Czym jest spawanie laserowe

Technologia spawania laserowego to połączenie technologia spawania Wykorzystuje wiązkę laserową jako źródło energii, aby uderzała w spoinę, co pozwala na osiągnięcie celu spawania. Składa się ona z oscylatora optycznego i ośrodka umieszczonego między zwierciadłami na obu końcach wnęki oscylatora.

1. Informacje podstawowe

Wzbudza elektrony lub cząsteczki, aby wytworzyć skoncentrowane i identyczne fazowo wiązki światła w procesie przekształcania ich w energię. Nazwa laser pochodzi od pierwszej litery słowa Light Amplification by Stimulated Emission Radiation (wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania).

Składa się z oscylatora optycznego i ośrodka umieszczonego między zwierciadłami na obu końcach wnęki oscylatora. Po wzbudzeniu ośrodka do stanu wysokoenergetycznego, zaczyna on generować fale świetlne o tej samej fazie i odbijać się tam i z powrotem między zwierciadłami na obu końcach, tworząc efekt fotoelektrycznego złącza strunowego, wzmacniając fale świetlne i uzyskując energię wystarczającą do emisji światła laserowego.

Pierwsza na świecie wiązka laserowa została wytworzona w 1960 roku za pomocą lampy błyskowej do wzbudzenia ziaren rubinu. Ze względu na ograniczoną pojemność cieplną kryształu, wiązka ta może wytwarzać jedynie bardzo krótkie impulsy o bardzo niskiej częstotliwości. Chociaż chwilowa energia szczytowa impulsu może sięgać nawet 10~6 watów, to i tak jest to niska energia wyjściowa.

2. Cechy spawania laserowego

Przede wszystkim, spawanie laserowe Może zminimalizować ilość wprowadzanego ciepła, zakres zmian metalograficznych strefy wpływu ciepła jest niewielki, a odkształcenia spowodowane przewodzeniem ciepła są również najniższe. Nie ma potrzeby stosowania elektrod i nie ma obaw o zanieczyszczenie lub uszkodzenie elektrod. Ponieważ nie jest to proces spawania kontaktowego, zużycie i odkształcenia sprzętu mogą być zminimalizowane. Wiązkę laserową łatwo ogniskować, ustawiać i kierować za pomocą instrumentów optycznych. Można ją umieścić w odpowiedniej odległości od przedmiotu obrabianego i prowadzić między narzędziami lub przeszkodami wokół przedmiotu obrabianego. Inne metody spawania nie mogą być stosowane ze względu na wspomniane ograniczenia przestrzenne. Po drugie, przedmiot obrabiany może być umieszczony w zamkniętej przestrzeni. Wiązkę laserową można skupić na małym obszarze, może spawać małe i blisko siebie rozmieszczone elementy, może spawać szeroką gamę materiałów, a także łączyć różne materiały heterogeniczne. Ponadto spawanie z dużą prędkością jest łatwe do zautomatyzowania i może być również sterowane cyfrowo lub komputerowo. Spawanie cienkich materiałów lub drutów o małej średnicy nie jest tak kłopotliwe, jak spawanie łukowe.

3. Zalety spawania laserowego

● Ilość wprowadzanego ciepła można ograniczyć do niezbędnego minimum, zakres zmian metalograficznych strefy wpływu ciepła jest niewielki, a odkształcenia spowodowane przewodzeniem ciepła są najmniejsze.

● Parametry procesu spawania blach o grubości 32 mm w jednym przejściu zostały zweryfikowane i zakwalifikowane, co pozwala skrócić czas potrzebny do spawania grubych blach, a nawet zaoszczędzić na stosowaniu materiału wypełniającego.

● Nie ma potrzeby stosowania elektrod i nie ma obawy o ich zanieczyszczenie lub uszkodzenie. Ponieważ proces spawania nie polega na zgrzewaniu kontaktowym, zużycie i odkształcenia sprzętu można zminimalizować.

● Wiązkę laserową można łatwo zogniskować, ustawić i naprowadzić za pomocą instrumentów optycznych. Można ją umieścić w odpowiedniej odległości od przedmiotu obrabianego i prowadzić między narzędziami lub przeszkodami wokół przedmiotu obrabianego. Inne metody spawania nie są możliwe ze względu na wspomniane ograniczenia przestrzenne.

● Przedmiot obrabiany można umieścić w przestrzeni zamkniętej.

● Wiązkę laserową można skupić na małym obszarze i spawać małe i blisko siebie położone części.

● Dostępna jest szeroka gama materiałów spawalnych, a także możliwe jest łączenie ze sobą różnych materiałów heterogenicznych.

● Łatwo zautomatyzować spawanie z dużą prędkością, można je także kontrolować cyfrowo lub komputerowo.

● Spawanie cienkich materiałów lub drutów o małej średnicy nie stwarza tak wielu problemów jak spawanie łukowe.

● Nie ulega wpływowi pola magnetycznego (spawanie łukowe i spawanie wiązką elektronów jest łatwe) i umożliwia dokładne wyrównywanie spoin.

● Możliwość spawania dwóch rodzajów metali o różnych właściwościach fizycznych (np. różnej rezystancji)

● Nie jest wymagana żadna ochrona przed próżnią ani promieniowaniem rentgenowskim.

● W przypadku stosowania spawania perforowanego stosunek głębokości do szerokości spoiny może osiągnąć 10:1

● Urządzenie można przełączać w celu przesyłania wiązki laserowej do wielu stacji roboczych.

4. Zaleta i wada

● Pozycja spoiny musi być bardzo precyzyjna i musi mieścić się w zakresie ogniskowej wiązki laserowej.

● Jeśli do spawania należy użyć przyrządu, należy upewnić się, że ostateczna pozycja spawania jest wyrównana z punktami spawania, na które oddziałuje wiązka laserowa.

● Maksymalna grubość spawania jest ograniczona, a grubość penetracji materiału obrabianego znacznie przekracza 19 mm. Spawanie laserowe nie nadaje się do stosowania na linii produkcyjnej.

● Materiały o wysokim współczynniku odbicia i wysokiej przewodności cieplnej, takie jak aluminium, miedź i ich stopy itp., ulegają zmianom podatności na spawanie za pomocą lasera.

● Podczas spawania wiązką laserową o średniej lub dużej energii konieczne jest użycie regulatora plazmy w celu wyprowadzenia zjonizowanego gazu wokół jeziorka stopionego materiału, aby zapewnić ponowne pojawienie się ściegu spoiny.

● Sprawność konwersji energii jest zbyt niska, zwykle mniejsza niż 10%.

● Spoina szybko twardnieje, co może wiązać się z ryzykiem porowatości i kruchości.

● Sprzęt jest drogi.

5. Zastosowanie

Technologia spawania laserowego jest powszechnie stosowana w dziedzinach produkcji wymagających wysokiej precyzji, takich jak produkcja samochodów, statków, samolotów i szybkich kolei, co znacznie poprawiło jakość życia ludzi i wprowadziło branżę sprzętu AGD w erę produkcji precyzyjnej.

6. Zalety spawania hybrydowego

Technologia hybrydowego spawania laserowego ma znaczące zalety. W przypadku mieszania laserowego zalety odzwierciedlają się głównie w dzisiejszych czasach: większa penetracja/większa szczelina spawania; lepsza wytrzymałość spoiny, dodanie materiałów pomocniczych może wpłynąć na strukturę siatki spoiny; tylna strona spoiny bez przepaleń Zjawisko ugięcia; zakres zastosowania jest szerszy; dzięki technologii zastępowania lasera inwestycja jest mniejsza. W przypadku mieszanki spawalniczej laserowej MIG w osłonie gazu obojętnego zalety odzwierciedlają się głównie dzisiaj: wyższa prędkość spawania; duża głębokość wtopienia spawania; mniej generowanego ciepła spawania; wysoka wytrzymałość spoiny; mała szerokość spoiny; mały występ spoiny. Dzięki temu proces produkcyjny całego systemu jest stabilny, a dostępność sprzętu jest dobra; obciążenie pracą przygotowania spoiny i jej obróbki po spawaniu jest niewielkie; czas produkcji spawów jest krótki, koszty są niskie, a wydajność produkcji wysoka; dobra konfiguracja sprzętu optycznego.

Jednak koszty inwestycji w hybrydowe spawanie laserowe w urządzeniach energetycznych są stosunkowo wysokie. Wraz z dalszą ekspansją rynku, ceny urządzeń energetycznych również spadną, a technologia hybrydowego spawania laserowego znajdzie zastosowanie w coraz większej liczbie dziedzin. Technologia hybrydowego spawania laserowego jest co najmniej bardzo odpowiednim procesem spawania stopów aluminium i w dłuższej perspektywie stanie się głównym narzędziem produkcyjnym w spawalnictwie.