Co je to laserové svařování? Jaký je současný vývoj technologie laserového svařování? V jakých polích lze aplikovat laserovou svařovací technologii?
1. Co je to laserové svařování?
Stručně řečeno, laserové svařování má zahřívat povrch obrobku laserovým zářením a povrchové teplo difunduje dovnitř prostřednictvím vedení tepla. Poté, když je obrobku roztaveno, čímž se ovládá šířka, energii, maximální výkon a opakovací frekvenci laserového pulsu, roztavena tak, aby vytvořila specifický roztavený fond, čímž se dosáhlo svařování.
Laserové svařování může snížit vstupní teplo na minimální požadované množství, rozsah metalografické změny v zóně postižené teplem je malý a deformace způsobená vedením tepla je také minimální.
Nekontaktní svařování může snížit opotřebení a deformaci stroje na minimum. Laserový paprsek se snadno zaostřuje, vyrovnává a vede pomocí optických nástrojů. Může být umístěn ve vhodné vzdálenosti od obrobku a může být veden mezi stroji nebo překážkami kolem obrobku.
Laserový paprsek může být zaměřen na velmi malou oblast, může svařit malé a úzce rozložené části, může svařit širokou škálu materiálů a může se také připojit k různým heterogenním materiálům.
Je snadné provádět vysokorychlostní svařování s automatizací a lze jej také ovládat digitálně nebo počítačem. Při svařování tenkých materiálů nebo vodičů s tenkým průměrem není potíže, jako je přemístění.
2. Jaký je současný stav laserové svařovací technologie?
Laserová svařovací technologie se vyvinula spolu s vývojem laserové technologie. V posledních letech byly v posledních letech nové zdroje světla, jako je modrý laser, zelený laser, femtosekundový laser, houpací svařování, ramene (nastavitelné ringmode), nastavitelné bodové svařování a další nové procesy, které inovativně vyřešily některé problémy s svařováním v průmyslové produkci, které umožnily laserové svařování, aby byly rychle podporovány a vyvíjeny v různých oborech průmyslové produkce.
(1) Technologie svařování kovového laseru
Vysoká energetická hustota laseru umožňuje svařování některých obtížných kovových materiálů, ale stále existují problémy s svařováním vysoce reflexních materiálů a odlišných kovových materiálů, jako je zlato, stříbro, měď a hliník. Mezi hlavní důvody patří:
„Vysoká odrazivost a vysoká tepelná vodivost, laserové svařování vyžaduje vyšší počáteční sílu;
② Během vysoce výkonného laserového svařování je citlivé na změny v povrchovém stavu materiálu, což vede ke špatné tvorbě pájeného kloubu/svaru;
③ Rychlost svařování laseru je rychlá, což vede k vadám svařování, jako jsou póry uvnitř svaru, zejména slitiny hliníku a hliníku.
(1.1) Efektivní laserové svařování slitin mědi a mědi
Měď má vynikající elektrickou a tepelnou vodivost a je široce používána ve výrobních polích elektronických produktů a elektrických vozidel. Mezi nimi jsou nejčastěji používány motory, baterie, senzory, kabelové svazky a terminály.
V minulosti se laserové svařování kovových materiálů spoléhalo hlavně na infračervené lasery. Tepelná vodivost mědi je však příliš vysoká, téměř pětinásobek čistého železa a 1,7násobek čistého hliníku. Měď má nízkou absorpční rychlost u infračervených laserů. Použití infračervených laserů pro samotné lineární svařování má nestabilní procesní okno a největší fluktuaci v hloubce tání, což je náchylné k problémům, jako je rozstřikování svařování, roztavená stříkající kovy, póry a velké kolísání v hloubce penetrace.
Po vzniku vysoce výkonných laserů s vysokou výkonem se viditelné světelné laserové svařování a hybridní svařování staly ideálními metodami zpracování pro vysoce reflexní materiály, jako jsou měděné a měděné slitiny.
①greenové lehké laserové svařování
Zelený laser je druh viditelného světla s vlnovou délkou 500-560 nm. Absorpční rychlost mědi pro zelené světlo s vlnovou délkou λ=515 nm je až 40%, což je asi 8násobek absorpce infračerveného světla asi 1 μm a účinnost vazby energie je vyšší. Snižuje se také citlivost na stupeň oxidace.
Použití zeleného laseru může významně snížit prahovou sílu svařování hlubokého pronikání mědi, množství roztoče a rozstřikování na povrchu svaru je malé a je téměř ovlivněna rychlostí svařování. Pokud se zvýší skenování paprsku, rozmnožování paprsku a správná modulace výkonu laseru, lze kvalitu svařování výrazně zlepšit. Zatímco počet vad svaru je výrazně snížen, povrch svaru bude pravidelnější a jednotnější.
②Blue Light Laser Welding
Čím kratší vlnová délka, tím vyšší je fotonová energie, která pomáhá zvýšit míru absorpce materiálu laserového světla. Vlnová délka modrého laseru je 400 nm ~ 500N. Polovodičový laser založený na materiálu nitridu gallia může přímo generovat laser s vlnovou délkou 450 nm bez další frekvence. Má výhody jednoduché struktury, snadné použití, elektrooptické konverzní účinnosti a vysoké absorpční rychlosti.
Ve srovnání s lasery s vlákny, které se běžně používají při průmyslovém zpracování, mají lasery s modrým světlem {{0}}}% zvýšení absorpční rychlosti kovových materiálů při 450 nm, zejména zvýšení absorpční rychlosti vysoce reflexních kovových materiálů, jako je měď a zlato. Bylo ověřeno, že spotřeba energie potřebná pro svařování mědi je o 84% nižší než spotřeba infračervených laserů. To znamená, že když infračervený laser vyžaduje 10 W laserového výkonu, aby svařoval měděné materiály, vyžaduje použití modrého laseru pouze asi 1 kW nebo 0,5 kW energie.
Hybridní svařování ③Vouble paprsku
Použitím procesu svařovacího procesu s dvojitým paprskem s volným světelným světlem, s použitím menšího laseru viditelného světelného světla, může infračervený laser dosáhnout nuceného hlubokého penetračního svařování mědi, když je energie nižší než hladinná síla s hlubokým penetrací, a výrazně snížit svařovací rozstřik a náklady na zařízení jsou nízké. Kvalita svařování je vysoká a je považována za velmi vynikající výhody a dobré vyhlídky na aplikace.
(1.2) Svařování laserových houpaček hliníkových slitin
Pokud se k svařování hliníkových slitin používají konvenční jednoostrovní laserové paprsky, póry jsou běžné defekty. Hlavní důvody tvorby pórů v slitinách hliníku jsou:
① Svařovací roztavený bazén a klíčová dírka jsou náchylné ke kolapsu a nestabilitě v důsledku závažných vibrací, které tvoří póry;
② Rozpustnost vodíku v slitinách hliníku prudce poklesne se snížením teploty, což povede ke srážení nasyceného vodíku během tuhnutí a tvorbu pórů vodíku. Přítomnost pórů způsobí koncentraci napětí ve svaru, což způsobí prasknutí svaru během tuhnutí.
Svařování laserového houpačky. Během svařovacího procesu se paprsek pohybuje podél směru svaru a houpá se v různých formách, jako je kruhový, 8- tvarovaný a spirálové čáry současně.
V současné době je realizace houpačky paprsku dosaženo hlavně galvanometrem, který vydrží vysoce výkonné lasery. Akce paprsků laserového houpacího svařování se zvyšuje, což zvyšuje plochu klíčové dírky a roztaveného bazénu a velikost kořene roztaveného bazénu, zlepšuje stabilitu klíčové dírky a roztaveného bazénu a má významný účinek na zlepšení na defekty, jako je špatná fúze a podříznutí. Současně míchání roztaveného bazénu otočným světelným paprskem urychluje konvekci roztaveného bazénu, který zvyšuje únikovou rychlost bublin v roztaveném bazénu a snižuje porozitu.
3. Aktuální aplikace technologie laserového svařování v různých oborech
Laserové svařování není nejpozději řezání. V současné době jsou v mé zemi podniky, které se specializují na laserové svařování. V prvních dnech byly hlavní metody laserové svařování laserem a laserem YAG. Všechny jsou to velmi tradiční nízkoenergetické laserové svařování, které bylo aplikováno ve formách, reklamních postavách, brýlích, špercích a dalších polích, ale měřítko je velmi omezené. V posledních letech se s neustálým zlepšováním laserové energie, co je důležitější, polovodičové lasery a lasery vlákna postupně vyvinuly scénáře aplikací pro laserové svařování a porušily technické úzké místo svářečení laseru a otevírají nový tržní prostor.
(1) Aplikace technologie svařování laseru při výrobě automobilu
S rozvojem vědy a technologie a zlepšením úrovně spotřeby lidí a kvality života se požadavky na lehkou a uměleckou estetiku automobilových těl v oblasti automobilů zvyšují a vyšší. Laserová svařovací technologie vyniká díky svému vynikajícímu efektu zpracování, dobré kvalitě produktů a vysoké účinnosti práce a rychle se stává miláčkem aplikace pro proces svařovacích procesů v oblasti výroby automobilů.
Při výrobě vozidel se technologie svařování laseru používá hlavně v procesech, jako je laserové svařování tlustých ocelových desek, laserové svařování automobilových sestav a sestav subsystémů a laserové svařování dílů vozidla. Automobilka v některých evropských a amerických zemích začala aplikovat laserovou svařovací technologii poměrně brzy, počínaje 80. letech. Audi, Mercedes-Benz, GM a další známé automobilové značky začaly zavádět v té době technologii laserového svařování do výroby a výroby vozidel, která propagovala hloubkovou aplikaci a vývoj technologie laserových svařování v oblasti výroby a výroby vozidel.
Laserové svařování výkonových baterií by mělo být v posledních letech nejvíce poutavou poptávkou pro svařování, což má velký impuls pro výrobce laserových zařízení. Druhým by mělo být svařování automobilových těl a částí. Čína je největším automobilovým trhem na světě, s mnoha starými automobilovými společnostmi a nové automobilové společnosti, které se neustále objevují, s téměř 100 automobilovými značkami. Většina výrobců používá technologii svařování na úrovni Kilowatt nebo automatizované laserové svařovací výrobní linky; Zejména v oblasti energetických baterií používaly přední nové společnosti s energetickými bateriemi velké množství laserových svařovacích zařízení.
4. Jaký je vývojový trend technologie laserového svařování?
S dalším vývojem a průlomem svařovací technologie je její jedinečnost patrnější ve výzkumném a vývojovém procesu laserové svařovací technologie. Laserová svařovací technologie může kovové materiály rychle a efektivně svařit. Když je laserový paprsek generován, může díky svým vlastním vysokým zaostřovacím vlastnostem způsobit extrémně vysokou hustotu výkonu v laserovém paprsku, což umožňuje laserovému paprsku uvolnit velké množství tepelné energie ve velmi krátké době, čímž výrazně zlepšuje účinnost svařování a zajišťuje kvalitu svařování.
Kromě toho má vzhledem k okamžité výhodě svařování technologie laserového svařování, velmi široká vyhlídka na aplikaci. Při skutečné aplikaci technologie svařování laseru, kdy laserový paprsek přímo ozáří povrch kovového materiálu, neovlivní kovový materiál mimo oblast ozařování, takže nezpůsobuje významné poškození povrchu kovového materiálu během svařovacího procesu a po dokončení svařovacího procesu není nutné provádět související povrchové zpracování. Díky tomu je laserová svařovací technologie zvláště vhodná pro zpracování povrchů různých přesných částí, takže lze rychle dosáhnout i obtížnějších svařovacích operací.
Navíc v předchozích technických specifikacích svařování je obvykle stanoveno, že materiální požadavky na všechny svařovací materiály musí být konzistentní. Při použití technologie laserového svařování není nutné mít velká omezení materiálu svařovacích materiálů, takže i laserové svařovací technologii lze snadno svařovací materiály snadno svařovat. Lze říci, že tvorba a rozšířená aplikace technologie laserového svařování efektivně překonává problémy v tradiční technologii svařování a snížilo obtížnosti tradičních svařovacích operací.
Po více než půl století vývoje se technická úroveň technologie laserového svařování také stala stále dokonalejší a postupně se široce používá ve stále více průmyslových oborech.
V aplikačních polích letectví, elektronických nástrojů, výroby strojů, metalurgie oceli, automobilové výroby, lékařském vybavení a dalších průmyslových odvětvích, hraje technologie laserového svařování stále více obrovskou roli. Například při výrobě automobilových dílů lze technologii svařování laseru použít ke zpracování a výrobě krycích částí vozidla a pokročilé země, jako jsou Spojené státy a Japonsko