Przez kształtowanie wiązki często mamy na myśli użycie soczewek kształtujących wiązkę, soczewek, mikrosoczewek lub włókien o różnych kształtach w celu uzyskania efektu homogenizacji w punkcie świetlnym. Przedstawiamy nową metodę: technologię spawania BrightLine firmy TRUMP, wykorzystującą włókno 2-in-1 (rysunek 1), które składa się z wewnętrznego rdzenia włókna i zewnętrznego pierścienia włókna. Dwie wiązki nakładają się, aby oddziaływać na obszar obróbki.
Rysunek 1 2-w-1 technologii światłowodowej firmy TRUNP
W procesie głębokiej penetracji metal w maleńkim miejscu jest topiony i odparowywany przez ciepło lasera, wytwarzając parę pod wysokim ciśnieniem na dnie maleńkiego otworu. Para wyrzucana jest z dna, powodując straty materiału, zwane również rozpryskami. Cały proces przypomina gotowanie wody w domu, która nieustannie wytwarza bąbelki. Podczas korzystania z wiązki kształtującej 2-in-1 włókno pierścienia zewnętrznego zapewnia większy obszar „buforu” wokół mikroapertury, umożliwiając ucieczkę pary pod wysokim ciśnieniem. Zewnętrzna belka pierścieniowa pomaga stworzyć bardziej stabilny proces spawania z głębszym topnieniem.
Jednocześnie zewnętrzna belka pierścieniowa zmienia kierunek przepływu roztopionego ciekłego metalu jeziornego (rysunek 2). Przyspieszony przepływ roztopionego metalu w kierunku powierzchni jest odchylany w bok pod wpływem impulsu wiązki pierścieniowej. W związku z tym, pod wpływem łącznego efektu powyższych dwóch zmian, eksperymentalnie udowodniono, że technika wewnętrznego i zewnętrznego kształtowania włókien może zredukować rozpryski o 90 procent.
Rysunek 2 Zmiana jeziorka pod wpływem działania belek wewnętrznych i zewnętrznych
Trajektorię oscylacji wiązki pokazano na poniższym rysunku. W przypadku niektórych procesów spawania doczołowego i zakładkowego, w których występują szczeliny między częściami i brak materiału dodatkowego, a konwencjonalne spawanie laserowe przebiega wzdłuż linii prostej wzdłuż szczeliny, efektywne spawanie nie jest możliwe. W związku z tym wprowadzane są oscylacje wiązki (oscylacja lub chybotanie), gdzie linie proste oraz ruchy w górę iw dół nakładają się, tworząc spiralę (rysunek 3), zwiększając obszar roztopionego jeziorka, w którym płyn metalowy wypełnia szczelinę do spawania. Zastosowanie oscylacji wiązki ma dodatkową zaletę w postaci kompensacji błędów wymiarowych części, zmniejszenia porowatości i zwiększenia estetyki spoiny oraz stabilności procesu spawania.
Rysunek 3 Ruch w linii prostej i nałożona na siebie trajektoria ruchu w górę iw dół
Zastosowanie kombinacji kształtowania wiązki i oscylacji wiązki może znacznie poprawić stabilność procesu spawania wgłębnego, spawalność stopów aluminium i stali o wysokiej wytrzymałości oraz skutecznie uniknąć mikropęknięć. Jednak w przypadku niektórych materiałów nadal występują przypadkowe mikropęknięcia. Rysunki 4-6 poniżej pokazują wydajność spawania stopu aluminium serii 6XXX w trzech warunkach kształtowania wiązki, oscylacji wiązki oraz kształtowania i oscylacji wiązki.
Rysunek 4 Wpływ mikroskopijnej sekcji spawalniczej kształtującej wiązkę
Rysunek 5 mikroskopijny efekt przekroju zgrzewania wahadłowego belki
Rysunek 6 Efekt mikroskopijnego kształtowania belki i przekroju zgrzewania kołysania belki
