Mikä on laserhitsaus? Mikä on laserhitsaustekniikan nykyinen kehitys? Millä aloilla laserhitsaustekniikkaa voidaan soveltaa?
1. Mikä on laserhitsaus?
Lyhyesti sanottuna laserhitsaus on lämmittää työkappaleen pinta lasersäteilyllä ja pintalämpö diffundoituu sisäpuolelle lämmönjohtavuuden kautta. Sitten, hallitsemalla laserpulssin leveyttä, energiaa, huipputehoa ja toistotaajuutta, työkappale sulaa tiettyyn sulan poolin muodostamiseksi, mikä saavuttaa hitsauksen.
Laserhitsaus voi vähentää syöttölämpöä vaadittavaan vähimmäismäärään, lämpövaikutteisen vyöhykkeen metallografinen muutosalue on pieni ja myös lämmönjohtavuuden aiheuttama muodonmuutos on vähäinen.
Kontaktihitsaus voi vähentää koneen kulumista ja muodonmuutoksia minimiin. Laserpalkki on helppo keskittyä, kohdistaa ja ohjata optisten instrumenttien avulla. Se voidaan sijoittaa sopivaan etäisyyteen työkappaleesta ja sitä voidaan ohjata koneiden tai esteiden välillä työkappaleen ympärillä.
Laserpalkki voidaan keskittyä hyvin pieneen alueeseen, voi hitsata pieniä ja läheisesti etäisyydellä sijaitsevia osia, voi hitsata laajan valikoiman materiaaleja ja voi liittyä myös erilaisiin heterogeenisiin materiaaleihin.
Nopea hitsaus on helppo suorittaa automaatiolla, ja sitä voidaan myös ohjata digitaalisesti tai tietokoneella. Kun hitsat ohuita materiaaleja tai ohuita halkaisijaisia johtoja, ei ole ongelmia, kuten uudelleenmuutos.
2. Mikä on laserhitsaustekniikan nykytila?
Laserhitsaustekniikka on kehittynyt lasertekniikan kehittämisen kanssa. Viime vuosina on otettu käyttöön uusia valonlähteitä, kuten sininen laser, vihreä laser, femtosekunnin laser, keinuhitsaus, ARM (säädettävä Ringmode) -rengas säädettävä spot -hitsaus ja muut uudet prosessit, jotka ovat innovatiivisesti ratkaisseet joitain teollisuustuotannon hitsausongelmia, jotka ovat antaneet laserhitsauksen nopeasti edistää ja kehittää eri teollisuustuotannon aloilla.
(1) metallilaserhitsaustekniikka
Laserin korkean energian tiheys mahdollistaa hitsauksen joitain vaikeasti hinnoittuneita metallimateriaaleja, mutta erittäin heijastavien materiaalien ja erilaisten metallimateriaalien, kuten kulta, hopea, kupari ja alumiini, hitsaamisella on vielä joitain ongelmia. Tärkein syitä ovat:
① Korkea heijastavuus ja korkea lämmönjohtavuus, laserhitsaus vaatii korkeamman lähtötehon;
Suuritehoisen laserhitsauksen avulla se on herkkä muutoksille materiaalin pintatilan kannalta, mikä johtaa huonoon juotos-/hitsausmuodostumiseen;
③Hitsaushitsausnopeus on nopea, mikä johtaa hitsausvaurioihin, kuten huokosiin hitsauksen sisällä, erityisesti alumiini- ja alumiiniseosista.
(1,1) Kuparin ja kupariseosten tehokas laserhitsaus
Copperilla on erinomainen sähkö- ja lämmönjohtavuus, ja sitä käytetään laajasti elektronisten tuotteiden ja sähköajoneuvojen valmistuskenttillä. Niiden joukossa moottorit, akut, anturit, johtosarjat ja päätteet ovat yleisimmin käytettyjä.
Aikaisemmin metallimateriaalien laserhitsaus luottaa pääasiassa infrapunalasereihin. Kuparin lämmönjohtavuus on kuitenkin liian korkea, melkein viisi kertaa puhtaan raudan ja 1,7 -kertainen puhtaan alumiinin hallintaan. Kuparin absorptioaste on alhainen infrapunalasereilla. Infrapunalaserien käytöllä pelkästään lineaariseen hitsaukseen on epävakaa prosessi -ikkuna ja suurin sulamissyvyyden vaihtelu, mikä on alttiita ongelmille, kuten hitsaus roiske, sulan metalli roiskuminen, huokoset ja suuret tunkeutumissyvyyden vaihtelut.
Siksi suuritehoisten lyhyen aallonpituuden laserien syntymisen jälkeen näkyvästä kevyestä laserhitsauksesta ja hybridihitsauksesta on tullut ihanteellisia prosessointimenetelmiä erittäin heijastaville materiaaleille, kuten kupari- ja kupariseoksille.
①Green Light Laser -hitsaus
Vihreä laser on eräänlainen näkyvä valo, jonka aallonpituus on 500-560 nm. Vihreän valon kuparin imeytymisnopeus, jonka aallonpituus on λ=515 nm, on jopa 40%, mikä on noin 8 kertaa noin 1 μm infrapunavalon imeytymisnopeus ja energian kytkentätehokkuus on korkeampi. Herkkyys hapettumisasteelle vähenee myös.
Vihreän laserin käyttö voi vähentää merkittävästi kuparin syvän tunkeutumishitsauksen kynnystehoa, sulasuihke ja roiske hitsauspinnalla on pieni, ja hitsausnopeus ei melkein vaikuta siihen. Jos säteen skannaus, säteen defokus ja oikea laservoimanmodulaatio lisääntyvät, hitsauslaatua voidaan parantaa merkittävästi. Vaikka hitsausvikojen lukumäärä vähenee huomattavasti, hitsauspinta on säännöllisempi ja tasaisempi.
②Blue Light Laser -hitsaus
Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi fotonienergia, joka auttaa lisäämään materiaalin laservalon imeytymisnopeutta. Sinisen laserin aallonpituus on 400 nm ~ 500N. Gallium -nitridimateriaaliin perustuva puolijohdelaser voi tuottaa suoraan laseria aallonpituudella 450 nm ilman, että taajuudet kaksinkertaistuvat. Sillä on yksinkertaisen rakenteen, helpon käytön, elektro-optisen muuntamisen tehokkuuden ja korkean imeytymisnopeuden edut.
Verrattuna teollisuuskäsittelyssä yleisesti käytettyihin kuitulasereihin sinisissä kevyissä lasereissa on {{0}}%: n absorptio -absorptioasteen nousu 450 nm: llä, etenkin erittäin heijastavien metallimateriaalien, kuten kuparin ja kullan, absorptioasteen nousun lisääntyminen. On varmistettu, että kuparihitsaukseen tarvittava energiankulutus on 84% pienempi kuin infrapunalasereilla. Tämä tarkoittaa, että kun infrapunalaser vaatii 10 W laservoimaa hitsaamaan kuparimateriaaleja, sinisen laserin käyttäminen vaatii vain noin 1 kW tai 0,5 kW tehoa.
③Double -säteen hybridihitsaus
Infrapuna-hitsausprosessia käyttämällä infrapuna-näkyvää kevyen kaksoispalkin komposiitihitsausprosessia käyttämällä pienempää tehoa näkyvää kevyen laseria, infrapunalaser voi saavuttaa kuparin pakotetun syvän tunkeutumishitsauksen, kun voima on alhaisempi kuin syvän tunkeutumisen hitsauskynnysvoima, ja vähentää merkittävästi hitsausvapautta ja laitteen kustannukset ovat alhaiset. Hitsauksen laatu on korkea, ja sen katsotaan olevan erittäin merkittäviä etuja ja hyviä soveltamismahdollisuuksia.
(1,2) Alumiiniseosten laserkello hitsaus
Kun tavanomaisia yhden tarkistuksen lasersäteitä käytetään hitsaamaan alumiiniseoksia, huokoset ovat yleisiä vikoja. Tärkeimmät syyt huokosten muodostumiseen alumiiniseoksissa ovat:
① Hitsaus sulaa uima -allasta ja avaimenreiästä on taipumus romahtaa ja epävakautta johtuen vakavasta värähtelystä, muodostaen huokoset;
② Vetyjen liukoisuus alumiiniseoksissa putoaa voimakkaasti lämpötilan laskiessa, mikä johtaa ylikyllästetyn vedyn saostumiseen jähmennyksen ja vedyn huokosten muodostumisen aikana. Huokosten läsnäolo aiheuttaa stressipitoisuuden hitsauksessa, mikä aiheuttaa hitsauksen halkeamisen kiinteytymisen aikana.
Laser keinuhitsaus. Hitsausprosessin aikana säde liikkuu hitsauksen suuntaan ja keinuu eri muodoissa, kuten pyöreissä, 8- muotoiltuissa ja spiraalilinjoissa samanaikaisesti.
Tällä hetkellä säteen heilun toteuttaminen saavutetaan pääasiassa galvanometrillä, joka kestää suuritehoisia lasereita. Laser -kääntöhitsauksen säteen toiminta -alue lisääntyy, mikä lisää avaimen reikän ja sulan uima -altaan pinta -alaa ja sulan uima -altaan juuren kokoa, parantaa avaimenreiän ja sulan poolin stabiilisuutta, ja sillä on merkittävä parannusvaikutus vikoihin, kuten huono fuusio ja alaosa. Samanaikaisesti sulan uima -altaan sekoittaminen keinuvan valonsäteen kautta kiihdyttää sulan uima -altaan konvektiota, mikä lisää kuplien poistumisnopeutta sulaan uima -altaassa ja vähentää huokoisuutta.
3. Laserhitsaustekniikan nykyinen soveltaminen eri aloilla
Laserhitsaus on viimeistään leikkaamista. Tällä hetkellä maassani on yrityksiä, jotka ovat erikoistuneet laserhitsaukseen. Alkuaikoina lamppupumppuiset laser- ja YAG-laserhitsaukset olivat tärkeimmät menetelmät. Ne ovat kaikki hyvin perinteisiä pienitehoisia laserhitsauksia, joita on levitetty muotissa, mainoshahmoissa, laseissa, koruissa ja muissa kentissä, mutta asteikko on hyvin rajallinen. Viime vuosina, kun laservoimaa paransivat jatkuvasti, puolijohdelaserit ja kuitulaserit ovat vähitellen kehittäneet laserhitsaussovellusskenaarioita, rikkomalla laserhitsauksen teknisen pullonkaulan ja avaamalla uuden markkinatilan.
(1) Laserhitsaustekniikan soveltaminen autonvalmistukseen
Tieteen ja tekniikan kehittämisen sekä ihmisten kulutustason ja elämänlaadun parantamisen myötä autojen tuotantoalalla sijaitsevien autojen kevyen ja taiteellisen estetiikan vaatimukset ovat korkeammat ja korkeammalle. Laserhitsaustekniikka erottuu sen erinomaisen prosessointivaikutuksen, hyvän tuotteen laadun ja korkean työn tehokkuuden vuoksi, ja siitä tulee nopeasti hitsausprosessitekniikan sovellus autojen tuotantokentällä.
Ajoneuvojen tuotannossa laserhitsaustekniikkaa käytetään pääasiassa prosesseissa, kuten paksujen teräslevyjen laserhitsaus, autokokoonpanojen laserhitsaus ja ajoneuvojen osien laserhitsaus. Joidenkin eurooppalaisten ja amerikkalaisten maiden autovalmistajat alkoivat soveltaa laserhitsaustekniikkaa suhteellisen varhaisessa vaiheessa 1980 -luvulta alkaen. Audi, Mercedes-Benz, GM ja muut tunnetut autobrändit alkoivat tuoda tuolloin laserhitsaustekniikan tuolloin ajoneuvojen tuotantoa ja valmistusta, joka edisti laserhitsaustekniikan perusteellista sovellusta ja kehittämistä ajoneuvojen tuotannon ja valmistuksen alalla.
Power-akkujen laserhitsauksen tulisi olla viime vuosina kaikkein kiinnostavin hitsaushitsauskysyntä, jolla on suuri impulssi laserlaitteiden valmistajille. Toinen tulisi olla autojen runkojen ja osien hitsaus. Kiina on maailman suurin automarkkinat, ja monet vanhat autoyritykset ja uudet autoyritykset ovat jatkuvasti nousseet, lähes 100 autobrändiä. Useimmat valmistajat käyttävät kilowattitason hitsaustekniikkaa tai automaattisia laserhitsaustuotantolinjoja; Erityisesti sähköakkujen alalla johtavat uudet energiaakkuyhtiöt ovat käyttäneet suurta määrää laserhitsauslaitteita.
4. Mikä on laserhitsaustekniikan kehityssuunta?
Hitsaustekniikan edelleen kehittämisen ja läpimurton myötä sen ainutlaatuisuus näkyy enemmän laserhitsaustekniikan tutkimus- ja kehitysprosessissa. Laserhitsaustekniikka voi hitsata metallimateriaaleja nopeasti ja tehokkaasti. Kun lasersäde syntyy omien korkeiden tarkennusominaisuuksiensa vuoksi, se voi aiheuttaa erittäin suurta tehotiheyttä lasersäteenä, mikä mahdollistaa lasersäteen vapauttaa suuren määrän lämpöenergiaa hyvin lyhyessä ajassa, mikä parantaa huomattavasti hitsaustehokkuutta ja varmistaa hitsauslaadun.
Lisäksi laserhitsaustekniikan välittömän hitsausetun vuoksi sillä on erittäin laaja sovellusmahdollisuus. Laserhitsaustekniikan todellisessa levittämisessä, kun lasersäte säteilee suoraan metallimateriaalin pinnan, se ei vaikuta säteilyalueen ulkopuolella olevaan metallimateriaaliin, joten se ei aiheuta merkittäviä vaurioita metallimateriaalin pinnalle hitsausprosessin aikana, ja hitsausprosessin valmistumisessa ei tarvitse suorittaa pintakäsittelyä. Tämä tekee laserhitsaustekniikasta erityisen sopivan erilaisten tarkkuusosien pintojen käsittelemiseen, jotta myös vaikeammat hitsaustoimenpiteet voidaan saavuttaa nopeasti.
Lisäksi aiemmissa hitsausteknisissä teknisissä eritelmissä määrätään yleensä, että kaikkien hitsausmateriaalien materiaalivaatimusten on oltava yhdenmukaisia. Laserhitsaustekniikan avulla hitsausmateriaalien materiaalille ei tarvitse olla suuria rajoituksia, joten jopa eri materiaalien hitsausmateriaalit voidaan helposti hitsata laserhitsaustekniikassa. Voidaan sanoa, että laserhitsaustekniikan muodostuminen ja laajalle levinnyt soveltaminen on tehokkaasti voittanut perinteisen hitsaustekniikan ongelmat ja vähentänyt perinteisten hitsaustoimintojen vaikeuksia.
Yli puolen vuosisadan kehityksen jälkeen myös laserhitsaustekniikan tekninen taso on tullut yhä täydellisemmäksi, ja sitä on vähitellen käytetty laajasti yhä useammalla teollisuusalueella.
Ilmailu-, elektronisten instrumenttien, koneiden valmistuksen, teräsmetallurgian, autonvalmistuksen, lääketieteellisten laitteiden ja muiden toimialojen sovelluskentällä laserhitsaustekniikka on yhä suurempi rooli. Esimerkiksi autojen osien tuotannossa laserhitsaustekniikkaa voidaan käyttää ajoneuvon peittävien osien käsittelemiseen ja tuottamiseen, ja edistyneet maat, kuten Yhdysvallat ja Japani