Lāzera metināšanas tehnoloģijas unikālās priekšrocības
1. Lāzera metināšanas tehnoloģija
Darbības princips: Lāzera aktīvie materiāli (piemēram, CO₂ un citu gāzu maisījums, YAG itrija alumīnija granāta kristāli utt.) tiek ierosināti noteiktā veidā, lai tie svārstītos uz priekšu un atpakaļ rezonanses dobumā, radot stimulētu starojuma staru kūli. Kad stars saskaras ar sagatavi, tā enerģija tiek absorbēta. Metināšanu var veikt, kad temperatūra sasniedz materiāla kušanas temperatūru.
2. Galvenie parametriLāzera metināšanas tehnoloģija
(1) Jaudas blīvums
Pie zemas jaudas blīvuma virsmas slānim viršanas temperatūras sasniegšanai nepieciešamas vairākas milisekundes. Pirms virsmas iztvaikošanas vispirms izkūst apakšējais slānis, veicinot augstas kvalitātes kausēšanas metinājumu veidošanos.
(2) Lāzera impulsa viļņu forma
Metālu atstarošanas spēja lāzera impulsa cikla laikā mainās dinamiski. Tā strauji samazinās, kad virsmas temperatūra sasniedz kušanas temperatūru, un stabilizējas pie nemainīgas vērtības, kad virsma ir izkususi.
(3) Lāzera impulsa platums
Tomēr ilgāks impulsa platums samazina maksimālo jaudu. Tāpēc siltumvadītspējas metināšanā parasti izmanto ilgāku impulsa platumu, radot platas, seklas metināšanas šuves, kas ir īpaši piemērotas plānu un biezu plākšņu pārlaiduma metināšanai.
Tomēr zema maksimālā jauda var izraisīt pārmērīgu siltuma padevi. Katram materiālam ir optimāls impulsa platums, kas maksimāli palielina metināšanas caurlaidību.
(4) Defokusēšanas apjoms
(5) Defokusēšanas režīmi
Saskaņā ar ģeometriskās optikas teoriju jaudas blīvums plaknēs, kas atrodas vienādā attālumā no metināšanas virsmas (pozitīvā un negatīvā defokusa konfigurācijā), ir aptuveni vienāds. Tomēr praksē iegūtās metināšanas vannas formas nedaudz atšķiras. Negatīva defokusa gadījumā rodas lielāka metināšanas iespiešanās, kas ir saistīts ar metināšanas vannas veidošanās mehānismu.
(6) Metināšanas ātrums
Dotajai lāzera jaudai un noteiktam materiāla biezumam pastāv optimāls metināšanas ātruma diapazons, kurā pie atbilstošās ātruma vērtības var sasniegt maksimālo metināšanas caurlaidību.
(7) Aizsarggāze
Aizsarggāzei ir trīs galvenās funkcijas:
- Aizsargājiet metināšanas vanniņu no atmosfēras piesārņojuma.
- Aizsargājiet fokusēšanas lēcu no metāla tvaiku piesārņojuma un izkausētu pilienu šļakatām — kritiski svarīga funkcija lieljaudas lāzermetināšanā, kur šļakatām ir liela enerģija.
- Efektīvi izkliedē plazmas mākoni, kas rodas lieljaudas lāzera metināšanas laikā. Metāla tvaiki absorbē lāzera enerģiju un jonizējas plazmā; pārmērīga plazma var vājināt lāzera stara enerģiju.
3. Lāzera metināšanas tehnoloģijas unikālā ietekme
- Metinājuma attīrīšanas efekts: Kad lāzera stars apstaro metinājuma šuvi, materiālā esošie oksīda piemaisījumi absorbē lāzera enerģiju daudz efektīvāk nekā pamatmetāls. Šie piemaisījumi tiek ātri uzkarsēti, iztvaikoti un izvadīti, ievērojami samazinot piemaisījumu saturu metinājumā. Tādējādi,lāzera metināšanane tikai novērš sagataves piesārņošanu, bet arī aktīvi attīra materiālu.
- Fotosprādziena trieciena efekts: Pie ārkārtīgi augstas jaudas blīvuma intensīvais lāzera starojums izraisa metāla strauju iztvaikošanu metinājuma šuvē. Augsta ātruma metāla tvaiku spiediena ietekmē izkausētais metāls metināšanas vannā eksplozīvi izšļakstās. Spēcīgais triecienvilnis izplatās dziļi materiālā, radot šauru atslēgas caurumu. Lāzera staram pārvietojoties metināšanas laikā, apkārtējais izkausētais metāls nepārtraukti aizpilda atslēgas caurumu un sacietē, veidojot spēcīgu, dziļu metinājuma šuvi.
- Atslēgas cauruma efekts dziļās iespiešanās metināšanā: kad lāzera stars ar jaudas blīvumu līdz 10⁷ W/cm² apstaro materiālu, metināmā enerģijas padeve ievērojami pārsniedz siltuma zudumu ātrumu vadīšanas, konvekcijas un starojuma ceļā. Tas izraisa metāla strauju iztvaikošanu lāzera apstarotajā zonā, veidojot atslēgas caurumu metināšanas vannā zem augstspiediena tvaikiem.
Līdzīgi kā astronomisks melnais caurums, atslēgas caurums absorbē gandrīz visu krītošo lāzera enerģiju, ļaujot staram iekļūt tieši atslēgas cauruma apakšā. Atslēgas cauruma dziļums nosaka metinājuma iespiešanās dziļumu.
- Lāzera fokusēšanas efekts uz atslēgas cauruma sānu sienām: Atslēgas cauruma veidošanās laikā metināšanas vannā lāzera stariem, kas krīt uz atslēgas cauruma sānu sienām, parasti ir liels krišanas leņķis. Šie stari atstarojas no sānu sienām un izplatās atslēgas cauruma apakšas virzienā, kā rezultātā atslēgas cauruma iekšpusē rodas enerģijas superpozīcija. Šī parādība, kas pazīstama kā atslēgas cauruma sānu sienas fokusēšanas efekts, efektīvi palielina lāzera intensitāti atslēgas caurumā un veicina lāzermetināšanas unikālās iespējas.
4. Lāzera metināšanas tehnoloģijas priekšrocības
- Īpaši ātrs metināšanas process: īsais lāzera apstarošanas laiks nodrošina ātru metināšanu, kas ne tikai palielina produktivitāti, bet arī samazina materiāla oksidēšanos un samazina karstuma ietekmēto zonu. Tas padara to ideāli piemērotu karstumjutīgu komponentu, piemēram, tranzistoru, metināšanai. Lāzermetināšana nerada metināšanas izdedžus un novērš nepieciešamību pēc oksīda noņemšanas pirms metināšanas. Tā var veikt pat metināšanu caur stiklu, padarot to īpaši piemērotu precīzu mikroinstrumentu ražošanai.
- Plaša materiālu saderība: Lāzermetināšana var savienot ne tikai identiskus metālus, bet arī atšķirīgus metālus un pat metāla un nemetāla kombinācijas. Piemēram, integrētās shēmas ar keramikas substrātiem ir grūti metināt, izmantojot parastās metodes, jo keramikas kušanas temperatūra ir augsta un ir jāizvairās no mehāniskā spiediena. Lāzermetināšana nodrošina ērtu risinājumu šādiem pielietojumiem. Tomēr ņemiet vērā, ka lāzermetināšana nav piemērota visām atšķirīgo materiālu kombinācijām.
5. Lāzermetināšanas pielietojuma scenāriji un nozares
- Siltuma vadīšanas metināšanaGalvenokārt izmanto precīzai apstrādei, piemēram, plānu metāla loksņu malu apstrādei un medicīnas ierīču ražošanai.
- Dziļās iespiešanās metināšana un lodēšana: Plaši tiek izmantota autobūves nozarē. Dziļās iespiešanās metināšanu izmanto automašīnu virsbūvju, transmisiju un ārējo apvalku metināšanai; lodēšanu galvenokārt izmanto automašīnu virsbūvju montāžai.
- Lāzervadītspējas metināšana nemetāliem: plaša pielietojuma joma, tostarp patēriņa preču ražošanā, automobiļu ražošanā, elektronisko korpusu izgatavošanā un medicīnas tehnoloģijās.
- Hibrīda metināšana: īpaši piemērota īpašām tērauda konstrukcijām, piemēram, kuģu klāju izgatavošanai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 15. decembris
