichtbögen gleichzeitig kombiniert. Beide MIG-Schweißbrenner verfügen über unabhängige Stromversorgungs- und Drahtvorschubmechanismen und teilen sich den Schweißbrennerkopf über ein eigenes Stromversorgungssystem. Jeder MIG-Schweißbrenner kann beliebig relativ zum anderen Schweißbrenner und der Position des Laserstrahls eingestellt werden, wie in Abbildung 1.5 dargestellt.

Da die drei Wärmequellen gleichzeitig in einem Bereich wirken müssen, ist die Anordnung untereinander besonders wichtig. Um die Position des Hybridschweißkopfes relativ zum Laserstrahl in vertikaler Richtung repositionierbar zu machen, ist es notwendig, bei der Forschung und Auslegung des Prüfgeräts die Größe der MIG-Schweißpistole und den Laserstrahlfokus sorgfältig zu berücksichtigen.

Beim spaltlosen Verbindungsschweißen ist die Schweißgeschwindigkeit beim Laser-Doppellichtbogen-Hybridschweißen etwa 30% höher als beim allgemeinen Laser-MIG-Hybridschweißen und etwa 80% höher als beim Unterpulverschweißen. Der Wärmeeintrag pro Längeneinheit ist etwa 251 TP1 t geringer als beim herkömmlichen Laser-MIG-Hybridschweißen und etwa 801 TP1 t weniger als beim Unterpulverschweißen, und der Schweißprozess ist sehr stabil und übertrifft die Schweißeffizienz des herkömmlichen Laser-MIG-Hybrids weit Schweißen.

Da es MIG-Wärmequellen vor und nach dem Laser gibt, wird die Begrenzung der Schweißrichtung einer einzelnen Laser-MIG-Verbundwärmequelle vermieden, und es ist einfacher, das automatische Schweißen von Blechen mit großer Dicke zu realisieren.

Laser-Plasma-Verbundwärmequelle

Der Plasmalichtbogen hat die Vorteile einer guten Steifigkeit, hohen Temperatur, starker Richtwirkung, guter Lichtbogenzündfähigkeit, schmaler Heizzone und geringer Empfindlichkeit gegenüber der Außenwelt, was gut für das Schweißen mit Verbundwärmequellen ist. Die Anwendung von Plasmalichtbogen und Verbundwerkstoffen für das Stumpfschweißen von dünnen Blechen, die Verbindung von Blechen mit ungleicher Dicke, das Überlappschweißen von verzinkten Blechen, das Schweißen von Aluminiumlegierungen, das Schneiden und das Oberflächenlegieren haben gute Ergebnisse erzielt.

Der Einsatz des Laser-Plasma-Hybridschweißens zum Hochgeschwindigkeitsschweißen von verzinkten Blechen mit einer Dicke von 0,16 mm zeigt, dass der Lichtbogen beim Schweißen auch bei 90 m/min sehr stabil ist und beim Schweißen allein keine Fehler auftreten. Beim Laserschweißen allein mit 48 m/min kommt es zu Lichtbogeninstabilität und Schweißfehlern.

Das Laser-Plasma (PAW)-Hybridschweißen kann wie das Laser-WIG-Hybridschweißen nebeneinander oder koaxial kombiniert werden.

Merkmale des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens

Das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen kombiniert die Vorteile der beiden unabhängigen Wärmequellen (z , niedrige Geräte- und Betriebskosten, ausgereifte Technologieentwicklung und andere Vorteile), vermeiden Sie die Nachteile beider (wie den Verlust von Laserenergie, der durch das hohe Reflexionsvermögen von Metallmaterialien für den Laser verursacht wird, die hohen Kosten der Laserausrüstung und die niedrige Elektrizitäts-Lichtumwandlungseffizienz usw.; niedrigere Energiedichte der Lichtbogenwärmequelle, schlechte Lichtbogenstabilität bei Hochgeschwindigkeitsbewegungen usw.).

Gleichzeitig hat die organische Kombination aus beidem viele neue Eigenschaften hervorgebracht (hohe Energiedichte, hohe Energieausnutzung, hohe Lichtbogenstabilität, geringe Werkzeuggenauigkeit und Oberflächengüte des zu schweißenden Werkstücks usw.) Anwendung Prospektive neue Schweißwärmequelle.

Es kann für Verbundlaser verwendet werden; CO₂ Laser, YAG-Laser, Halbleiterlaser, Faserlaser usw. Einsetzbar für Verbundschweißen Lichtbogenwärmequellen: WIG, MIG, MAG, Plasmalichtbogen usw.

Der oben erwähnte Laser und der Lichtbogen können auf beliebige Weise ohne Einschränkung kombiniert werden, um eine zusammengesetzte Wärmequelle zu konstruieren. Seine Verbundtechnologie weist die folgenden Hauptmerkmale auf.

Lichtbogenvorwärmung verbessert die thermische Effizienz des Lasers

Die optischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe hängen eng mit der Prüftemperatur zusammen. Wenn die Temperatur ansteigt, steigt die Absorptionsrate der Laserenergie des Metalls nichtlinear an. Beim Hybridschweißverfahren bewirkt die Lichtbogenheizung, dass sich das Werkstück aufheizt und schmilzt und der Laserstrahl durch den Lichtbogen direkt auf die Oberfläche des flüssigen Metalls einwirkt, wodurch die Reflektivität des Werkstücks für den Infrarotlaser stark reduziert wird ( vor allem das CO₂ Laser mit einer größeren Wellenlänge) und verbessert die Absorptionsrate des Werkstücks des Lasers.

Darüber hinaus sind die Temperatur und der Ionisationsgrad des Lichtbogenplasmas relativ niedrig, was eine Verdünnungswirkung auf das photoinduzierte Plasma hat, um die Elektronenzahldichte zu verringern, wodurch die Absorption und Brechung des Lasers durch das photoinduzierte Plasma verringert wird. und Erhöhen des Auftreffens auf die Oberfläche des Werkstücks. Laserenergie. Diese Art der Beeinflussung ist jedoch komplizierter, wenn der Schweißstrom groß ist, kann sie sich negativ auswirken.

Beim Laser- und Lichtbogen-Hybridschweißen schmilzt der WIG- oder MIG-Lichtbogen zuerst das Grundmaterial und bestrahlt dann das geschmolzene Metall mit einem Laser, um die Absorptionsrate des Grundmaterials für den Laser zu erhöhen, wodurch die Lichtbogenenergie effektiv genutzt und die Laserleistung. Das Zusammenspiel erhöht die Schweißeffizienz und die Schweißgeschwindigkeit kann 9 m / min erreichen. Durch die Wirkung des Lichtbogens kann ein Laser mit geringerer Leistung verwendet werden, um eine gute Schweißwirkung zu erzielen. Im Vergleich zum Laserschweißen kann es die Produktionskosten senken, die Anforderungen an „hohe Effizienz, Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit“ erfüllen und Laserenergie effektiv nutzen.

Verbessern Sie den Lichtbogenwärmefluss und die Schweißstabilität

Die Laserenergiedichte ist extrem hoch, wodurch das Metall während des Schweißprozesses verdampft und eine große Menge Metallplasma bildet, wodurch eine gute Leiterbahn für den Lichtbogen entsteht und eine starke Anziehungs- und Kontraktionswirkung auf den Lichtbogen ausgeübt wird können den Lichtbogenzünddruck und die Feldstärke reduzieren. Verbessern Sie die Stabilität des Lichtbogens. Aufgrund des Lichtbogenstabilisierungseffekts des Lasers tritt das Lichtbogendrift- oder Lichtbogenbruchphänomen während des Hochgeschwindigkeitsschweißens der Verbundwärmequelle nicht leicht auf, so dass der gesamte Schweißprozess sehr stabil ist und die Spritzer äußerst gering sind. Da der Laser den Lichtbogen schrumpft, nimmt die Wärmestromdichte des Lichtbogens zu und der Laser komprimiert die Lichtbogenwurzel, wodurch die Eindringtiefe weiter erhöht wird.

Bei WIG oder MIG allein ist der Lichtbogen manchmal instabil, insbesondere bei einem kleinen Strom, wenn die Schweißgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert ansteigt, führt dies zu einer Drift des Lichtbogens, wodurch der Schweißprozess unmöglich wird. Beim Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen hilft das vom Laser erzeugte Plasma, den Lichtbogen zu stabilisieren, und der Laser wirkt auf das Schmelzbad, um ein Schlüsselloch zu bilden, das den Lichtbogen anzieht und auch die Schweißstabilität erhöht; und das Schlüsselloch komprimiert die Wurzel des Lichtbogens, wodurch die Nutzung der Lichtbogenenergie erhöht wird. Der Verbundlichtbogen erhöht die Schweißnahtbreite (insbesondere der MIG-Lichtbogen), reduziert die Anforderungen der Wärmequelle an die Montagegenauigkeit, den Versatz und die Zentrierempfindlichkeit des Fügespalts und reduziert den Arbeitsaufwand bei der Werkstückstumpfbearbeitung und -montage. Das Schweißen erfolgt unter einem größeren Fügespalt, was die Produktionseffizienz verbessert.

Das Grundmaterial wird unter der Wirkung des elektrischen Sols geschmolzen, um ein Schmelzbad zu bilden, und der Laserstrahl wirkt auf den Boden des Lichtbogens, um das Schmelzbad zu bilden. Das flüssige Metall hat eine hohe Absorptionsrate des Laserstrahls, daher ist die Eindringtiefe beim Hybridschweißen größer als beim einfachen Laserschweißen, das dem Laserschweißen entspricht. Im Vergleich zum Laserschweißen mit hoher Leistung kann die Eindringtiefe des Wärmequellen-Verbundschweißens verdoppelt werden, insbesondere beim Schweißen von engen Spalten und großen dicken Blechen. Beim Laserlichtbogen-Hybridschweißen kann der Lichtbogen unter Einwirkung des Lasers in die Tiefe der Schweißnaht eintauchen. Reduzieren Sie die Menge an Schweißzusatz und realisieren Sie Tiefschweißen von großen und dicken Blechen.

Verbessern Sie die Schweißeffizienz und senken Sie die Kosten

Durch die Vorwärmwirkung des Lichtbogens wird die Absorptionsrate der Laserenergie durch das Werkstück erhöht und damit die Einschweißtiefe erhöht. Darüber hinaus kann die Lichtbogenwärme durch die durch das schwache Licht erzeugten kleinen Löcher auch auf das Innere des Werkstücks einwirken, was die Eindringtiefe weiter erhöht. Der Vergleich der Querschnittsform der Schweißnaht der 6 mm dicken 1Cr18NigTi-Edelstahlplatte mit verschiedenen Schweißverfahren (Laserschweißen, MIG-Schweißen und Laser-MIG-Hybridschweißen) ist in Abbildung 1.6 dargestellt.

Das Zusammenspiel von Laser und Lichtbogen macht die Energiewirkung des Hybridschweißens größer als die Summe der Energiewirkungen zweier separater Wärmequellen und macht das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen auch gegenüber einer einzelnen Wärmequelle offensichtliche Vorteile Schweißverfahren. Bei gleicher Eindringtiefe kann die Schweißgeschwindigkeit um das 1- bis 2-fache erhöht werden, was die Schweißeffizienz erheblich verbessert, den Bedarf an Laserleistung reduziert und die Ausrüstungsinvestitionen und Produktionskosten reduziert.

Kombination aus Laser und Lichtbogen

Es gibt zwei Möglichkeiten, Laser- und Lichtbogenschweißen zu kombinieren. Einer ist entlang der Schweißrichtung, der Abstand zwischen Laser und Lichtbogen ist groß und sie sind davor und danach in Reihe angeordnet. Die beiden wirken als unabhängige Wärmequellen auf das Werkstück. Der Hauptzweck besteht darin, die Lichtbogenwärmequelle zum Vorwärmen oder Nachwärmen der Schweißnaht zu verwenden, um die Laserabsorptionsrate zu verbessern. Der Zweck der Verbesserung der Schweißstruktur und Leistung.

Aufgrund der kurzen Wellenlänge von Festkörperlasern bietet es einzigartige Vorteile in der Materialbearbeitung, insbesondere in der Schweißbearbeitung (z ist leicht zu erreichen, Flexibilität und Automatisierung des Schweißens usw.), so dass dem Festkörperlaser + Lichtbogen-Hybrid-Wärmequellenschweißen immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird.

In der Produktionspraxis verwenden Laser-Arc-Verbundwärmequellen meist CO₂ Laser und YAG-Laser (Halbleiterfaserlaser wurden in den letzten Jahren sukzessive gefördert). Entsprechend der relativen Position von Laser und Lichtbogen gibt es paraxiale Verbundwerkstoffe und koaxiale Verbundwerkstoffe, wie in der Abbildung gezeigt. Wie in 1.7 gezeigt.

Paraxiale Verbindung

Paraxiale Rekombination bedeutet, dass die Laserstrahlen und der Lichtbogen in einem bestimmten Winkel an der gleichen Stelle des Werkstücks zusammenwirken, d des Lichtbogens oder hinter dem Lichtbogen, wie in der Abbildung in 1.8(a) gezeigt. Paraxiale Rekombination ist einfacher zu erreichen. Es kann Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen (WIG) mit nicht schmelzender Elektrode oder MIG-Lichtbogen mit geschmolzener Elektrode verwendet werden, was derzeit ein weit verbreitetes Verfahren ist.

Koaxialer Verbund

Koaxiale Rekombination bedeutet, dass der Laser und der Lichtbogen koaxial auf die gleiche Position des Werkstücks wirken, d. h. der Laser geht durch die Mitte des Lichtbogens oder der Lichtbogen geht durch die Mitte des Ringlaserstrahls, um die Oberfläche des Werkstücks zu erreichen , wie in Abbildung 1.8 (b) gezeigt. Koaxialer Verbund ist schwieriger und der Prozess ist komplizierter, daher wird häufig WIG-Lichtbogen oder PAW-Lichtbogen (Plasma Arc Welding, Plasma Arc Welding) verwendet.

Der Einfluss der vorderen und hinteren Position des Lasers

Die relative Position des Lasers und des Lichtbogens beeinflusst die Bildung der Schweißoberfläche und die Mikrostruktureigenschaften. Studien haben gezeigt, dass die Oberseite der Schweißnaht gleichmäßig geformt und voll und schön ist, bevor der Laserstrahl im Lichtbogen ist, insbesondere wenn die Schweißgeschwindigkeit hoch ist, ist der Effekt deutlicher; Während sich der Lichtbogen vor dem Laserstrahl befindet, erscheinen auf der Oberseite der Schweißnaht Rillen.

Durch Analyse der Zusammensetzung und Leistung der Schweißnaht ist bekannt, dass der Elementgehalt in beiden Fällen vom oberen zum unteren Teil der Schweißnaht ansteigt. Die Härte des oberen Teils der Schweißnaht vor dem Lichtbogen durch den Laser ist geringer als die des unteren Teils, und die Härte des oberen Teils der Schweißung nach dem Laser ist größer als die Härte des unteren Teils.

Der Grund dafür ist, dass die Wärmequelle bei hinterem Lichtbogen eine große Wirkungsfläche hat und die Wärmequelle nach dem Schweißen entfernt wird Das langsame Abkühlen der Naht fördert das Entweichen des Gases in der Schmelze Pool und gute Formation; Nachdem die Lichtbogenwärmequelle auf den Laser einwirkt, entspricht dies einem Tempern der Schweißnaht, und die Wärme kann nicht auf den tieferen Teil der Schweißnaht übertragen werden, so dass der untere Teil nicht angelassen wird die Schweißnaht ist kleiner als der untere Teil.

Nicht nur der Unterschied zwischen Laservorder- und Rückseite und Lichtbogen wirkt sich auf den Schweißprozess aus, sondern auch der Abstandsunterschied hat Einfluss auf den Schweißprozess. Der Abstand zwischen ihnen beeinflusst den Tropfenübergang beim Hybridschweißen. Die Tröpfchenübertragung ist beim Hochgeschwindigkeits-MIG-Schweißen sehr instabil. Beim Laser-MIG-Hybrid-Schweißen wurden aufgrund der thermischen Strahlungswirkung des Laserplasmas auf den Tropfen und der Absorption des Lichtbogens dessen Form und der Kraftzustand des Tropfens geändert, und der Tropfenübergang wurde geändert. Unterschiedliche Schweißströme haben unterschiedliche optimale Laser- und Lichtbogenabstände. Bei optimalem Abstand ist die Tröpfchenübertragungsform eine einzelne stabile Strahlübertragung, der Strom und die Spannung sind konstant und die Schweißnaht ist gut ausgebildet.

In Abbildung 1.9(a) befindet sich der Lichtbogen in der Mitte der beiden Laserstrahlen. Nachdem der YAG-Laserstrahl aus der optischen Faser ausgegeben wurde, wird er in zwei Strahlen geteilt und durch einen Linsensatz neu fokussiert. Die Elektrode und der Lichtbogen werden unter der Linse platziert, und der Brennpunkt ihres Strahlungspunktes fällt zusammen. Zur Zeit werden 8 Wolframelektroden verwendet, die gleichmäßig unter 45° auf einem Kreisring mit einem bestimmten Durchmesser verteilt sind.

Die Wolframelektroden werden von unabhängigen Stromquellen gespeist. Während des Schweißprozesses werden die beiden Elektrodenpaare in der entsprechenden Richtung so gesteuert, dass sie entsprechend der Richtung der Brennerbewegung arbeiten und eine Wärmequelle in der vorderen und hinteren Richtung bilden. Das Entwerfen der hohlen Wolframelektrode, damit der Laserstrahl durch das Zentrum des Kreises hindurchgeht, ist auch ein übliches Verfahren für die koaxiale Rekombination. Der koaxiale Verbund löst das Problem der Richtwirkung des paraxialen Verbundes und eignet sich zum Schweißen von dreidimensionalen Strukturteilen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Negation der Schweißpistole komplizierter ist.

Spannungs- und Stromänderungen beim Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen

Das Zusammenspiel von Laser und Lichtbogen bildet ein Schweißverfahren, das die Anpassungsfähigkeit erhöht. Es vermeidet die Unzulänglichkeiten eines einzigen Schweißverfahrens. Es hat die Vorteile, die Energie zu erhöhen, die Eindringtiefe zu erhöhen und den Schweißprozess zu stabilisieren. Es reduziert auch den Montageaufwand und ermöglicht das Schweißen von hochreflektierenden Materialien. Viele Vorteile.

Abbildung 1.10 zeigt die Verläufe von Lichtbogenspannung und Schweißstrom beim reinen WIG-Schweißen und beim Laser-WIG-Hybridschweißen. In Abbildung 1.10(a) beträgt die Schweißgeschwindigkeit 135 cm/min und der WIG-Schweißstrom 100 A. Es ist zu erkennen, dass beim Laser-WIG-Hybridschweißen die Lichtbogenspannung und der Schweißstrom deutlich erhöht werden. In Abbildung 1.10(b) beträgt die Schweißgeschwindigkeit 270 cm/min und der WIG-Schweißstrom 70 A. Es ist ersichtlich, dass beim WIG-Schweißen allein die Lichtbogenspannung und der Schweißstrom instabil sind. Es ist schwierig zu schweißen, während die Spannung beim WIG-Hybridschweißen und der Schweißstrom sehr stabil sind und das Schweißen reibungslos durchgeführt werden kann.

Unter Laserdrahtschweißen versteht man das Füllen der Schweißnaht mit Schweißdraht während des Laserschweißens. Das Hinzufügen von Schweißdraht hat zwei Zwecke: Normales Schweißen kann noch durchgeführt werden, wenn der Fügespalt nicht ideal ist, damit die Schweißnaht gut geformt werden kann. Die zweite besteht darin, die Zusammensetzung und Struktur der Schweißnaht so zu ändern, dass die Schweißnaht bestimmte Leistungsanforderungen erfüllen kann.

Beim Draht-Tiefschweißen ist darauf zu achten, dass der Schweißdraht nicht zu schnell zugeführt wird. Es wird die kleinen Löcher im Schmelzbad nicht beschädigen. Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung des Drahtlaserschweißens unter anderen Schweißbedingungen unverändert. Die Schweißnahtbreite ist schmaler, als wenn kein Draht hinzugefügt wird. Denn das Aufschmelzen des Zusatzdrahtes verbraucht bei gleichem Wärmeeintrag einen Teil des Lichts. Energie, die zum Aufschmelzen des Grundmaterials aufgewendete Energie wird entsprechend reduziert.