Naujienos ir įvykiai

Lazerinio suvirinimo principas ir privalumai Įvadas

Lazerinio suvirinimo apžvalga

Lazerinis suvirinimas, kaip moderni suvirinimo technologija, turi tokius privalumus kaip gilus įsiskverbimas, didelis greitis, maža deformacija, didelis galios tankis ir atsparumas magnetiniams laukams. Jis plačiai naudojamas aukštos klasės tiksliosios gamybos srityse, tokiose kaip automobiliai, laivai ir aviacija. Šiame straipsnyje daugiausia pristatomas lazerinio suvirinimo principas, privalumai ir trūkumai, padedant žmonėms, kurie nėra naudoję lazerinio suvirinimo, susidaryti preliminarų supratimą apie šią suvirinimo technologiją.

Lazerinio suvirinimo principas

Lazerinis suvirinimas gali būti atliekamas naudojant nuolatinius arba impulsinius lazerio spindulius, o lazerinio suvirinimo principą galima suskirstyti į šilumos laidumo suvirinimą ir lazerinį giluminio įsiskverbimo suvirinimą.

Mažesnis nei 104–105 W/cm2 galios tankis laikomas šiluminio laidumo suvirinimu, kai suvirinimo gylis yra mažas, o suvirinimo greitis mažas. Lazerinio suvirinimo principas: lazerio spinduliuotė kaitina apdorojamą paviršių, o paviršiaus šiluma nukreipiama į vidų, kur ji pasklinda per šilumos perdavimą. Valdant tokius parametrus kaip lazerio impulso plotis, energija, galia ir dažnis, ruošinys išlydomas, suformuojant specifinį išlydyto metalo telkinį.
Lazerinis giluminio įsiskverbimo suvirinimas paprastai naudoja nuolatinį lazerio spindulį medžiagoms sujungti, o jo metalurginis fizikinis procesas yra labai panašus į elektronų pluošto suvirinimą. Energijos konversijos mechanizmas pasiekiamas per mažas skylutes. Didelės galios tankio lazerio spinduliuotės metu medžiaga išgaruoja, sudarydama mažas skylutes, kurios užpildomos garais kaip juodas kūnas ir sugeria beveik visą krintančios šviesos energiją. Šiluma perduodama iš aukštos temperatūros ertmės išorinės sienelės, todėl ertmę supantis metalas išsilydo. Šviesos spindulio spinduliuotės metu sienelės medžiaga nuolat garuoja, sudarydama aukštos temperatūros garus. Skysčio tekėjimo už skylės sienelės susidariusio sienelės sluoksnio paviršiaus įtempis yra nuolatinėje pusiausvyroje su garų slėgiu, nuolat generuojamu skylės ertmėje. Šviesos spindulys nuolat patenka į mažą skylę, kuri visada yra stabilioje tekėjimo būsenoje. Skylės sienelę supantis išlydytas metalas juda į priekį kartu su priekiniu šviesos spinduliu, užpildydamas mažos skylės paliktą tarpą ir atitinkamai kondensuodamasis, taip suformuodamas suvirinimo siūlę.

Lazerinio suvirinimo taikymo sritis

Lazerinis suvirinimas plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip:

Automobilių pramonė: lazerinis suvirinimas gali užtikrinti efektyvų ir tikslų automobilių komponentų sujungimą, pagerinti našumą ir kokybę, sumažinti sąnaudas ir taršą. Lazerinis suvirinimas gali būti naudojamas suvirinant tokius komponentus kaip automobilių kėbulai, važiuoklės, varikliai, transmisijos, išmetimo vamzdžiai, oro pagalvės, prietaisų skydeliai ir kt. Pavyzdžiui, lazerinis suvirinimas gali pasiekti integruotą automobilių galinių bortų dizainą, sumažinti dalių skaičių ir svorį, pagerinti standumą ir stiprumą, pagerinti išvaizdą ir saugumą.
Laivų statyba: lazerinis suvirinimas gali būti naudojamas laivų plokštėms sujungti, tradicinio suvirinimo metu atsirandančioms deformacijos ir iškraipymo problemoms spręsti, suvirinimo siūlių kokybei ir stiprumui gerinti, medžiagų sunaudojimui ir darbo sąnaudoms mažinti. Lazerinis suvirinimas gali būti naudojamas laivų konstrukcijoms, deniams, pertvaroms, triumams, vamzdynams ir kitiems komponentams suvirinti. Pavyzdžiui, lazerinis suvirinimas gali padėti greitai surinkti dideles laivų konstrukcijas, sutrumpinti statybos ciklus ir pagerinti gamybos efektyvumą.
Namų sritis: Lazerinis suvirinimas gali būti naudojamas visų aliuminio namų gamybai, užtikrinant vientisą aliuminio lydinio profilių sujungimą, gerinant namų estetiką ir ilgaamžiškumą bei tenkinant aplinkos apsaugos ir sveikatos poreikius. Lazerinis suvirinimas gali būti naudojamas namų apyvokos reikmenų, tokių kaip visos aliuminio spintos, visos aliuminio knygų lentynos ir visos aliuminio batų spintos, gamybai. Pavyzdžiui, lazerinis suvirinimas gali pasiekti nulinį formaldehido kiekį, nulinę taršą ir perdirbimo vertę visuose aliuminio namuose, sukuriant naują ekologiškų ir madingų namų apstatymo koncepciją.

Lazerinio suvirinimo klasifikacija

Pagal skirtingus lazerių energijos išvesties režimus, lazerinį suvirinimą galima suskirstyti į nepertraukiamą lazerinį suvirinimą ir impulsinį lazerinį suvirinimą. Nepertraukiamo lazerinio suvirinimo metu suvirinimo proceso metu susidaro nepertraukiama ir nenutrūkstama suvirinimo morfologija, o impulsinio lazerinio suvirinimo metu dėl netolygaus energijos tiekimo į ruošinio paviršių suvirinamo ruošinio paviršiuje susidaro apskrita suvirinimo vieta. Atsižvelgiant į lazerio parametrų pokyčius, galima gauti skirtingas suvirinimo vietas. Pagal skirtingą lazeriu sufokusuotos vietos galios tankį, lazerinį suvirinimą galima suskirstyti į šilumos laidumo suvirinimą ir gilaus įsiskverbimo suvirinimą.

1. Lazerinis šilumos laidumo suvirinimas

Lazerio šilumos laidumo suvirinimo taško, esančio ant ruošinio paviršiaus, galios tankis yra santykinai mažas, paprastai mažesnis nei 105 W/cm2. Lazeris perduoda energiją į suvirinto ruošinio paviršių, įkaitindamas metalo paviršių iki temperatūros tarp lydymosi ir virimo temperatūrų. Metalinių medžiagų paviršius paverčia sugertą šviesos energiją šilumos energija, todėl metalo paviršiaus temperatūra nuolat kyla ir lydosi. Tada šilumos energija per šilumos laidumą perduodama į metalo vidų, palaipsniui plečiant lydymosi plotą. Atvėsus susidaro suvirinimo taškas arba suvirinimo siūlė. Šis suvirinimo principas yra panašus į volframo inertinių dujų lankinį suvirinimą (TIG), vadinamą šilumos laidumo suvirinimu.

2. Lazerinis giluminis suvirinimas (mažų skylių suvirinimas)

Kai lazerio galios tankis, taikomas metalo paviršiui, yra didesnis nei 105 W/cm2, didelės galios lazerio spindulys veikia metalo medžiagos paviršių, sukeldamas vietinį lydymąsi ir „mažų skylučių“ susidarymą. Lazerio spindulys prasiskverbia į išlydyto metalo vonelės vidų per „mažas skylutes“, o metalas lydosi priešais mažas skylutes. Išlydytas metalas teka aplink mažas skylutes atgal, vėl sukietėja ir sudaro suvirinimo siūlę.

Lazerinio suvirinimo privalumai ir trūkumai

Lazerinis suvirinimas yra efektyvus ir tikslus suvirinimo metodas, kurio metu kaip šilumos šaltinis naudojamas didelio energijos tankio lazerio spindulys. Lazerinis suvirinimas yra vienas iš svarbių lazerinio medžiagų apdorojimo technologijos taikymo aspektų, plačiai naudojamas tokiose srityse kaip automobilių pramonė, aviacija, elektronika ir medicina. Jis pasižymi dideliu greičiu, aukšta kokybe, dideliu lankstumu ir ekologiška aplinka.

Taigi, kokie lazerinio suvirinimo pranašumai, palyginti su tradiciniais suvirinimo metodais? Su kokiais sunkumais susiduriama lazerinio suvirinimo metu ir kaip juos galima išspręsti? Kokios yra dažniausios lazerinio suvirinimo taikymo sritys?

Lazerinio suvirinimo privalumai

Palyginti su tradiciniais suvirinimo metodais, lazerinis suvirinimas turi šiuos privalumus:

Didelis greitis, didelis suvirinimo gylis ir maža deformacija. Lazerinis suvirinimas pasižymi dideliu energijos tankiu, dideliu įkaitimo ir aušinimo greičiu, maža karščio paveikta zona ir mažu suvirinimo įtempiu bei deformacija. Lazerinis suvirinimas gali pasiekti didelį suvirinimo siūlių kraštinių santykį, maksimalų 10:1.
Bekontaktis apdorojimas, didelis lankstumas. Lazerinis suvirinimas nereikalauja sąlyčio su ruošiniu, elektrodų ar užpildų, o tai gali sumažinti taršą ir nuostolius. Lazerinis suvirinimas gali būti perduodamas ir transformuojamas per optinius komponentus, todėl lengva bendradarbiauti su robotais ir pasiekti automatizavimą bei daugiapozicinį apdorojimą. Lazerinis suvirinimas taip pat gali būti atliekamas kambario temperatūroje arba specialiomis sąlygomis, tinka sunkiai prieinamų dalių ar ugniai atsparių medžiagų suvirinimui.
Aukšta kokybė ir geri rezultatai. Lazerinis suvirinimas dėl mažo šilumos tiekimo ir greito aušinimo gali sumažinti defektus, tokius kaip poringumas ir įtrūkimai, bei pagerinti suvirinimo siūlės tankį ir stiprumą. Lazerinis suvirinimas taip pat gali sujungti skirtingus metalus ar nepanašias medžiagas, pagerindamas struktūrą ir savybes.
Žalias ir draugiškas aplinkai, saugus ir be taršos. Lazerinis suvirinimas neišskiria kenksmingų dujų ar triukšmo, nėra veikiamas elektrinių ar magnetinių laukų ir yra nekenksmingas žmonių sveikatai ir aplinkai.

Lazerinio suvirinimo sunkumai ir sprendimai

Nors lazerinis suvirinimas turi daug privalumų, suvirinimo metu vis dar kyla tam tikrų problemų:

Suvirinimo taškymasis: tai daugelio metalo dalelių atsiradimas ant medžiagos paviršiaus po suvirinimo, kurios prilimpa prie medžiagos paviršiaus. Tai paveiks suvirinimo siūlės paviršiaus kokybę, taip pat užterš ir pažeis lęšį. Taškymosi priežastis gali būti nešvarus medžiagos paviršius, alyvos dėmės ar teršalai arba cinkuoto sluoksnio išgaravimas.

Sprendimas – prieš suvirinimą nuvalyti medžiagos paviršių, atitinkamai sumažinti suvirinimo energiją ir kuo labiau sumažinti taškymąsi.

Įtrūkimai: tai terminiai įtrūkimai, atsirandantys dėl nuolatinio lazerinio suvirinimo, pvz., kristaliniai įtrūkimai, suskystinimo įtrūkimai ir kt. Pagrindinė įtrūkimų priežastis yra per didelė suvirinimo siūlės susitraukimo jėga, kol ji visiškai sukietėja.

Sprendimas – naudoti tokias priemones kaip vielos užpildymas ir išankstinis pašildymas, kad sumažėtų arba visiškai išnyktų įtrūkimai.

Poros: reiškia porų atsiradimą suvirinimo siūlės paviršiuje. Porų susidarymo priežastis gali būti ta, kad lazerinio suvirinimo lydalo vonelė yra gili ir siaura, greitai vėsta, ir skysto lydalo vonelėje susidariusios dujos negali laiku pasišalinti; arba suvirinimo siūlės paviršius nėra kruopščiai nuvalytas, arba iš cinkuoto lakšto garuoja cinko garai.

Sprendimas – išvalyti suvirinimo siūlės paviršių, pagerinti cinko išgaravimą kaitinant ir pakoreguoti pūtimo kryptį.

Briaunos įkandimas: tai prastas suvirinimo siūlės ir pagrindinio metalo sukibimas, dėl kurio susidaro griovelis, kurio gylis didesnis nei 0,5 mm, bendras suvirinimo siūlės ilgis didesnis nei 10% arba ilgis viršija priėmimo standarto reikalavimus. Įpjovimo priežastis gali būti per didelis suvirinimo greitis, dėl kurio skystas metalas negali pasiskirstyti mažos skylės gale; arba per didelis tarpas tarp jungties mazgo, dėl kurio užpildymo procese sumažėja išlydyto metalo kiekis; arba per greitas energijos kritimo laikas lazerinio suvirinimo pabaigoje, dėl kurio maža skylė subliūkšta.

Sprendimas yra kontroliuoti atitikimą lazerinio suvirinimo aparatas Apdorojimo galia ir greitis, siekiant išvengti kraštų sukandimo; Nupoliruokite, išvalykite ir pataisykite patikrinimo metu rastus sukandimo kraštus.

Išvada

Lazerinis suvirinimas yra didelio tikslumo ir efektyvumo suvirinimo technologija, turinti plačias taikymo galimybes. Skirtingi suvirinimo metodai ir taikymo scenarijai reikalauja pasirinkti skirtingus lazerinio suvirinimo metodus, kad būtų pasiektas geriausias suvirinimo rezultatas. Lazerinio suvirinimo technologija nuolat tobulėja ir diegiama naujovių, todėl ateityje atsiras daugiau naujų lazerių ir procesų tipų, kurie įvairioms pramonės šakoms užtikrins aukštesnės kokybės, didesnio efektyvumo ir pigesnius suvirinimo sprendimus.

Susiję straipsniai:

Lazerinio suvirinimo greitis, lazerio galia ir medžiagos storis

Lazerinio suvirinimo aparatų pristatymas