Kas yra lazerio suvirinimas? Kas yra dabartinė lazerinio suvirinimo technologijos plėtra? Kokiuose laukuose galima pritaikyti lazerio suvirinimo technologiją?
1. Kas yra lazerio suvirinimas?
Trumpai tariant, suvirinimas lazeriu turi šildyti ruošinio paviršių lazerine spinduliuote, o paviršiaus šiluma difuzija iš vidaus per šilumos laidumą. Tada, kontroliuodamas lazerio impulso plotį, energiją, didžiausią galią ir pasikartojimo dažnį, ruošinys yra išlydytas, kad sudarytų specifinį išlydytą baseiną, taip pasiekiant suvirinimą.
Lazerio suvirinimas gali sumažinti įvesties šilumą iki minimalaus reikalaujamo kiekio, šilumos paveiktos zonos metalografinis pokyčių diapazonas yra mažas, o šilumos laidumo sukelta deformacija taip pat yra minimali.
Nekontaktinis suvirinimas gali sumažinti mašinos susidėvėjimą ir deformaciją iki minimumo. Lazerio spindulį lengva sufokusuoti, suderinti ir nukreipti optinius instrumentus. Jis gali būti dedamas tinkamu atstumu nuo ruošinio ir gali būti nukreiptas tarp mašinų ar kliūčių aplink ruošinį.
Lazerio spindulys gali būti sutelktas į labai mažą plotą, gali suvirinti mažas ir glaudžiai išdėstytas dalis, gali suvirinti įvairias medžiagas, taip pat gali prisijungti prie įvairių nevienalyčių medžiagų.
Tai nesunku atlikti greitą suvirinimą naudojant automatizavimą, taip pat gali būti kontroliuojamas skaitmeniniu būdu arba kompiuteriu. Kai suvirinant plonas medžiagas ar plono skersmens laidus, nėra jokių problemų, tokių kaip perdarymas.
2. Kokia yra dabartinė lazerio suvirinimo technologijos būklė?
Lazerio suvirinimo technologija sukūrė kartu su lazerinės technologijos kūrimu. Pastaraisiais metais nauji šviesos šaltiniai, tokie kaip mėlynasis lazeris, žalias lazeris, femtosekundės lazeris, sūpynės suvirinimas, ARM (reguliuojamas žiedinis) žiedų žiedinis suvirinimas ir kiti nauji procesai, kurie novatoriškai išsprendė kai kurias suvirinimo problemas pramoninėje gamyboje, kuri leido lazerių suvirinimui greitai skatinti ir išplėtoti įvairiuose pramoninės gamybos laukuose.
(1) Metalo lazerio suvirinimo technologija
Didelis lazerio energijos tankis leidžia suvirinti kai kurias sunkiai suvirintas metalo medžiagas, tačiau vis dar yra keletas problemų, susijusių su labai atspindinčių medžiagų ir skirtingų metalinių medžiagų, tokių kaip auksas, sidabras, varis ir aliuminis, suvirinimą. Pagrindinės priežastys yra:
Jei atspindėjimas ir didelis šilumos laidumas, suvirinimas lazeriu reikalauja didesnės pradinės galios;
② Didelės galios suvirinimo lazeriu, jis yra jautrus medžiagos paviršiaus pokyčiams, todėl atsiranda prastas litavimo sąnario/suvirinimo formavimas;
③ Lazerio suvirinimo greitis yra greitas, todėl suvirinimo defektai yra tokie kaip poros suvirinimo viduje, ypač aliuminio ir aliuminio lydiniai.
(1.1) Veiksmingas vario ir vario lydinių suvirinimas lazeriu
Varis turi puikų elektros ir šilumos laidumą ir yra plačiai naudojamas elektroninių produktų ir elektrinių transporto priemonių gamybos laukuose. Tarp jų plačiausiai naudojami varikliai, baterijos, jutikliai, laidų diržai ir gnybtai.
Anksčiau metalinių medžiagų suvirinimas lazeriu daugiausia rėmėsi infraraudonųjų spindulių lazeriais. Tačiau vario šilumos laidumas yra per didelis, beveik 5 kartus didesnis nei grynos geležies ir 1,7 karto didesnis nei gryno aliuminio. Vario infraraudonųjų spindulių lazerių absorbcijos greitis yra mažas. Infraraudonųjų spindulių lazerių naudojimas vien linijiniam suvirinimui turi nestabilų proceso langą ir didžiausią lydymosi gylio svyravimą, kuris yra linkęs į tokias problemas kaip suvirinimo purslai, išlydyto metalo purslai, poros ir dideli skverbimosi gylio svyravimai.
Todėl, atsiradus didelio galingumo trumpojo bangos ilgio lazeriams, matomas šviesos lazerio suvirinimas ir hibridinis suvirinimas tapo idealiais labai atspindinčių medžiagų, tokių kaip vario ir vario lydiniai, apdorojimo metodai.
① žalias šviesos lazerio suvirinimas
Žaliasis lazeris yra savotiška matoma šviesa, kurios bangos ilgis yra 500-560 nm. Vario absorbcijos greitis žaliajai šviesai, kai bangos ilgis yra λ=515 nm, yra net 40%, tai yra maždaug 8 kartus didesnis nei 1 μm infraraudonųjų spindulių absorbcijos greitis, o energijos sujungimo efektyvumas yra didesnis. Taip pat sumažėja jautrumas oksidacijos laipsniui.
Žaliojo lazerio naudojimas gali žymiai sumažinti vario giliai įsiskverbimo suvirinimo slenkstinę galią, suvirinimo paviršiaus lydymosi purškimo ir purslų kiekis yra mažas, o suvirinimo greitis beveik neturi įtakos. Jei padidėja pluošto skenavimas, defokuso ir teisinga lazerio galios moduliacija, suvirinimo kokybę galima žymiai pagerinti. Nors suvirinimo defektų skaičius labai sumažėja, suvirinimo paviršius bus įprastesnis ir vienodas.
②Blue Light Laser Suvirinimas
Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnė fotono energija, kuri padeda padidinti lazerio šviesos medžiagos absorbcijos greitį. Mėlynojo lazerio bangos ilgis yra 400 nm ~ 500N. Puslaidininkių lazeris, pagrįstas galio nitrido medžiaga, gali tiesiogiai generuoti lazerį, kurio bangos ilgis yra 450 nm, be tolesnio dažnio. Jis turi paprastos struktūros, lengvai naudojimo, elektro-optinio konversijos efektyvumo ir didelio absorbcijos greičio pranašumus.
Palyginti su pluošto lazeriais, paprastai naudojamais pramoniniame perdirbime, mėlynos šviesos lazeriai turi {{0}}% metalo medžiagų absorbcijos greičio padidėjimą esant 450 nm, ypač padidėjusį labai atspindinčių metalų medžiagų, tokių kaip varis ir auksas, absorbcijos greičio padidėjimas. Buvo patikrinta, ar vario suvirinimui reikalingos energijos suvartojimas yra 84% mažesnis nei infraraudonųjų spindulių lazerių. Tai reiškia, kad kai infraraudonųjų spindulių lazeriui reikia 10 W lazerio galios suvirinant vario medžiagas, naudojant mėlyną lazerį, reikia tik apie 1 kW arba 0,5 kW galios.
③Dulės pluošto hibridinis suvirinimas
Naudodamas infraraudonųjų spindulių matomą šviesos dvigubos spindulio kompozicinį suvirinimo procesą, naudojant mažesnę matomą šviesos lazerį, infraraudonųjų spindulių lazeris gali pasiekti priverstinį vario suvirinimo giluminį suvirinimą, kai galia yra mažesnė už giluminio suvirinimo slenksčio galią ir žymiai sumažinti suvirinimo purslus, o įrangos kaina yra maža. Suvirinimo kokybė yra aukšta ir laikoma, kad turi labai puikius pranašumus ir geras taikymo perspektyvas.
(1.2) aliuminio lydinių suvirinimas lazeriu
Kai aliuminio lydiniai suvirina įprastas vieno fokusavimo lazerio sijas, poros yra įprasti defektai. Pagrindinės porų susidarymo aliuminio lydiniuose priežastys:
① Suvirinimo išlydytas baseinas ir rakto skylė yra linkę į griūtį ir nestabilumą dėl sunkios vibracijos, sudarančios poras;
② Vandenilio tirpumas aliuminio lydiniuose smarkiai sumažės sumažėjus temperatūrai, todėl sukietėjimo ir vandenilio porų susidarymo metu nusodins supersotinį vandenilią. Porų buvimas sukels streso koncentraciją suvirinimo metu, dėl kurios suvirinimas sukels sukietėjimo metu.
Lazerio sūpynės suvirinimas. Suvirinimo proceso metu sija juda suvirinimo kryptimi ir svyruoja įvairiomis formomis, tokiomis kaip apskritas, 8- formos ir spiralinės linijos tuo pačiu metu.
Šiuo metu spindulių sūpynės realizavimas daugiausia pasiekiamas galvanometru, kuris gali atlaikyti didelės galios lazerius. Padidėja lazerio sūpynių suvirinimo pluošto plotas, todėl padidėja rakto skylės ir išlydyto baseino plotas bei išlydyto baseino šaknies dydis, pagerina rakto skylės ir išlydyto baseino stabilumą ir daro didelę pagerėjimo poveikį tokiems defektams kaip prastas susiliejimas ir požemis. Tuo pačiu metu išlydyto baseino maišymas sukant šviesos pluoštą pagreitina išlydyto baseino konvekciją, o tai padidina burbuliukų pabėgimo greitį išlydytame baseine ir sumažina poringumą.
3. Dabartinis lazerio suvirinimo technologijos taikymas įvairiose srityse
Lazerio suvirinimas yra ne vėliau kaip pjovimas. Šiuo metu mano šalyje yra įmonės, kurios specializuojasi lazeriniame suvirinime. Ankstyvomis dienomis pagrindiniai metodai buvo lempos pumpuojamas lazerio ir YAG lazerio suvirinimas. Jie visi yra labai tradicinis mažos galios lazerinio suvirinimas, kuris buvo naudojamas formose, reklaminių personažų, akinių, papuošalų ir kitų laukų, tačiau skalė yra labai ribota. Pastaraisiais metais, nuolat tobulinant lazerio galią, dar svarbiau, puslaidininkių lazeriai ir pluošto lazeriai pamažu sukūrė lazerinio suvirinimo taikymo scenarijus, nutraukdami techninę lazerio suvirinimo kliūtį ir atvėrę naują rinkos erdvę.
(1) Lazerio suvirinimo technologijos taikymas automobilių gamyboje
Tobulinant mokslą ir technologijas bei tobulinant žmonių vartojimo lygį ir gyvenimo kokybę, automobilių kėbulų lengvosios ir meninės estetikos reikalavimai automobilių gamybos srityje didėja ir didesni. Lazerio suvirinimo technologija išsiskiria dėl puikaus apdorojimo efekto, geros gaminio kokybės ir aukšto darbo efektyvumo, ir greitai tampa suvirinimo proceso technologijos programos numylėtiniu automobilių gamybos srityje.
Projektuojant transporto priemones, lazerio suvirinimo technologija daugiausia naudojama tokiuose procesuose kaip storų plieninių plokštelių suvirinimas lazeriu, automobilių mazgų ir posistemių suvirinimo lazeriu suvirinimas ir transporto priemonių dalių lazeriu. Kai kurių Europos ir Amerikos šalių automobilių gamintojai gana anksti pradėjo taikyti lazerio suvirinimo technologiją, pradedant devintajame dešimtmetyje. „Audi“, „Mercedes-Benz“, „GM“ ir kiti žinomi automobilių prekės ženklai ėmė tuo metu į transporto priemonių gamybą ir gamybą įvesti lazerio suvirinimo technologiją, kuri skatino išsamų lazerinio suvirinimo technologijos pritaikymą ir plėtrą transporto priemonių gamybos ir gamybos srityje.
Galios baterijų suvirinimas lazeriu turėtų būti labiausiai stebinantis suvirinimo programų paklausa pastaraisiais metais, o tai turi didelę impulsą lazerinės įrangos gamintojams. Antrasis turėtų būti automobilių kūnų ir dalių suvirinimas. Kinija yra didžiausia pasaulyje automobilių rinka, kurioje nuolat atsiranda daugybė senų automobilių ir naujų automobilių kompanijų, kuriose yra beveik 100 automobilių prekės ženklų. Daugelis gamintojų naudoja „Kilowatt“ lygio suvirinimo technologiją arba automatizuotas lazerio suvirinimo gamybos linijas; Ypač energijos baterijų srityje pagrindinės naujos energijos akumuliatorių kompanijos naudojo daugybę lazerinių suvirinimo įrangos.
4. Kokia yra lazerinio suvirinimo technologijos plėtros tendencija?
Toliau plėtojant ir proveržiant suvirinimo technologijas, jos unikalumas yra akivaizdesnis lazerinio suvirinimo technologijos tyrimų ir plėtros procese. Lazerio suvirinimo technologija gali greitai ir efektyviai suvirinti metalines medžiagas. Kai sukuriamas lazerio pluoštas, dėl jo paties aukšto fokusavimo charakteristikų, jis gali sukelti ypač didelį galios tankį lazerio pluošte, o tai leidžia lazerio pluoštui per labai trumpą laiką išlaisvinti didelį šilumos energijos kiekį, taip labai pagerinant suvirinimo efektyvumą ir užtikrinant suvirinimo kokybę.
Be to, dėl momentinio lazerinio suvirinimo technologijos suvirinimo pranašumo, jis turi labai platų taikymo perspektyvą. Faktiškai pritaikant lazerio suvirinimo technologiją, kai lazerio pluoštas tiesiogiai švitins metalinės medžiagos paviršių, tai neturės įtakos metalinei medžiagai už švitinimo srities ribų, todėl suvirinimo proceso metu ji nepadarys didelės žalos, o suvirinimo proceso metu ir nereikia atlikti susijusios paviršiaus apdorojimo. Tai daro lazerinio suvirinimo technologiją, ypač tinkamą įvairių tikslių dalių paviršių apdorojimui, todėl taip pat galima greitai pasiekti sunkesnes suvirinimo operacijas.
Be to, ankstesnėse suvirinimo techninėse specifikacijose paprastai nustatoma, kad visos suvirinimo medžiagų medžiagos reikalavimai turi būti nuoseklūs. Naudojant lazerinio suvirinimo technologiją, nereikia didelių apribojimų suvirinimo medžiagų medžiagoms, todėl net ir suvirinimo medžiagas įvairių medžiagų galima lengvai suvirinti naudojant lazerio suvirinimo technologiją. Galima sakyti, kad formavimasis ir plačiai paplitęs lazerio suvirinimo technologijos pritaikymas veiksmingai įveikė tradicinės suvirinimo technologijos problemas ir sumažino tradicinių suvirinimo operacijų sunkumus.
Po daugiau nei pusės amžiaus plėtros techninis lazerinio suvirinimo technologijos lygis taip pat tapo vis tobulesnis, ir jis pamažu buvo plačiai naudojamas vis daugiau pramoninių laukų.
Aviacijos ir kosmoso, elektroninių instrumentų, mašinų gamybos, plieninės metalurgijos, automobilių gamybos, medicininės įrangos ir kitų pramonės šakų taikymo laukuose lazerinio suvirinimo technologija vaidina vis didesnį vaidmenį. Pavyzdžiui, gaminant automobilių dalis, lazerinio suvirinimo technologija gali būti naudojama apdorojant ir pagaminant dengiančias transporto priemonės dalis, o pažengusios šalys, tokios kaip JAV ir Japonija, taip pat pritaikė lazerio suvirinimo technologiją, kad būtų galima gaminti aviacijos dalis gryno azoto aplinkoje.