Kas ir lāzera metināšana? Kāda ir pašreizējā lāzera metināšanas tehnoloģijas attīstība? Kādos laukos var izmantot lāzera metināšanas tehnoloģiju?
1. Kas ir lāzera metināšana?
Īsāk sakot, lāzera metināšana ir sasildīt sagataves virsmu ar lāzera starojumu, un virsmas siltums izkliedējas iekšpusē, izmantojot siltuma vadīšanu. Pēc tam, kontrolējot lāzera impulsa platumu, enerģiju, maksimālo jaudu un atkārtošanās frekvenci, sagatave ir izkausēta, veidojot īpašu izkausētu baseinu, tādējādi sasniedzot metināšanu.
Lāzera metināšana var samazināt ieejas siltumu līdz minimālajam nepieciešamajam daudzumam, siltuma ietekmētās zonas metalogrāfisko izmaiņu diapazons ir mazs, un arī siltuma vadīšanas izraisītā deformācija ir minimāla.
Bezkontakta metināšana var samazināt mašīnas nodilumu un deformāciju līdz minimumam. Lāzera staru ir viegli koncentrēt, izlīdzināt un virzīt ar optiskajiem instrumentiem. To var novietot atbilstošā attālumā no sagataves, un to var vadīt starp mašīnām vai šķēršļiem ap sagatavi.
Lāzera staru kūļa var koncentrēties uz ļoti mazu zonu, var metināt mazas un cieši izvietotas detaļas, var metināt plašu materiālu klāstu un var arī pievienoties dažādiem neviendabīgiem materiāliem.
Automatizāciju ir viegli veikt ātrgaitas metināšanu, un to var arī kontrolēt digitāli vai ar datoru. Metinot plānus materiālus vai plānas diametra vadus, nav tādu problēmu kā atkārtota.
2. Kāds ir lāzera metināšanas tehnoloģijas pašreizējais statuss?
Lāzera metināšanas tehnoloģija ir izstrādājusi līdz ar lāzera tehnoloģijas attīstību. Pēdējos gados ir ieviesti jauni gaismas avoti, piemēram, zilais lāzers, zaļais lāzers, femtosekundes lāzers, šūpoles metināšana, rokas (regulējama gredzenveida) gredzena regulējama plankuma metināšana un citi jauni procesi, kas inovatīvi ir atrisinājuši dažas metināšanas problēmas rūpnieciskajā ražošanā, kas ļāva lāzera metināšanai ātri reklamēt un attīstīt dažādās rūpniecības ražošanas jomās.
(1) Metāla lāzera metināšanas tehnoloģija
Lāzera augstas enerģijas blīvums ļauj metināt dažus grūti mītīgus metāla materiālus, taču joprojām ir dažas problēmas ar ļoti atstarojošu materiālu metināšanu un atšķirīgiem metāla materiāliem, piemēram, zeltu, sudrabu, varu un alumīniju. Galvenie iemesli ir:
Augstā atstarošanās un augsta siltumvadītspēja lāzera metināšanai nepieciešama lielāka sākuma jauda;
Augstas enerģijas lāzera metināšanas laikā tas ir jutīgs pret materiāla virsmas stāvokļa izmaiņām, kā rezultātā rodas slikts lodēšanas locītavas/metināšanas veidošanās;
③ Lāzera metināšanas ātrums ir ātrs, kā rezultātā metināšanas defekti, piemēram, poras metināšanas iekšpusē, īpaši alumīnija un alumīnija sakausējumi.
(1.1) Efektīva vara un vara sakausējumu lāzera metināšana
Varam ir lieliska elektriskā un siltumvadītspēja, un to plaši izmanto elektronisko produktu un elektrisko transportlīdzekļu ražošanas laukos. Starp tiem visplašāk izmanto motorus, baterijas, sensorus, elektroinstalācijas un spailes.
Agrāk metāla metināšana ar lāzeru galvenokārt paļāvās uz infrasarkano lāzeru. Tomēr vara siltumvadītspēja ir pārāk augsta, gandrīz 5 reizes lielāka nekā tīra dzelzs un 1,7 reizes lielāka par tīru alumīniju. Varš ir zems absorbcijas līmenis infrasarkanajiem lāzeriem. Infrasarkano lāzeru izmantošanai tikai lineārai metināšanai ir nestabils procesa logs un lielākās kausēšanas dziļuma svārstības, kurām ir tendence uz tādām problēmām kā metināšanas izšļakstīšana, izkausēta metāla izšļakstīšanās, poras un lielas iespiešanās dziļuma svārstības.
Tāpēc pēc augstas jaudas īsviļņu lāzeru parādīšanās redzamā gaismas lāzera metināšana un hibrīda metināšana ir kļuvusi par ideālām apstrādes metodēm ļoti atstarojošiem materiāliem, piemēram, vara un vara sakausējumiem.
Zaļās gaismas lāzera metināšana
Zaļais lāzers ir sava veida redzama gaisma ar 500-560 nm viļņa garumu. Vara absorbcijas ātrums zaļai gaismai ar viļņa garumu λ=515 nm ir pat 40%, kas ir apmēram 8 reizes lielāks par infrasarkanās gaismas absorbcijas ātrumu aptuveni 1 μm, un enerģijas savienojuma efektivitāte ir lielāka. Samazināta arī jutība pret oksidācijas pakāpi.
Zaļā lāzera izmantošana var ievērojami samazināt vara dziļas iespiešanās metināšanas sliekšņa jaudu, kausējuma smidzināšanas daudzumu un izšļakstīšanos uz metinātās virsmas ir mazs, un metināšanas ātrums to gandrīz neietekmē. Ja tiek palielināta staru skenēšana, staru zaudējums un pareiza lāzera enerģijas modulācija, metināšanas kvalitāti var ievērojami uzlabot. Kaut arī metināto defektu skaits ir ievērojami samazināts, metināšanas virsma būs regulārāka un vienveidīgāka.
② Clue Light lāzera metināšana
Jo īsāks viļņa garums, jo augstāka ir fotona enerģija, kas palīdz palielināt materiāla absorbcijas ātrumu lāzera gaismā. Zilā lāzera viļņa garums ir 400 nm ~ 500N. Pusvadītāju lāzers, kura pamatā ir gallija nitrīda materiāls, var tieši radīt lāzeru ar viļņa garumu 450 nm, turpinot divkāršot frekvenci. Tam ir vienkāršas struktūras, ērtas lietošanas, elektrooptiskās pārveidošanas efektivitātes un augsta absorbcijas ātruma priekšrocības.
Salīdzinot ar šķiedru lāzeriem, ko parasti izmanto rūpnieciskajā apstrādē, zilās gaismas lāzeriem ir {{{0}}% metāla materiālu absorbcijas ātruma palielināšanās pie 450 nm, it īpaši ļoti atstarojošu metāla materiālu, piemēram, vara un zelta absorbcijas ātruma palielināšanos. Ir pārbaudīts, vai vara metināšanai nepieciešamā enerģijas patēriņš ir par 84% mazāks nekā infrasarkano lāzeru lietvedībā. Tas nozīmē, ka tad, kad infrasarkanajam lāzeram nepieciešama 10 W lāzera jauda, lai metinātu vara materiālus, zilā lāzera lietošanai ir nepieciešams tikai apmēram 1 kW vai 0,5 kW jauda.
③Double staru hibrīda metināšana
Izmantojot infrasarkano staru redzamo gaismas dubultā staru kompozītmateriāla metināšanas procesu, izmantojot mazāku enerģijas redzamo gaismas lāzeru, infrasarkanais lāzers var sasniegt piespiedu dziļi caurlaides metināšanu vara metināšanā, kad jauda ir zemāka par dziļas pakāpes metināšanas sliekšņa jaudu un ievērojami samazināt metināšanas spiešanu, un aprīkojuma izmaksas ir zemas. Metināšanas kvalitāte ir augsta, un tiek uzskatīts, ka tai ir ļoti izcilas priekšrocības un labas lietojumprogrammu perspektīvas.
(1.2) Alumīnija sakausējumu lāzera šūpoles metināšana
Ja alumīnija sakausējumu metināšanai tiek izmantotas parastās viena fokusa lāzera sijas, poras ir izplatīti defekti. Galvenie portu veidošanās iemesli alumīnija sakausējumos ir:
① Metināšanas izkausētais baseins un atslēgas caurums ir pakļauti sabrukšanai un nestabilitātei smagas vibrācijas dēļ, veidojot poras;
② Ūdeņraža šķīdība alumīnija sakausējumos strauji pazemināsies, pazeminoties temperatūrai, kā rezultātā sacietēšanas laikā un ūdeņraža poras veidojas piesātināta ūdeņradis. Poru klātbūtne izraisīs stresa koncentrāciju metinājumā, kas metināšanas laikā izraisīs plaisu sacietēšanas laikā.
Lāzera šūpoles metināšana. Metināšanas procesa laikā stars pārvietojas pa metināšanas virzienu un šūpojas dažādās formās, piemēram, apļveida, 8- formā un spirālveida līnijas vienlaikus.
Pašlaik staru šūpoles realizāciju galvenokārt panāk galvanometrs, kas var izturēt lieljaudas lāzerus. Palielinās lāzera šūpoles metināšanas staru darbības laukums, kas palielina atslēgas cauruma un izkausētā baseina laukumu un izkausētā baseina saknes lielumu, uzlabo atslēgas cauruma un izkausētā baseina stabilitāti, un tam ir būtiska uzlabošanās ietekme uz defektiem, piemēram, sliktu saplūšanu un nepietiekamību. Tajā pašā laikā izkausētā baseina maisīšana pa šūpojošo gaismas staru kūli paātrina izkausētā baseina konvekciju, kas palielina burbuļu izkausēto baseinu un samazina porainību.
3. Pašreizējā lāzera metināšanas tehnoloģijas pielietojums dažādās jomās
Lāzera metināšana nav vēlāk kā griešana. Pašlaik manā valstī ir uzņēmumi, kas specializējas lāzera metināšanā. Pirmajās dienās galvenās metodes bija lampas sūknis lāzera un yag lāzera metināšana. Tie visi ir ļoti tradicionāli mazjaudas lāzera metināšana, kas ir pielietota veidnēs, reklāmas rakstzīmēs, brillēs, rotaslietās un citos laukos, taču skala ir ļoti ierobežota. Pēdējos gados, nepārtraukti uzlabojot lāzera jaudu, vēl svarīgāk ir tas, ka pusvadītāju lāzeri un šķiedru lāzeri ir pakāpeniski izstrādājuši lāzera metināšanas lietojumprogrammu scenārijus, pārkāpjot lāzera metināšanas tehnisko sašaurinājumu un atverot jaunu tirgus telpu.
(1) Lāzera metināšanas tehnoloģijas pielietojums automašīnu ražošanā
Izstrādājot zinātni un tehnoloģiju un uzlabojot cilvēku patēriņa līmeni un dzīves kvalitāti, prasības attiecībā uz automobiļu korpusa vieglo un māksliniecisko estētiku automobiļu ražošanas jomā kļūst arvien augstāka. Lāzera metināšanas tehnoloģija izceļas ar lielisko apstrādes efektu, labu produktu kvalitāti un augstu darba efektivitāti un ātri kļūst par metināšanas procesa tehnoloģiju lietojumprogrammas mīļāko automašīnu ražošanas jomā.
Transportlīdzekļu ražošanā lāzera metināšanas tehnoloģiju galvenokārt izmanto tādos procesos kā biezu tērauda plāksņu lāzera metināšana, automobiļu komplektu un apakšsistēmas komplektu metināšana ar lāzeru, kā arī transportlīdzekļu detaļu lāzera metināšana. Autoražotāji dažās Eiropas un Amerikas valstīs sāka salīdzinoši agri izmantot lāzera metināšanas tehnoloģijas, sākot ar 1980. gadiem. Audi, Mercedes-Benz, GM un citi labi zināmi automašīnu zīmoli tajā laikā sāka ieviest lāzera metināšanas tehnoloģiju transportlīdzekļu ražošanā un ražošanā, kas veicināja padziļinātu lāzera metināšanas tehnoloģijas pielietojumu un attīstību transportlīdzekļu ražošanas un ražošanas jomā.
Bateriju lāzera metināšanai pēdējos gados vajadzētu būt visvairāk piesaistītajam metināšanas lietojumprogrammas pieprasījumam, kam ir lielisks stimuls lāzera aprīkojuma ražotājiem. Otrajam vajadzētu būt automašīnu ķermeņu un detaļu metināšanai. Ķīna ir pasaulē lielākais automobiļu tirgus, kurā nepārtraukti parādās daudzi veci automašīnu uzņēmumi un jaunie automašīnu uzņēmumi, kuriem ir gandrīz 100 automašīnu zīmoli. Lielākā daļa ražotāju izmanto Kilowatt-līmeņa metināšanas tehnoloģiju vai automatizētas lāzera metināšanas ražošanas līnijas; Īpaši strāvas akumulatoru jomā vadošie jaunie enerģijas akumulatoru uzņēmumi ir izmantojuši lielu skaitu lāzera metināšanas iekārtu.
4. Kāda ir lāzera metināšanas tehnoloģijas attīstības tendence?
Turpinot metināšanas tehnoloģiju attīstību un sasniegumu, tās unikalitāte ir acīmredzamāka lāzera metināšanas tehnoloģijas pētniecības un attīstības procesā. Lāzera metināšanas tehnoloģija var ātri un efektīvi metināt metāla materiālus. Kad tiek ģenerēts lāzera stars, tā paša augstās fokusēšanas īpašību dēļ tas var izraisīt ārkārtīgi liela jaudas blīvumu lāzera staru kūļa laikā, kas ļauj lāzera staru kandidātam ļoti īsā laikā atbrīvot lielu daudzumu siltumenerģijas, tādējādi ievērojami uzlabojot metināšanas efektivitāti un nodrošinot metināšanas kvalitāti.
Turklāt, ņemot vērā lāzera metināšanas tehnoloģijas momentānās metināšanas priekšrocības, tai ir ļoti plaša lietojumprogrammu izredzes. Faktiski pielietojot lāzera metināšanas tehnoloģiju, kad lāzera stars tieši apstaro metāla materiāla virsmu, tas neietekmēs metāla materiālu ārpus apstarošanas zonas, tāpēc metināšanas procesā tas neizraisa būtisku kaitējumu metāla materiāla virsmai, un pēc metināšanas procesa pabeigšanas nav jāveic saistīta virsmas apstrāde. Tas padara lāzera metināšanas tehnoloģiju īpaši piemērotu dažādu precīzu daļu virsmu apstrādei, lai ātri varētu sasniegt arī sarežģītākas metināšanas operācijas.
Turklāt iepriekšējās metināšanas tehniskajās specifikācijās parasti tiek noteikts, ka visu metināšanas materiālu materiālu prasībām jābūt konsekventām. Izmantojot lāzera metināšanas tehnoloģiju, metināšanas materiālu materiālam nav jābūt lieliem ierobežojumiem, tāpēc pat dažādu materiālu metināšanas materiālus var viegli metināt, izmantojot lāzera metināšanas tehnoloģiju. Var teikt, ka lāzera metināšanas tehnoloģijas veidošanās un plaši izmantošana ir efektīvi pārvarējusi tradicionālās metināšanas tehnoloģijas problēmas un samazinājusi tradicionālo metināšanas operāciju grūtības.
Pēc vairāk nekā pusgadsimta attīstības lāzera metināšanas tehnoloģijas tehniskais līmenis ir kļuvis arvien ideālāks, un to pakāpeniski plaši izmanto arvien vairāk rūpniecisko jomu.
Aviācijas un kosmosa, elektronisko instrumentu, mašīnu ražošanas, tērauda metalurģijas, automobiļu ražošanas, medicīniskās iekārtas un citu nozares lietojumprogrammu laukos ir arvien milzīgāka loma. Piemēram, automobiļu detaļu ražošanā lāzera metināšanas tehnoloģiju var izmantot, lai apstrādātu un ražotu transportlīdzekļa pārklājošās daļas, un tādas progresīvas valstis kā Amerikas Savienotās Valstis un Japāna ir arī piemērojušas lāzera metināšanas tehnoloģiju aviācijas daļu ražošanai tīrā slāpekļa vidē.