Kaj je lasersko varjenje? Kakšen je trenutni razvoj tehnologije laserskega varjenja? Na katerih poljih je mogoče uporabiti tehnologijo laserskega varjenja?
1. Kaj je lasersko varjenje?
Skratka, lasersko varjenje je ogrevanje površine obdelovanca z laserskim sevanjem, površinska toplota pa se razprši v notranjost s toplotno prevodnostjo. Nato se z nadzorom širine, energije, največje moči in ponavljanja laserskega impulza obdelovanca topi, da tvori specifičen staljeni bazen in s tem doseže varjenje.
Lasersko varjenje lahko zmanjša vhodno toploto na najmanjšo zahtevano količino, območje metalografskih sprememb v toplotno prizadetih coni je majhen, deformacija, ki jo povzroči toplotna prevodnost, pa je tudi minimalna.
Nekontaktno varjenje lahko zmanjša obrabo in deformacijo stroja na minimum. Laserski žarek je enostavno osredotočiti, poravnati in voditi z optičnimi instrumenti. Lahko se postavi na ustrezno razdaljo od obdelovanca in ga lahko vodimo med stroji ali ovirami okoli obdelovanja.
Laserski žarek je lahko osredotočen na zelo majhno območje, lahko privablja majhne in tesno razmaknjene dele, lahko vari široko paleto materialov in se lahko pridruži tudi različnim heterogenim materialom.
Z avtomatizacijo je enostavno izvajati hitro hitro varjenje, poleg tega pa ga je mogoče nadzorovati tudi digitalno ali z računalnikom. Pri varjenju tankih materialov ali žic s tankim premerom ni težav, kot je ponovni odmik.
2. Kakšno je trenutno stanje tehnologije laserskega varjenja?
Laserska tehnologija varjenja se je razvila skupaj z razvojem laserske tehnologije. V zadnjih letih so bili uvedeni novi svetlobni viri, kot so modri laser, zeleni laser, femtosekundno laser, nihajno varjenje, ročno (nastavljivo ringmode) nastavljivo točkovno varjenje in drugi novi procesi, ki so inovativno rešili nekatere težave z varjenjem v industrijski proizvodnji, kar je omogočilo hitro promocijo in razvijanje v različnih področjih proizvodnje.
(1) Tehnologija kovinskega laserskega varjenja
Visoko energijsko gostoto laserja omogoča varjenje nekaj težkih kovinskih materialov, vendar je še vedno nekaj težav z varjenjem zelo odsevnih materialov in različnih kovinskih materialov, kot so zlato, srebro, baker in aluminij. Glavni razlogi vključujejo:
① visoko odbojnost in visoka toplotna prevodnost, lasersko varjenje zahteva višjo izhodiščno moč;
② Uporaba laserskega varjenja z visoko močjo je občutljiv na spremembe v površinskem stanju materiala, kar ima za posledico slabo tvorbo spajkega sklepa/zvara;
③ Hitrost laserskega varjenja je hitra, kar ima za posledico napake v varjenju, kot so pore znotraj zvara, zlasti aluminijaste in aluminijeve zlitine.
(1.1) Učinkovito lasersko varjenje bakrenih in bakrenih zlitin
Baker ima odlično električno in toplotno prevodnost in se pogosto uporablja na proizvodnih poljih elektronskih izdelkov in električnih vozil. Med njimi so najpogosteje uporabljeni motorji, baterije, senzorji, pasovi za ožičenje in terminali.
V preteklosti se je lasersko varjenje kovinskih materialov v glavnem opiralo na infrardeče laserje. Vendar je toplotna prevodnost bakra previsoka, skoraj 5 -krat večja od čistega železa in 1,7 -krat večja od čistega aluminija. Baker ima nizko absorpcijsko hitrost za infrardeče laserje. Uporaba infrardečih laserjev za samo linearno varjenje ima nestabilno procesno okno in največje nihanje globine taljenja, kar je nagnjeno k težavam, kot so varjenje škropljenja, brizganje staljenih kovin, pore in velika nihanja v globini penetracije.
Zato so po nastanku laserjev s kratko valovno dolžino z visoko močjo vidno svetlobno varjenje in hibridno varjenje postale idealne metode obdelave za zelo odsevne materiale, kot so bakrene in bakrene zlitine.
① Green lahka lasersko varjenje
Zeleni laser je nekakšna vidna svetloba z valovno dolžino 500-560 nm. Hitrost absorpcije bakra za zeleno svetlobo z valovno dolžino λ=515 nm je do 40%, kar je približno 8 -krat večja od hitrosti infrardeče absorpcije svetlobe približno 1 μm, učinkovitost energijske povezave pa je višja. Zmanjša se tudi občutljivost za stopnjo oksidacije.
Uporaba zelenega laserja lahko znatno zmanjša mejno moč bakrovega globokega penetracijskega varjenja, količina razpršila taline in škropljenja na površini zvara je majhna, nanj pa skoraj ne vpliva hitrost varjenja. Če se skeniranje snopa, defcus snopa in pravilna modulacija laserske moči poveča, je mogoče kakovost varjenja znatno izboljšati. Medtem ko je število napak zvara močno zmanjšano, bo površina zvara bolj redna in enotna.
②Blue lahko lasersko varjenje
Čim krajša je valovna dolžina, večja je fotonska energija, ki pomaga povečati hitrost absorpcije materiala laserske svetlobe. Valovna dolžina modrega laserja je 400nm ~ 500n. Polprevodniški laser, ki temelji na materialu Gallium nitrida, lahko neposredno ustvari laser z valovno dolžino 450 nm brez nadaljnjega podvojitve frekvence. Ima prednosti preproste strukture, enostavne uporabe, elektro-optične učinkovitosti pretvorbe in visoke hitrosti absorpcije.
V primerjavi z vlakninami, ki se običajno uporabljajo pri industrijski obdelavi, imajo laserji modre svetlobe {{0}}% povečanje hitrosti absorpcije kovinskih materialov pri 450 nm, zlasti povečanje hitrosti absorpcije visoko odsevnih kovinskih materialov, kot sta baker in zlato. Preverjeno je bilo, da je poraba energije, potrebna za bakreno varjenje, 84% nižja od porabe infrardečih laserjev. To pomeni, da kadar infrardeči laser potrebuje 10 W laserske energije za varjenje bakrenih materialov, z uporabo modrega laserja potrebuje le približno 1 kW ali 0,5 kW moči.
Hibridno varjenje ③Double Beam
Z uporabo infrardečega svetlobnega kompozitnega postopka varjenja z dvojnim žarkom z manjšim laserjem vidne svetlobe lahko infrardeči laser doseže prisilno globoko penetracijsko varjenje bakra, kadar je moč nižja od globokega penetracijskega varilnega praga in znatno zmanjšata varilno varjenje, stroški opreme pa nizki. Kakovost varjenja je velika in velja, da ima zelo izjemne prednosti in dobre možnosti za uporabo.
(1.2) Lasersko nihajno varjenje aluminijevih zlitin
Kadar se za varjenje aluminijevih zlitin uporabljajo običajni laserski žarki z enim fokusom, so pore pogoste napake. Glavni razlogi za nastajanje pore v aluminijastih zlitinah so:
① varilni staljeni bazen in ključavnice sta nagnjena k propadu in nestabilnosti zaradi hudih vibracij, ki tvorijo pore;
② Topnost vodika v aluminijevih zlitinah se bo močno zmanjšala z znižanjem temperature, kar bo povzročilo padavine prenasičenega vodika med strjevanjem in tvorbo vodikovih pore. Prisotnost pore bo povzročila koncentracijo stresa v zvaru, zaradi česar bo zvar med strjevanjem počil.
Lasersko nihajno varjenje. Med postopkom varjenja se žarek premika po smeri zvara in zamahne v različnih oblikah, kot so krožni, 8- v obliki in hkrati spiralne črte.
Trenutno realizacija nihanja snopa doseže predvsem galvanometer, ki zdrži laserje z visoko močjo. Poveča se območje z laserskim nihajočim varjenjem, kar poveča območje ključavnice in staljenega bazena ter velikost korenine staljenega bazena, izboljša stabilnost ključavnice in staljenega bazena ter ima pomemben učinek izboljšanja na napake, kot sta slaba fuzija in podrezanje. Hkrati mešanje staljenega bazena z nihajočim svetlobnim žarkom pospeši konvekcijo staljenega bazena, ki poveča hitrost pobega mehurčkov v staljenem bazenu in zmanjša poroznost.
3. Trenutna uporaba laserske tehnologije varjenja na različnih področjih
Lasersko varjenje je najpozneje rezanje. Trenutno v moji državi obstajajo podjetja, ki so specializirana za lasersko varjenje. V zgodnjih dneh sta bila glavna metoda lasersko varjenje z laserjem s svetilko in lasersko varjenje. Vsi so zelo tradicionalno lasersko varjenje z nizko močjo, ki se uporablja v kalupih, oglaševalskih likih, očalih, nakitu in drugih poljih, vendar je lestvica zelo omejena. V zadnjih letih so z nenehnim izboljševanjem laserske moči, kar je še pomembneje, polprevodniški laserji in vlaknasti laserji postopoma razvijali scenarije uporabe laserskega varjenja, s čimer so razbili tehnično ozko grlo laserskega varjenja in odpiranje novega tržnega prostora.
(1) Uporaba laserske tehnologije varjenja v avtomobilski proizvodnji
Z razvojem znanosti in tehnologije ter izboljšanjem ravni potrošnje ljudi in kakovosti življenja se zahteve za lahko in umetniško estetiko avtomobilskih teles na področju avtomobilskega proizvodnje postajajo višje in višje. Laserska tehnologija varjenja izstopa zaradi odličnega procesnega učinka, dobre kakovosti izdelka in visoke delovne učinkovitosti in hitro postane drag aplikacije za varjenje procesov na področju proizvodnje avtomobilov.
Pri proizvodnji vozil se laserska tehnologija varjenja uporablja predvsem v procesih, kot so lasersko varjenje debelih jeklenih plošč, lasersko varjenje avtomobilskih sklopov in sklopov podsistema ter lasersko varjenje delov vozil. Proizvajalci avtomobilov v nekaterih evropskih in ameriških državah so začeli uporabljati lasersko tehnologijo varjenja razmeroma zgodaj, začenši v osemdesetih letih. Audi, Mercedes-Benz, GM in druge znane avtomobilske blagovne znamke so takrat začele uvajati lasersko tehnologijo varjenja v proizvodnjo vozil in proizvodnjo, ki je spodbujala poglobljeno uporabo in razvoj laserske tehnologije varjenja na področju proizvodnje in proizvodnje vozil.
Lasersko varjenje napajalnih baterij bi moralo biti najbolj privlačno povpraševanje po varjenju v zadnjih letih, kar ima velik zagon za proizvajalce laserske opreme. Drugi naj bo varjenje avtomobilskih teles in delov. Kitajska je največji avtomobilski trg na svetu, saj se nenehno pojavljajo številne stare avtomobilske družbe in nova avtomobilska podjetja, skoraj 100 avtomobilskih blagovnih znamk. Večina proizvajalcev uporablja tehnologijo varjenja na kilovat ali avtomatizirano proizvodno linijo laserskega varjenja; Zlasti na področju energijskih baterij so vodilne nove energijske baterijske družbe uporabile veliko število laserskih varilnih opreme.
4. Kakšen je razvojni trend tehnologije laserskega varjenja?
Z nadaljnjim razvojem in prebojem varilne tehnologije je njegova edinstvenost bolj očitna v procesu raziskovanja in razvoja laserske tehnologije varjenja. Tehnologija laserskega varjenja lahko hitro in učinkovito vari kovinske materiale. Ko nastane laserski žarek, lahko zaradi lastnih visoko osredotočenih lastnosti povzroči izjemno veliko gostoto moči v laserskem žarku, ki laserski žarek v zelo kratkem času omogoča, da sprosti veliko toplotno energijo in s tem močno izboljša učinkovitost varjenja in zagotavlja kakovost varjenja.
Poleg tega ima zaradi trenutne prednosti varjenja tehnologije laserskega varjenja zelo široko možnost uporabe. Pri dejanski uporabi laserske tehnologije varjenja, ko laserski žarek neposredno obseva površino kovinskega materiala, ne bo vplival na kovinski material zunaj območja obsevanja, zato med postopkom varjenja ne povzroča bistvenih poškodb površine kovinskega materiala in po zaključku postopka varjenja ni treba izvajati povezane površinske obdelave. Zaradi tega je tehnologija laserskega varjenja še posebej primerna za obdelavo površin različnih natančnih delov, tako da je mogoče hitro doseči tudi težke operacije varjenja.
Poleg tega je v prejšnjih tehničnih specifikacijah varjenja običajno določeno, da morajo biti materialne zahteve za vse varilne materiale dosledne. Z uporabo laserske tehnologije varjenja ni treba imeti velikih omejitev materiala varilnega materiala, zato je mogoče celo varilni materiali različnih materialov enostavno variti s pomočjo laserskega varjenja. Lahko rečemo, da je tvorba in široka uporaba laserske tehnologije varjenja učinkovito premagala težave v tradicionalni tehnologiji varjenja in zmanjšala težave pri tradicionalnih operacijah varjenja.
Po več kot pol stoletja razvoja je tehnična raven laserske tehnologije varjenja postajala tudi vse bolj popolna in se postopoma široko uporablja na vedno več industrijskih področjih.
Na aplikacijskih poljih vesoljskega vesolja, elektronskih instrumentov, proizvodnje strojev, jeklenih metalurgij, avtomobilskih proizvodnji, medicinski opremi in drugih panogah ima tehnologija laserskega varjenja vse bolj veliko vlogo. Na primer, pri proizvodnji avtomobilskih delov lahko lasersko varilno tehnologijo uporabimo za predelavo in izdelavo pokrivnih delov vozila, napredne države, kot sta ZDA in Japonska, pa so uporabile tudi lasersko tehnologijo varjenja za proizvodnjo letalskih delov v čistem dušikovem okolju.