Технологии

Принципы лазерной сварки

Изменение интенсивности и размера пятна лазерного луча, излучаемого станком для лазерной обработки, позволяет сваривать и рисовать буквы и узоры на поверхности основных материалов , а также выполнять резку.
При лазерной сварке используется лазерный луч, который намного сильнее, чем для других процессов. Этот луч используется в качестве источника тепла для плавления и соединения основных материалов.

Лазерные лучи, используемые при лазерной сварке

Лазерный луч, используемый для сварки, невидим.
Средой, используемой для лазерного возбуждения, может быть газ или твердый объект. Возбужденный лазер фокусируется линзой и прикладывается к основному материалу. Мощность и диаметр пятна также можно изменить для других применений, кроме сварки.

Маркировка

Маркировка — это процесс, при котором символы и узоры гравируются на поверхности различных материалов с помощью лазерного луча. Гравировка также возможна путем плавления поверхности материала при нагревании.

Сварка

Лазерная сварка использует лазерный луч для плавления и соединения металлических материалов. Использование лазера позволяет выполнять сварку на более высоких скоростях и с меньшими искажениями, чем при обычной сварке.

При использовании мощного лазера на выходе требуется высокоуровневый контроль свойств сходимости луча, таких как длина волны и плотность энергии, а также качества лазерного луча, таких как интенсивность и режим луча. Однако этот метод можно использовать для деликатных операций в дополнение к соединению как толстых, так и тонких пластин, что является преимуществом лазерной сварки.

Что такое режим луча?

Режим луча — это распределение интенсивности света, уникальное для каждого генератора. Режимы луча включают одномодовый (режим Гаусса), многомодовый (несколько режимов) и кольцевой режим. При лазерной сварке одномодовый режим эффективен, когда сварка с проплавлением требуется для толстых листов, а многомодовый эффективен, когда точечная сварка требует большой ширины валика и не требуется глубокого проплавления.

Особенности лазерной сварки

Лазерные лучи можно сфокусировать в очень маленькую точку по сравнению с дугой, используемой при дуговой сварке. Увеличение плотности энергии с помощью собирающей линзы позволяет использовать лазерную сварку для локализованной сварки и для соединения материалов с разными точками плавления. Этот тип сварки также подходит для сложных сварочных работ благодаря уменьшенному тепловому воздействию, тонкому валику и отсутствию сил реакции обработки.

■ Характеристика
Поскольку лазерные лучи могут передаваться при атмосферном давлении, оборудование для лазерной сварки не требует * вакуумной камеры, как при электронно-лучевой сварке. Лазерное оборудование при лазерной сварке меньше, чем оборудование для электронно-лучевой сварки, поэтому возможны автоматизация и точное управление с помощью компьютера или робота. Волокна и зеркала тракта передачи также позволяют выполнять сварку на расстоянии от возбудителя. Эти преимущества делают лазерную сварку легко адаптируемой к различным приложениям, а возможность использовать удаленную лазерную сварку, волоконную лазерную сварку и сварку с сканированием луча позволяет удовлетворить различные потребности сварочного процесса.

Однако сварка может выполняться в вакуумной камере с помощью некоторых мощных лазеров, например сварка для производства плакированных стальных листов.

■ Плазменные контрмеры в оборудовании для лазерной сварки
Плазма (лазерно-индуцированный шлейф) может образовываться возле лазерного сварного шва в зависимости от величины ионизирующего напряжения любого металла или газа, присутствующего в области лазерного облучения. При генерации плазмы плазма вызывает поглощение и преломление лазера, что снижает мощность и плотность энергии лазера, поступающей в основной материал. Это связано с тем, что коэффициент поглощения лазера в плазме пропорционален квадрату длины волны, поэтому большие изменения в состоянии плазмы могут вызвать дефекты сварки.
Плазма легко создается металлами и газами с низким напряжением ионизации. Напряжение ионизации для алюминия составляет около 6 В, а для железа около 7,9 В. Таким образом, ионизация из-за паров металла часто происходит при лазерной сварке этих металлов. Для газов напряжение ионизации составляет около 15,8 В для аргона и около 14,5 В для азота. Это означает, что газообразный аргон и газообразный азот могут превращаться в плазму при сварке мощным лазером на CO 2 (углекислый газ).
Газообразный гелий, который имеет высокое напряжение ионизации, используется в качестве вспомогательного газа для предотвращения этого. Напряжение ионизации газообразного гелия составляет около 24,6 В, что почти не приводит к образованию плазмы. В зависимости от метода сварки вспомогательный газ гелий может подаваться сбоку или сзади во время сварки для подавления образования плазмы.
Генерацию плазмы также можно подавить откачкой воздуха из сварочной камеры, но для этого требуется вакуумное оборудование.

Примеры применения лазерной сварки

По сравнению с дуговой сваркой и электронно-лучевой сваркой лазерную сварку легче сочетать с компьютерным управлением и CAD / CAM. Помимо того, что лазерная сварка легко встраивается в производственные линии, она также подходит для использования с роботами. Лазерная сварка — это высокоточный, качественный, высокоскоростной и высокопроизводительный метод соединения, который использует характеристики высокой плотности энергии и небольших пятен для источника тепла. От крупных деталей, таких как внешние панели автомобилей, до мельчайших деталей, таких как провода и штыри в электронных компонентах, лазерная сварка используется в самых разных областях.

■ Точечная сварка рамы / кузова автомобилей
Точечная сварка на основе лазера выполняется путем облучения лазерным лучом одной стороны основного материала. В отличие от контактной точечной сварки нет необходимости размещать основной материал между электродами. Это позволяет выполнять сварку на манипуляторе робота с высокой степенью свободы для использования даже в сложных и сложных местах.
■ Сварка швов на кузовах автомобилей.
Использование высокоскоростного импульсного лазера или лазера непрерывного действия позволяет выполнять сварку линиями, а не пятнами. Линейная сварка обеспечивает повышенную прочность, а стальной материал для армирования не требуется, что позволяет снизить вес и повысить жесткость.
■ Точечная сварка проводов / контактов на электронных компонентах
Прикрепив камеру к лучу и контролируя точку с помощью компьютера, можно точно зафиксировать точку сварки. Это позволяет выполнять детальную сварку, например, проводов и контактов в электронных компонентах.
■ Герметизация и сварка керамических корпусов электронных устройств.
Сварка с небольшой степенью деформации возможна при использовании лазера непрерывного действия с малым тепловложением вместо мощного импульсного лазера. Расплавление припоя (присадочная проволока для сварки) также снижает образование брызг.

Автомобильная сварка

Автомобильные кузова требуют различных факторов, включая прочность, долговечность, защиту от ржавчины, стойкость к энергии столкновений и легкость, а также привлекательный дизайн с высокой коммерческой ценностью. Из-за этого тщательно рассматриваются толщина и материалы стальных листов, используемых для автомобильных кузовов. Повышение точности и производительности при одновременном удовлетворении требований к производительности является наиболее важной задачей в автомобилестроении.
В этом разделе представлены два метода — индивидуальная сварка заготовок и сварка лазерной пайкой, — разработанные для удовлетворения этих требований. Оба эти метода оказали значительное влияние на процессы сварки автомобильных кузовов.

■ Сварка заготовок по индивидуальному заказу
Термин «адаптированная заготовка» относится к прессованному материалу, который «адаптирован» для множества целей. Сварка заготовок по индивидуальному заказу — это метод, используемый для сварки материалов перед штамповкой для формирования единого материала.
Сварка выполняется перед штамповкой.
Сварка заготовок по индивидуальному заказу в основном используется для изготовления наружных панелей кузовов автомобилей.

  • Преимущества сварки заготовок по индивидуальному заказу
    С помощью сварки заготовок по индивидуальному заказу можно создать один стальной лист из нескольких стальных листов и одновременно подвергнуть их штамповке. Это преимущество уменьшает количество необходимых панелей, повышает точность корпуса и сводит к минимуму общее количество используемых деталей. Еще одним преимуществом с точки зрения качества является возможность изготавливать стальные листы из разных материалов в один материал. Это позволяет оптимально размещать материалы для удовлетворения различных требований к производительности, таких как уменьшенный вес и повышенная жесткость.
    Первоначально для изготовления боковых панелей использовалась сварка заготовок по индивидуальному заказу со сваркой TIG. Сегодня этот метод используется для различных производственных применений, включая панели пола, усиление люка в крыше, лонжероны дверей и внутреннюю часть боковых панелей. Помимо лазерной сварки, сварка заготовок по индивидуальному заказу также может выполняться с помощью сварочного шва и плазменной сварки, в зависимости от материала и требований к производительности.
  • Использование лазерной сварки для индивидуальной сварки заготовок
    Ширина валика, полученного при лазерной сварке, обычно составляет около 1 мм. Это создает более привлекательный внешний вид, чем это возможно при дуговой сварке, а деформация материала, связанная с нагревом, может быть сведена к минимуму. Сваренный металл также значительно упрочняется за счет быстрого затвердевания и охлаждения ванны расплава из-за теплопроводности. Это делает структуру сварного шва похожей на мартенситную до закалки, что приводит к прочной связи.
    Однако сварные детали, изготовленные методом специальной заготовки, склонны к растрескиванию в процессе штамповки после сварки. Кроме того, сварные детали, которые выше, чем окружающий стальной лист, могут повредить матрицу пресса и сократить срок службы. При выполнении специальной сварки заготовок необходимо принимать меры для предотвращения этих проблем.
    Такие решения включают использование вспомогательного газа для предотвращения пористости и регулировку скорости сварки для предотвращения подрезов. Кроме того, в зависимости от материала сварная деталь или сварная зона термического влияния (ЗТВ) могут треснуть, поэтому необходимо заранее внимательно изучить механизм образования и характеристики материала.
* Что такое мартенсит?
Мартенсит — это материал, образованный мартенситным превращением. Этот тип преобразования относится к изменению кристаллической структуры, вызванному сдвигом. В результате кристалл меньше исходного материала кристалла. Мартенситное превращение усиливает связь между кристаллами, а также увеличивает твердость.
■ Соединение с помощью лазерной пайки
В этом методе соединения используется паяльный присадочный металл (присадочная проволока) и лазерный источник тепла. Лазерная пайка обеспечивает улучшенную поддержку зазоров между сварочными линиями, что является общим недостатком лазерной сварки.

  • Преимущества лазерной пайки
    В то время как при обычной лазерной сварке используются линии для соединения материалов, при лазерной пайке поверхности материалов соединяются, обеспечивая отличные характеристики уплотнения. Использование припоя с низкой температурой плавления также позволяет соединять стальные листы без плавления с вдвое большей прочностью соединения, чем точечная сварка, и с удвоенной скоростью.
    Паяльный материал имеет значительные преимущества, включая сокращение времени нагрева и охлаждения во время соединения. Например, при пайке в вакуумной печи не происходит разрушения материала при соединении керамики и металла. Лазерная пайка также дает значительные преимущества при соединении алюминия и нержавеющей стали или сплавов магния.
  • Использование лазерной пайки для стыковки кузовов автомобилей
    Стальные листы, используемые для автомобильных кузовов, покрыты цинком для предотвращения ржавчины. Для склеивания этого покрытия без повреждения материала можно использовать лазерную пайку. Кроме того, соединение панелей крыши и боковых панелей может быть выполнено без каких-либо деталей из смолы для соединения панелей. С точки зрения дизайна, лазерная пайка устраняет линии разъема не только между панелью крыши и боковой панелью, но и на внешней стороне автомобиля.
    Лазерная пайка сочетает в себе возможности высокоскоростного соединения с высокой жесткостью, преодолевая общие недостатки лазерной сварки. Этот метод идеально подходит для использования в автомобильных процессах, требующих прочности, долговечности, предотвращения ржавчины, устойчивости к энергии столкновений и легкости в дополнение к красивому дизайну с высокой коммерческой ценностью.

 


Скруббер бутара

Tags
Show More

Рекомендуем также прочесть

Close