Co to jest spawanie laserowe? Jaki jest obecny rozwój technologii spawania laserowego? W jakich dziedzinach można zastosować technologię spawania laserowego?
1. Co to jest spawanie laserowe?
Krótko mówiąc, spawanie laserowe ma na celu podgrzanie powierzchni przedmiotu obrabianego promieniowaniem laserowym, a ciepło powierzchniowe rozprasza się do wewnątrz przez przewodnictwo cieplne. Następnie, kontrolując szerokość, energię, moc szczytową i częstotliwość powtarzania impulsu laserowego, przedmiot obrabia jest stopiony, tworząc określoną stopioną pulę, osiągając w ten sposób spawanie.
Spawanie laserowe może zmniejszyć ciepło wejściowe do minimalnej wymaganej ilości, zakres zmian metalograficznych strefy dotkniętej ciepłem jest niewielki, a deformacja spowodowana przewodnictwem ciepła jest również minimalne.
Spawanie bezkontaktowe może ograniczyć zużycie i deformację maszyny do minimum. Belka laserowa jest łatwa do skupienia, wyrównania i prowadzenia instrumentów optycznych. Można go umieścić w odpowiedniej odległości od przedmiotu obrabianego i może być prowadzony między maszynami lub przeszkodami wokół przedmiotu obrabianego.
Belka laserowa może być skupiona na bardzo małym obszarze, może być spawanie małych i blisko rozmieszczonych części, może spawać szeroką gamę materiałów, a także łączyć różne heterogeniczne materiały.
Łatwo jest wykonać szybkie spawanie za pomocą automatyzacji, a także może być kontrolowane cyfrowo lub za pomocą komputera. Podczas spawania cienkich materiałów lub przewodów cienkowarstwowych nie ma żadnych problemów, takich jak remisowanie.
2. Jaki jest obecny status technologii spawania laserowego?
Technologia spawania laserowego opracowała się wraz z rozwojem technologii laserowej. W ostatnich latach wprowadzono nowe źródła światła, takie jak niebieski laser, zielony laser, laser femtosekundowy, spawanie huśtawkowe, ramię (regulowany model pierścieniowy), były szybkie spawanie punktowe i inne nowe procesy w różnych pól produkcji przemysłowej.
(1) Metalowa technologia spawania laserowego
Wysoka gęstość energii lasera umożliwia spawanie niektórych trudnych do mycia materiałów metalowych, ale nadal istnieją pewne problemy z spawaniem materiałów o wysoce odblaskowych i odmiennych materiałów metali, takich jak złoto, srebro, miedź i aluminium. Główne powody obejmują:
① Wysoka współczynnik odbicia i wysokiej przewodności cieplnej spawanie laserowe wymaga wyższej mocy początkowej;
② Rozdanie spawania laserowego o dużej mocy jest wrażliwe na zmiany stanu powierzchniowego materiału, co powoduje słabe tworzenie stawu/spoiny lutowniczej;
③ Prędkość spawania laserowego jest szybka, co powoduje wady spawania, takie jak pory w spoinie, zwłaszcza aluminium i stopach aluminium.
(1.1) Skuteczne spawanie laserowe stopów miedzi i miedzi
Miedź ma doskonałą przewodność elektryczną i cieplną i jest szeroko stosowana w polach produkcyjnych produktów elektronicznych i pojazdów elektrycznych. Wśród nich najczęściej używane są silniki, baterie, czujniki, wiązki przewodów i zaciski.
W przeszłości laserowe spawanie materiałów metali polegało głównie na laserach podczerwieni. Jednak przewodność cieplna miedzi jest zbyt wysoka, prawie 5 razy większa niż czyste żelazo i 1,7 razy większe niż czyste aluminium. Miedź ma niską wskaźnik absorpcji laserów w podczerwieni. Zastosowanie laserów w podczerwieni do samego spawania liniowego ma niestabilne okno procesu i największą fluktuację głębokości topnienia, która jest podatna na problemy, takie jak spawanie spawania, rozpad moczowy, pory i duże fluktuacje głębokości penetracji.
Dlatego po pojawieniu się laserów o dużej mocy krótkiej długości fali widzialne spawanie laserowe i hybrydowe spawanie stały się idealnymi metodami przetwarzania dla materiałów o bardzo odblaskowych, takich jak stopy miedzi i miedzi.
Green Light Laser Spawanie
Zielony laser jest rodzajem światła widzialnego o długości fali 500-560 nm. Szybkość absorpcji miedzi dla zielonego światła o długości fali λ=515 nm wynosi nawet 40%, co jest około 8 -krotnie większe niż szybkość absorpcji światła podczerwieni około 1 μm, a wydajność sprzężenia energii jest wyższa. Zmniejsza się również wrażliwość na stopień utleniania.
Zastosowanie zielonego lasera może znacznie zmniejszyć progową moc głębokiej penetracji miedzi, ilość rozpylania i rozprysków na powierzchni spoiny jest niewielka i prawie nie ma wpływu na prędkość spawania. Jeśli skanowanie wiązki, defocus wiązki i prawidłowa modulacja mocy laserowej zostaną zwiększone, jakość spawania można znacznie poprawić. Podczas gdy liczba defektów spoiny jest znacznie zmniejszona, powierzchnia spoiny będzie bardziej regularna i jednolita.
② Blue Light Laser Spawanie
Im krótsza długość fali, tym wyższa energia fotonu, która pomaga zwiększyć szybkość absorpcji materiału laserowego. Długość fali niebieskiego lasera wynosi 400 nm ~ 500 n. Laser półprzewodnikowy oparty na materiale azotku galu może bezpośrednio generować laser o długości fali 450 nm bez dalszego podwojenia częstotliwości. Ma zalety prostej struktury, łatwego użycia, efektywności konwersji elektrooptycznej i wysokiej szybkości absorpcji.
Compared with fiber lasers commonly used in industrial processing, blue light lasers have a {{0}}% increase in the absorption rate of metal materials at 450nm, especially the increase in the absorption rate of highly reflective metal materials such as copper and gold. Sprawdzono, że zużycie energii wymagane do spawania miedzi jest o 84% niższe niż w laserach podczerwieni. Oznacza to, że gdy laser podczerwieni wymaga 10 W zasilania lasera do spawania materiałów miedzianych, użycie niebieskiego lasera wymaga tylko około 1 kW lub 0,5 kW mocy.
③ Podwójne spawanie hybrydowe wiązki
Korzystając z procesu spawania z kompozytem z kompozytem z kompozytem z podwójnym wiązką podczerwieni, przy użyciu lasera światła widzialnego w podczerwieni, laser na podczerwień może osiągnąć spawanie miedzi wymuszone miedzi, gdy moc jest niższa niż moc progowa spawania głębokiego spawania i znacząco zmniejszyć strudztwo spawania, a koszt sprzętu jest niski. Jakość spawania jest wysoka i uważa się, że ma bardzo wyjątkowe zalety i dobre perspektywy aplikacji.
(1.2) Spawanie huśtawka laserowego stopów aluminiowych
Gdy do spawania stopów aluminiowych stosuje się konwencjonalne pojedyncze wiązki laserowe, pory są powszechnymi wadami. Głównymi przyczynami tworzenia porów w stopach aluminium to:
① Spawanie stopionego basenu i dziurki od klucza są podatne na zawalenie się i niestabilność z powodu silnych wibracji, tworzących pory;
② Rozpuszczalność wodoru w stopach aluminium gwałtownie spadnie wraz ze spadkiem temperatury, co spowoduje wytrącanie przesyconego wodoru podczas zestalania i tworzenie porów wodoru. Obecność porów spowoduje stężenie naprężeń w spoinie, co spowoduje pękanie spoiny podczas zestalania.
Spawanie huśtawki laserowej. Podczas procesu spawania wiązka porusza się wzdłuż kierunku spoiny i wahań w różnych formach, takich jak okrągły, w kształcie 8- i jednocześnie spiralne linie.
Obecnie realizacja huśtawki wiązki osiąga się głównie przez galwanometr, który może wytrzymać lasery o dużej mocy. Zwiększony jest obszar działania wiązki spawania huśtawki laserowej, co zwiększa obszar dziurki od klucza i stopionej puli oraz wielkość korzenia stopionej puli, poprawia stabilność dziurki od klucza i stopionej puli oraz ma znaczący wpływ na wady, takie jak złe fuzja i podcięcie. Jednocześnie mieszanie stopionego basenu przez zmieniającą się wiązkę światła przyspiesza konwekcję stopionego basenu, co zwiększa prędkość ucieczki pęcherzyków w stopionej basenie i zmniejsza porowatość.
3. Obecne zastosowanie technologii spawania laserowego w różnych dziedzinach
Spawanie laserowe nie jest później niż cięcie. Obecnie w moim kraju są przedsiębiorstwa specjalizujące się w spawaniu laserowym. Na początku głównych metod były spawanie laserowe i laserowe spawanie laserowe i YAG. Wszystkie są bardzo tradycyjne spawanie laserowe o niskiej mocy, które zostało zastosowane w formie, postacie reklamowe, okulary, biżuterię i inne pola, ale skala jest bardzo ograniczona. W ostatnich latach, wraz z ciągłym doskonaleniem energii laserowej,, co ważniejsze, lasery półprzewodnikowe i lasery światłowodowe stopniowo opracowały scenariusze aplikacji spawania laserowego, łamanie technicznego wąskiego gardła spawania laserowego i otwierając nowe miejsce rynkowe.
(1) Zastosowanie technologii spawania laserowego w produkcji samochodów
Wraz z rozwojem nauki i technologii oraz poprawy poziomu konsumpcji ludzi i jakości życia wymagania dotyczące lekkiej i artystycznej estetyki organów samochodowych w dziedzinie produkcji samochodów stają się coraz wyższe. Technologia spawania laserowego wyróżnia się ze względu na doskonały efekt przetwarzania, dobrej jakości produktu i wysoką wydajność pracy, i szybko staje się ulubieńcem zastosowania technologii procesów spawania w dziedzinie produkcji samochodów.
W produkcji pojazdów technologia spawania laserowego jest wykorzystywana głównie w procesach takich jak laserowe spawanie grubej stalowej płytki, spawanie laserowe zespołów samochodowych i zespołów podsystemowych oraz spawanie laserowe części pojazdu. Automakowie w niektórych krajach europejskich i amerykańskich zaczęli stosować stosunkowo wcześnie technologię spawania laserowego, począwszy od lat 80. Audi, Mercedes-Benz, GM i inne znane marki samochodowe zaczęły wprowadzać w tym czasie technologię spawania laserowego do produkcji i produkcji pojazdów, co promowało dogłębne zastosowanie i rozwój technologii spawania laserowego w dziedzinie produkcji i produkcji pojazdów.
Laserowe spawanie akumulatorów zasilających powinno być najbardziej przyciągającym wzrok zapotrzebowanie na stosowanie spawania w ostatnich latach, które ma doskonały impuls dla producentów urządzeń laserowych. Drugim powinno być spawanie ciał i części samochodowych. Chiny to największy na świecie rynek motoryzacyjny, a wiele starych firm samochodowych i nowych firm samochodowych pojawia się w sposób ciągły, z prawie 100 markami samochodowymi. Większość producentów korzysta z technologii spawalniczej na poziomie kilowatowym lub zautomatyzowanych linii produkcyjnych spawania laserowego; Zwłaszcza w dziedzinie baterii energetycznych wiodące nowe firmy z baterii energetycznej wykorzystywały dużą liczbę urządzeń do spawania laserowego.
4. Jaki jest trend rozwojowy technologii spawania laserowego?
Dzięki dalszemu rozwojowi i przełomowi technologii spawania jej wyjątkowość jest bardziej widoczna w procesie badań i rozwoju technologii spawania laserowego. Technologia spawania laserowego może szybko i skutecznie spawać materiały metalu. Gdy wiązka laserowa jest generowana, ze względu na własną wysokie charakterystykę ostrości, może powodować wyjątkowo wysoką gęstość mocy w wiązce laserowej, co umożliwia wiązkę laserową uwalnianie dużej ilości energii cieplnej w bardzo krótkim czasie, tym samym znacznie poprawiając wydajność spawania i zapewnienie jakości spawania.
Ponadto, ze względu na natychmiastową przewagę spawania technologii spawania laserowego, ma ona bardzo szeroką perspektywę aplikacji. W rzeczywistym zastosowaniu technologii spawania laserowego, gdy wiązka laserowa bezpośrednio napromieniuje powierzchnię materiału metalu, nie wpłynie ona na materiał metalowy poza obszarem napromieniowania, więc nie powoduje znacznego uszkodzenia powierzchni materiału metalowego podczas procesu spawania, a po zakończeniu procesu spawania nie ma potrzeby wykonywania powiązanego przetwarzania powierzchni. To sprawia, że technologia spawania laserowego jest szczególnie odpowiednia do przetwarzania powierzchni różnych części precyzyjnych, dzięki czemu można również szybko osiągnąć trudniejsze operacje spawania.
Ponadto w poprzednich specyfikacjach technicznych spawania zwykle stanowi, że wymagania materiałowe dla wszystkich materiałów spawalniczych muszą być spójne. Przy użyciu technologii spawania laserowego nie ma potrzeby posiadania doskonałych ograniczeń materiału materiałów spawalniczych, więc nawet materiały spawalnicze różnych materiałów można łatwo spawać za pomocą technologii spawania laserowego. Można powiedzieć, że tworzenie i powszechne zastosowanie technologii spawania laserowego skutecznie przezwyciężyło problemy w tradycyjnej technologii spawania i zmniejszyło trudności z tradycyjnymi operacjami spawalniczymi.
Po ponad pół wieku rozwoju poziom technologii spawania laserowego staje się również coraz doskonały i stopniowo był szeroko stosowany w coraz większej liczbie dziedzin przemysłowych.
W dziedzinie aplikacji lotniczych, instrumentów elektronicznych, produkcji maszyn, metalurgii stalowej, produkcji samochodowej, sprzętu medycznego i innych branż, technologia spawania laserowego odgrywa coraz ogromną rolę. Na przykład w produkcji części motoryzacyjnych technologia spawania laserowego może być wykorzystywana do przetwarzania i produkcji części pokrywkowych pojazdu, a zaawansowane kraje, takie jak Stany Zjednoczone i Japonia, zastosowały również technologię spawania laserowego do produkcji części lotniczych w środowisku czystego azotu.