Mikro ir mažų detalių suvirinimo metodai. Lazerinis suvirinimas yra efektyvus ir tikslus suvirinimo metodas, kurio metu kaip šilumos šaltinis naudojamas didelio energijos tankio lazerio spindulys. Tai viena iš svarbių lazerinio medžiagų apdirbimo technologijos taikymo sričių. Aštuntajame dešimtmetyje jis daugiausia buvo naudojamas plonasienių medžiagų suvirinimui ir mažo greičio suvirinimui, o suvirinimo procesas priklausė šilumos laidumo tipui. Tiksliau, lazerio spinduliuotė šildo ruošinio paviršių, o šiluma paviršiuje pasklinda į vidų per šilumos laidumą. Valdant tokius parametrus kaip lazerio impulsų plotis, energija, didžiausia galia ir pasikartojimo dažnis, ruošinys išlydomas, suformuojant specifinę išlydytą vonią. Dėl unikalių privalumų jis buvo sėkmingai pritaikytas...Tikslus mikro ir mažų detalių suvirinimas.Kinijos lazerinio suvirinimo technologija yra viena pažangiausių pasaulyje. Ji turi technologiją ir galimybes lazeriu formuoti sudėtingus titano lydinių komponentus, kurių plotas viršija 12 kvadratinių metrų, ir buvo taikoma daugelio šalies aviacijos mokslinių tyrimų projektų prototipų ir gaminių gamyboje. 2013 m. spalį Kinijos suvirinimo ekspertas laimėjo Brook apdovanojimą – aukščiausią akademinį apdovanojimą suvirinimo srityje, kuris patvirtino Kinijos pasaulinio lygio lazerinį suvirinimą.
## Kūrimo istorija Pirmasis pasaulyje lazerio spindulys buvo sugeneruotas 1960 m. sužadinant rubino kristalus blykstės lempa. Dėl kristalo šiluminės talpos jis galėjo generuoti tik labai trumpus, žemo dažnio impulsinius spindulius. Nors momentinė impulso didžiausia energija galėjo siekti iki 10^6 vatų, jis vis tiek priklausė mažos energijos išeičiai. Neodimiu legiruotas itrio aliuminio granato (Nd:YAG) kristalo strypas, kurio sužadinimo elementas yra neodimis (Nd), gali generuoti nepertraukiamą vieno bangos ilgio lazerio spindulį, kurio galia yra 1–8 kW. YAG lazeris, kurio bangos ilgis yra 1,06 μm, gali būti prijungtas prie lazerinio apdorojimo galvutės per lanksčią optinę skaidulą, pasižymi lanksčiu įrangos išdėstymu ir tinkamu suvirinti 0,5–6 mm storio ruošinius. CO₂ lazeris, naudojantis anglies dioksidą kaip sužadinimo priemonę (10,6 μm bangos ilgio), gali pasiekti iki 25 kW išėjimo energiją ir atlikti 2 mm storio plokščių suvirinimą vienu praėjimu ir pilnai įsiskverbiant. Jis buvo plačiai naudojamas metalo apdirbimo pramonėje. Devintojo dešimtmečio viduryje lazerinis suvirinimas, kaip nauja technologija, sulaukė didelio dėmesio Europoje, Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Japonijoje. 1985 m. „ThyssenKrupp Steel AG“ (Vokietija) ir „Volkswagen AG“ (Vokietija) bendradarbiavo sėkmingai pritaikydamos pirmąjį pasaulyje lazeriu suvirintą ruošinį „Audi 100“ kėbului. Dešimtajame dešimtmetyje didieji automobilių gamintojai Europoje, Šiaurės Amerikoje ir Japonijoje pradėjo plačiai naudoti lazeriu suvirintų ruošinių technologiją automobilių kėbulų gamyboje. Praktinė tiek laboratorijų, tiek automobilių gamintojų patirtis įrodė, kad lazeriu suvirinti ruošiniai gali būti sėkmingai taikomi automobilių kėbulų gamyboje. Lazerinis suvirinimas pagal užsakymą naudoja lazerio energiją, kad automatiškai sujungtų ir suvirintų kelis plienus, nerūdijančius plienus, aliuminio lydinius ir kt. iš skirtingų medžiagų, storių ir dangų į integruotą plokštę, profilį arba sumuštinio tipo plokštę. Tai atitinka skirtingus komponentų medžiagų eksploatacinių savybių reikalavimus ir leidžia pasiekti lengvą įrangą, pasižyminčią mažiausiu svoriu, optimalia konstrukcija ir geriausiomis eksploatacinėmis savybėmis. Išsivysčiusiose šalyse, tokiose kaip Europa ir Jungtinės Valstijos,lazerinis siuvėjas suvirinimasnaudojamas ne tik transporto įrangos gamybos pramonėje, bet ir plačiai taikomas tokiose srityse kaip statyba, tiltų statyba, buitinės technikos plokščių suvirinimas ir plieninių plokščių suvirinimas valcavimo linijose (plokščių sujungimas nepertraukiamo valcavimo metu). Pasaulyje žinomos lazerinio suvirinimo įmonės yra „Soudonic“ (Šveicarija), „ArcelorMittal Group“ (Prancūzija), „ThyssenKrupp TWB“ (Vokietija), „Servo-Robot“ (Kanada) ir „Precitec“ (Vokietija). Lazerinio suvirinimo ruošinių technologijos taikymas Kinijoje ką tik prasidėjo. 2002 m. spalio 25 d. oficialiai pradėta eksploatuoti pirmoji Kinijoje profesionali komercinė lazeriu suvirintų ruošinių gamybos linija. Ją pristatė Uhano „ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding“ iš „ThyssenKrupp TWB“ (Vokietija). Vėliau gamybą pradėjo Šanchajaus „Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd.“, „FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd.“ ir kitos įmonės. 2003 m. užsienio šalys suprato dvigubo spindulio CO₂ lazerinio suvirinimo užpildo viela ir...YAG lazerinis suvirinimas užpildo vielaskirta A318 aliuminio lydinio apatinės sienelės plokštės konstrukcijai. Ši technologija pakeitė tradicinę kniedėmis sutvirtintą konstrukciją, 20 % sumažindama orlaivio fiuzeliažo svorį ir 20 % sutaupydama sąnaudų. Gong Shuili tikėjo, kad lazerinio suvirinimo technologija atliks svarbų vaidmenį transformuojant ir modernizuojant tradicinę Kinijos aviacijos gamybos pramonę. Jis nedelsdamas kreipėsi dėl daugybės susijusių išankstinių tyrimų projektų, subūrė tyrimų komandą ir ėmėsi vadovauti diegiant „dvigubo spindulio lazerinio suvirinimo“ technologiją į tyrimų projektus Kinijoje. Nuo pat pradžių jis planavo pritaikyti šią technologiją orlaivių gamyboje. Kinijos ekspertų komanda pranešė apie preliminarią technologiją orlaivių projektavimo institutui ir propagavo dvigubo spindulio lazerinio suvirinimo privalumus bei galimybes. Po daugybės patikrinimų ir vertinimų projektavimo institutas nusprendė pritaikyti šią technologiją briaunotų sienelių plokščių gamybai konkrečiam orlaiviui, pasiekdamas pradinį tikslą – pritaikyti „dvigubo spindulio lazerinio suvirinimo“ technologiją orlaivių gamyboje. Ji išplėtojo pagrindines technologijas, tokias kaip tikslus lazerinio suvirinimo vielos, skirtos lengviesiems lydiniams, valdymas, sukūrė integruotą ir novatorišką dviejų spindulių lazerinio suvirinimo vielos hibridinio suvirinimo įrenginį, įdiegė pirmąją Kinijoje didelės galios dviejų spindulių lazerinio suvirinimo vielos platformą, realizavo dviejų spindulių ir dvipusį sinchroninį T formos jungčių suvirinimą didelėse plonasienėse konstrukcijose ir pirmą kartą sėkmingai pritaikė jį pagrindinių aviacijos briaunotų sienų plokščių konstrukcinių dalių suvirinimui, atlikdama svarbų vaidmenį kuriant naujus Kinijos orlaivius. 2003 m. pirmasis vietinis didelio masto internetinio juostinio suvirinimo įrangos komplektas, kurį tiekė „HG Laser“, praėjo neprisijungusio bandymo testą. Ši įranga integruoja lazerinį pjovimą, suvirinimą ir terminį apdorojimą, todėl „HG Laser“ tapo viena iš ketvirtųjų pasaulio įmonių, galinčių gaminti tokią įrangą. 2004 m. „HG Laser Farley Laserlab“ projektas „Didelės galios lazerinio pjovimo, suvirinimo ir kombinuoto pjovimo-suvirinimo apdorojimo technologija ir įranga“ laimėjo antrąją Nacionalinio mokslo ir technologijų pažangos apdovanojimo vietą, todėl tapo vienintele lazerių įmone Kinijoje, turinčia šios technologijos ir įrangos mokslinių tyrimų ir plėtros pajėgumus. Sparčiai vystantis pramoninių lazerių pramonei, rinka iškėlė didesnius reikalavimus lazerinio apdorojimo technologijoms. Lazerinė technologija palaipsniui perėjo nuo vieno pritaikymo prie įvairaus pritaikymo. Kalbant apie lazerinį apdorojimą, jis nebėra apribotas vienkartiniu pjovimu ar suvirinimu. Rinkoje didėja integruotos lazerinio apdorojimo įrangos, kuri apjungia pjovimą ir suvirinimą, paklausa, todėl atsirado integruota lazerinio pjovimo ir suvirinimo įranga. „HG Laser Farley Laserlab“ sukūrė integruotą pjovimo ir suvirinimo aparatą „Walc9030“, kurio itin didelis 9 × 3 metrų formatas šiuo metu yra didžiausio formato integruota lazerinio pjovimo ir suvirinimo įranga pasaulyje. „Walc9030“ yra didelio formato pjovimo ir suvirinimo įranga, kuri integruoja...lazerinio pjovimo ir lazerinio suvirinimo funkcijosJame įrengta profesionali pjovimo galvutė ir suvirinimo galvutė, o abi apdorojimo galvutės dalijasi vienu spinduliu. Skaitmeninio valdymo technologija užtikrina, kad jos netrukdytų viena kitai. Įranga gali vienu metu atlikti du procesus, kuriems reikia pjovimo ir suvirinimo. Ji gali laisvai perjungti tarp pjovimo pirmiausia, o tada suvirinimo arba suvirinimo pirmiausia, o tada pjovimo, įgyvendindama lazerinio pjovimo ir suvirinimo funkcijas viena įranga be papildomos įrangos. Tai taupo įrangos gamintojų išlaidas, pagerina apdorojimo efektyvumą ir apdorojimo diapazoną. Be to, dėl pjovimo ir suvirinimo integravimo apdorojimo tikslumas yra visiškai garantuojamas, o įrangos veikimas yra efektyvus ir stabilus. Be to, ji įveikė plokščių terminės deformacijos sunkumus itin didelių plokščių suvirinimo metu ir stabiliai realizavo itin ilgus skraidančius optinius kelius. Ji gali vienu metu suvirinti dvi 6 metrų ilgio ir 1,5 metro pločio plokščias, o suvirintas paviršius yra lygus ir plokščias be papildomo apdorojimo. Tuo pačiu metu ji gali pjauti 3 metrų pločio, daugiau nei 6 metrų ilgio ir mažesnio nei 20 mm storio plokštes vieno formavimo proceso metu be antrinio pozicionavimo. Kinijos mokslų akademijos Šenjango automatizavimo institutas bendradarbiavo tarptautiniu mastu su IHI korporacija (Japonija). Vadovaudamasis nacionaline mokslinės ir technologinės plėtros strategija „įvedimas, virškinimas, absorbcija ir pakartotinis inovacijų diegimas“, institutas įveikė keletą pagrindinių technologijų.lazerinis siuvėjas suvirinimas, 2006 m. rugsėjį sukūrė pirmąjį Kinijoje pilnų lazerinio suvirinimo gamybos linijų rinkinį ir sėkmingai sukūrė robotinę lazerinio suvirinimo sistemą, realizuojančią plokštuminių ir erdvinių kreivių lazerinį suvirinimą. 2013 m. spalį Kinijos suvirinimo ekspertas laimėjo Brook apdovanojimą – aukščiausią akademinį apdovanojimą suvirinimo srityje. Suvirinimo institutas (TWI, JK) kasmet rekomenduoja ir nominuoja kandidatus iš daugiau nei 4000 narių padalinių daugiau nei 120 šalių ir galiausiai skiria šį apdovanojimą vienam ekspertui, pripažindamas išskirtinį indėlį į suvirinimo ar jungimo mokslą ir technologijas bei jų pramoninį pritaikymą. Šis apdovanojimas yra ne tik Gong Shuili ir jo komandos pripažinimas, bet ir AVIC vaidmens skatinant medžiagų jungimo technologijos pažangą patvirtinimas.
## Struktūriniai parametrai
### Darbinė įranga Ją sudaro optinis osciliatorius ir terpė, esanti tarp veidrodžių abiejuose osciliatoriaus ertmės galuose. Kai terpė sužadinama iki didelės energijos būsenos, ji pradeda generuoti sinfazes šviesos bangas, kurios atsispindi tarp veidrodžių abiejuose galuose, sudarydamos fotoelektrinio sujungimo efektą. Tai sustiprina šviesos bangas, o kai gaunama pakankamai energijos, lazeris skleidžiamas. Lazeris taip pat gali būti apibrėžiamas kaip įrenginys, kuris pirminius energijos šaltinius, tokius kaip elektros energija, cheminė energija, šiluminė energija, šviesos energija arba branduolinė energija, paverčia tam tikrų optinių dažnių (ultravioletinė šviesa, matoma šviesa arba infraraudonoji šviesa) elektromagnetinės spinduliuotės spinduliais. Šią konversiją galima lengvai atlikti tam tikrose kietose, skystose arba dujinėse terpėse. Kai šios terpės sužadinamos atomų arba molekulių pavidalu, jos sukuria beveik tos pačios fazės ir beveik vieno bangos ilgio šviesos spindulį – lazerį. Dėl sinfazės savybės ir vieno bangos ilgio sklaidos kampas yra labai mažas, todėl šviesa gali būti perduodama dideliu atstumu, kol tampa labai sukoncentruota, kad būtų galima atlikti tokias funkcijas kaip suvirinimas, pjovimas ir terminis apdorojimas. ### Lazerių klasifikacija Suvirinimui naudojami dviejų tipų lazeriai: CO₂ lazeriai ir Nd:YAG lazeriai. Tiek CO₂, tiek Nd:YAG lazeriai skleidžia plika akimi nematomą infraraudonąją šviesą. Nd:YAG lazerio generuojamas spindulys daugiausia yra artimoji infraraudonoji šviesa, kurios bangos ilgis yra 1,06 μm. Šilumos laidininkai pasižymi gana dideliu šio bangos ilgio šviesos absorbcijos greičiu, o daugumos metalų atspindys yra 20–30 %. Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spindulį galima sufokusuoti iki 0,25 mm skersmens naudojant standartinius optinius lęšius. CO₂ lazerio spindulys yra tolimoji infraraudonoji šviesa, kurios bangos ilgis yra 10,6 μm. Daugumos metalų atspindys šio tipo šviesai yra 80–90 %, todėl norint sufokusuoti spindulį iki 0,75–1,0 mm skersmens, reikia specialių optinių lęšių. Nd:YAG lazerių galia paprastai gali siekti apie 4 000–6 000 W, o maksimali galia šiuo metu siekia 10 000 W. Tuo tarpu CO₂ lazerių galia gali lengvai pasiekti 20 000 W ar net daugiau. Didelės galios CO₂ lazeriai išsprendžia didelio atspindžio problemą taikydami rakto skylutės efektą. Kai šviesos dėmės apšvitintas medžiagos paviršius išsilydo, susidaro rakto skylutė. Ši garais užpildyta rakto skylutė yra tarsi juodas kūnas, sugeriantis beveik visą krintančios šviesos energiją. Pusiausvyros temperatūra rakto skylutės viduje pasiekia apie 25 000 °C, o atspindumas greitai sumažėja per kelias mikrosekundes. Nors CO₂ lazerių kūrimo dėmesys vis dar sutelktas į įrangos kūrimą ir tyrimus, dabar svarbiausia ne didinti maksimalią išėjimo galią, o pagerinti spindulio kokybę ir fokusavimo našumą. Be to, kai argonas naudojamas kaip apsauginės dujos CO₂ lazeriniam suvirinimui, kurio galia didesnė nei 10 kW, jis dažnai sukelia stiprią plazmą, kuri sumažina įsiskverbimo gylį. Todėl helis, kuris nesukuria plazmos, dažnai naudojamas kaip apsauginės dujos didelio galingumo CO₂ lazeriniam suvirinimui. Diodinių lazerių derinių taikymas didelio galingumo Nd:YAG kristalams sužadinti yra svarbi mokslinių tyrimų ir plėtros tema, kuri labai pagerins lazerio spindulių kokybę ir užtikrins efektyvesnį lazerinį apdorojimą. Naudojant tiesiogines diodų matricas lazeriams sužadinti ir išvesti artimojo infraraudonojo spektro srityje, pasiekta vidutinė 1 kW galia ir beveik 50 % fotoelektrinio konversijos efektyvumas. Diodai taip pat tarnauja ilgiau (10 000 valandų), o tai padeda sumažinti lazerinės įrangos priežiūros išlaidas. Taip pat sparčiai tobulinama diodiniu kaupinamu kietojo kūno lazeriu (DPSSL) veikianti įranga.
Įrašo laikas: 2025 m. rugpjūčio 27 d.
