Увод технологије ласера ​​заваривања

1. Преглед технологије ласерских заваривања

1.1 Дефиниција ласерских заваривања

Ласерско заваривање је процес придруживања материјалима који користи концентрисани ласерски сноп за топљење и осигурача, Стварање јаких, Трајне обвезнице.

Ова технологија претвара електричну енергију у фокусирану светлосну светлост која се креће у таласној дужини од 1060НМ (ласери влакана) до 10.600нм (Цоу ласери)-Коме преноси интензивну топлоту на радни комад, Омогућавање локализованог топљења без широког топлотног изобличења.

За разлику од традиционалних метода заваривања (нпр., Ја, Камен), Ласерски заваривање се ослања на оптичке системе за усмеравање греде, Допуштање прецизне контроле над енергетским уносом.

Због тога је идеално за спајање танких листова, Микро-компоненте, и различитог материјала, са апликацијама које се протежу у простор, ваздухопловство, електроника, и медицински уређаји.

1.2 Позадина развоја и значаја

• Историјске прекретнице:
  • 1960с: Први ласерски завари су се изводили помоћу рубинских ласера, Иако ограничена снага и поузданост ограничена индустријска употреба.
  • 1970с: Цоу ласери (10КВ Повер) Омогућено дубоко заваривање пенетрације дебелог челика, Означавање првог великог индустријског усвајања.
  • 2000с: Ласери влакана револуционирали је поље са 30-40% енергетске ефикасности, компактни дизајн, и врхунски квалитет снопа, смањујући оперативне трошкове од стране 50% у поређењу са ЦОУ системима.
• Индустријски значај:
  • Омогућава масовну производњу лагане тежине, Компоненте високог снагом у електричним возилима (ЕВс) и авионе.
  • Олакшава минијатуризацију у електроници, попут заваривања жица дебљине 50 уМ у микрочиповима.
  • Подржава одрживу производњу смањеним материјалним отпадом и потрошњом енергије.

1.3 Основне предности

2. Основни принципи ласерских заваривања

2.1 Физичка својства ласера

Ласери који се користе у заваривању деле ове кључне особине:

• Монохроматство: Светлост једне таласне дужине концентрише енергетску ефикасно.
• Просторна кохеренција: Уска фокус снопа даје велике густине снаге (до 10⁶-10⁸ в / цм²).
• Усмерен: Ниска дивергенција осигурава доследну доставу енергије преко растојања.
• Опсег таласне дужине: Цоу ласери (~ 10,6 μм), Исечак:Иаг (~ 1.06 μм), и ласери влакана / диска (~ 1,07 μм) Понудите компјуте у апсорпцији, ефикасност, и квалитет снопа.

2.2 Физички механизам процеса заваривања

1. Апсорпција: Површина материјала Апсорбује ласерску енергију, температура подизања.
2. Топљење: Локализовано топљење формира мали базен за заваривање.
3. Формирање кварова (Режим пенетрације): На великом густоћима снаге, испаравање ствара шупљину ("Обојка") које замке ласерско светло, Вожња дубоком пенетрацијом.
4. Динамика базена: Површинска напетост и притисак од повратка Управљајте током растопљеног метала око кључанице.
5. Очвршћавање: Како се креће сноп, Метал хлади и учвршћује, Формирање шава заваривања.

2.3 Класификација начина заваривања

• Непрекидни талас (Цв): Испоручује стални сноп за доследну испоруку топлоте, Идеално за дубоко заваривање кључастих отвора на великим брзинама.
• Који се тиче: Емитује кратке импулсе (μС-МС) За ограничавање уноса топлоте, Дубина управљања продирањем, и произвести "сложени-димес" изглед заваривања.
• Хибрид Ласер-Арц: Комбинује ласерски сноп са МиГ / Маг Арц, Нудећи дубље пенетрацију на смањеној ласерској моћи и повећаној толеранцији на заједничке празнине.

3. Ласерска опрема за заваривање и компоненте

3.1 Технологија ласера ​​извора

• Цоу ласери: Испуњен гасом, Висока просечна снага, Али захтевају сложене огледала за вођење снопа и имају дуже таласне дужине (~ 10,6 μм).
• Исечак:Иаг ласери: Чврсто стање, К-прекинута за пулсирану операцију, компактни резонатор - али нижа просечна снага од влакана .
• Ласери влакана: Запошљавање допедске језгре за добитак; понудити одличан квалитет снопа, Висока електрична ефикасност, и рад без одржавања.
• Ласери на диску: Медијум танких дискова пружа велике густине снаге и добро термичко руковање, Погодно за веома високо напајање апликација.

3.2 Оптички систем

• Достава снопа: Огледала (Рефлективна оптика) или влакно-оптички каблови водич за смеће из извора до радних глава.
• Фокусирање оптике: Користите параболична огледала (Цо₂) или Знсе / КЦл сочива (до ~ 4 кВ) да концентришете греду на 0,1-1 мм жаришне тачке.
• Обликовање снопа: Напредни модули за обликовање снопа (нпр., Диффрактивна оптика) могу прилагодити интензитете профиле за прилагођене геометрије заваривања.

3.3 Контрола покрета

• Картезијске гаранте & Роботи: Обезбедите поновно покретање КСИЗ-а; Роботи омогућавају артикулације са пет осовина за сложене геометрије.
• Скенери галванметра: Брзо управљање за заваривање на летењу без померања радног комада.
• Интегрисана контрола: Везе координације у реалном времену Снага снопова, Пулсни параметри, и брзину путовања за доследан квалитет заваривања.

3.4 Систем хлађења и сигурности

• Хлађење: Водени хладњаци за затворене петље одржавају ласерски извор и оптику на стабилним температурама, Спречавање термичког дрифта.
• Заштитни гас: Аргон или Хелиум штити базен за заваривање од оксидационе и уградње у плазми.
• Енцлосурес & Блокада: Ласерско-сигурна кућишта са закључавањем врата и хитне престане осигуравају сигурност оператера.
• Вађење дима: Вентилациони системи уклањају дим, прскати, и паре да одржавају оптичку јасноћу и здравље на радном месту.

4. Параметри процеса и оптимизација

4.1 Кључни параметри процеса

4.2 Технике оптимизације

• Софтвер за гнежђење:
  • Програми попут АутоЦАД заваривања оптимизирају путеве за заваривање да би се смањили резање, Време смањења циклуса 20%.
• Праћење у стварном времену:
  • Пирометри мере температуру базена (нпр., 1800° Ц за челик) да подесите снагу у реалном времену.
  • Системи машинских визија откривају недостатке (порозност, подцртавање) са 99% тачност.

5. Поступак заваривања за одређене материјале

Прилагодљивост ласерских заваривања омогућава да се придружи разним материјалима:

5.1 Обојени метали

• нерђајући челик: Ласерски заваривање производи уски, Дубоко заваривање са минималним изобличењем, Идеално за апликације које захтевају високу отпорност на корозију.
• угљенични челик: Захтева прецизну контролу да се спречи пуцање; Предгревање је потребно да буде потребно за варијанте високог угљеника.

5.2 Неплодни метали

• Алуминијум: Висока рефлективност и термичка проводљивост представљају изазове; Употреба краћих ласера ​​таласних дужина и одговарајуће припреме површине побољшава резултате.
• Бакар: Његова висока рефлективност и проводљивост захтевају ласере са високим снагама или специјализоване таласне дужине, као што су плави ласери, Да би се постигли квалитетни завари .

5.3 Посебни материјали

• Легуре титанијума: Захтевају инертну заштиту гаса како би се спречило контаминација; Ласерски заваривање нуди прецизну контролу, што га чини погодним за ваздухопловне апликације.
• Легуре никла: Искористите способност ласерског заваривања да производи спојеве са високим чврстоћом са минималним зонама погођеним топлотом.

6. Предности ласера ​​заваривања

6.1 Прецизност и контрола

• Могућност микро-заваривања:
  • Придружује се жицама пречника 50 уМ у сензорима МЕМС-а са 99.9% стопа успеха, Критично за ваздухопловни системи за навигацију.
• Димензионална тачност:
  • ± 0,02 мм толеранција за компоненте за пренос аутомобила, Елиминисање обраде пост-заваривања.

6.2 Свестраност

• Различито материјално заваривање:
  • Челик до алуминијумских спојева у ЕВ моторима, постигнут путем ласерских лемљења са алуминијум-силицијумним металом за пуњење.
• Цомплек Геометри:
  • 3Д Ласер заваривање закривљених титанијумских листова за ракетне млазнице, процес је немогућ са традиционалним методама.

6.3 Брзина и ефикасност

• Пропусност:
  • Ласерски заваривање влакана од 5кВ 1000 Зглоб аутомобилске врата на сат, 3к брже од ТИГ заваривања.
• Уштеда енергије:
  • Ласери влакана конзумирају 50% мање електричне енергије него коон ласери, Снижавање оперативних трошкова на 0,30 УСД - 1,00 УСД по метру заваривања.

7. Апликације ласерских заваривања

7.1 Аутомотиве Индустри

• Телесно у бело (Певати):
  • Тесла Гигафацториес Користите 10кВ ласери влакана за заваривање алуминијумске и челичне компоненте, Смањивање тежине возила од стране 20% и побољшање сигурности судара.
• Погонски стручњак:
  • Диференцијални зупчаници ласера (20Мнцр5 челик) са 0,1 мм ГАП толеранцијом, обезбеђивање глатке операције на 10,000 Рпм.

7.2 Ваздухопловна индустрија

• Структурне компоненте:
  • Боеинг 787 Дреамлинер користи ласерско заваривање за титанијум крило коже, Смањивање броја дела 30% и на монтажном времену за 50%.
• Мотор Партс:
  • Роллс-Роице Трент мотори имају фракцију ласерског завареног језика за заваревање никла, Издржавање 1500 ° Ц и побољшање ефикасности горива 5%.

7.3 Индустрија електронике

• Микроелектроника:
  • Аппле Ватцх Баттери Цонтацтс (0.2бакар дебљине мм) Заварени са пулсираним диолним ласерима, постизање постизања 99.99% Принос у производњи високог обима.
• Оптоелектроника:
  • Херметичко заптивање ласерских диода са прецизношћу од 10 уМ, Критично за оптичке оптичке комуникационе уређаје.

7.4 Медицински уређаји

• Хируршки инструменти:
  • Ласерско заварило нехрђајући челични пиле са храпавошћу од 5 ума, Састанак ИСО-а 23360 Медицински стандарди.
• Уређаји у имплантаљима:
  • ГрафТС стент (нитинол легура) Заварен ултрафаст ласерима, Минимизирање оштећења топлоте на својства памћења облика.

7.5 Енергија и грађевинарство

• Обновљива енергија:
  • Соларни оквири панела (алуминијум) Заварени у 10м / мин са ласерима од 1кВ влакана, који омогућава 98% Коришћење материјала у производњи ПВ модула.
• Инфраструктура:
  • Челичне мостове за заварене ласерске (20дебљине мм) Коришћење хибридне технологије, Смањење трошкова одржавања 40% Због врхунског отпора умор.

8. Ласерски заваривање вс. Конвенционално заваривање

Ласерски заваривање се разликује од конвенционалних метода заваривања на више начина:

• Унос топлоте: Ласерски заваривање има нижи унос топлоте, Смањивање изобличења и побољшање квалитета зглоба.
• Брзина: Ласерски заваривање је углавном брже, што води до краћих времена производње.
• Свестраност материјала: Ласерски заваривање може се придружити ширем распону материјала и дебљине од многих традиционалних метода.

Табле 2: Поређење метода заваривања

9. Често постављана питања ласера ​​заваривања

К1: Које врсте материјала могу бити заварене ласерима?

А1: Ласери могу заварити разне материјале, укључујући обојене и неплодне метале, пластике, и композити.

К2: Која је разлика између континуираног и пулсаног ласерског заваривања?

А2: Континуирано ласерско заваривање користи константну греду за велике брзине апликација, Док је пулсирано ласерско заваривање доноси енергију у рафалима за већу контролу.

К3: Како ласерски заваривање упоређује са традиционалним методама заваривања?

А3: Ласерски заваривање нуди нижи унос топлоте, већа прецизност, и већа брзина у поређењу са многим конвенционалним техникама заваривања.

10. Закључак

Ласерска технологија заваривања је револуционирала производни пејзаж, нудећи прецизно, ефикасан, и свестрана решења за различите апликације.

Разумевање његових принципа, предности, а апликације омогућавају индустрију да ефикасно искористе ову технологију.

Како се напредују настављају, Ласерски заваривање ће играти све видљиву улогу у модерним производним процесима, Вожња иновацијама и ефикасношћу преко сектора.

Наш партнер: https://dz-machining.com/