Taškinis suvirinimas yra greitas ir ekonomiškas jungimo būdas. Jis tinka plonų plokščių komponentams sujungti persidengiančiomis jungtimis, kurioms nereikia hermetiškumo. Yra daug taškinio suvirinimo tipų, pavyzdžiui, kontaktinis taškinis suvirinimas, lankinis taškinis suvirinimas, klijinis taškinis suvirinimas,kompozitinis taškinis suvirinimasir lazerinis taškinis suvirinimas. Šiuo metu gamyboje plačiai naudojamas kontaktinis taškinis suvirinimas. Pavyzdžiui, automobilių pramonėje, surenkant automobilio kėbulo plokščių komponentus, reikia 3000–4000 suvirinimo taškų, o tam reikia 250–300 robotų, taip pat pagalbinių valdymo sistemų ir kitos pagalbinės įrangos. Tačiau kontaktinis taškinis suvirinimas yra mažai lankstus. Sparčiai vystantis ekonomikai, automobilių komponentų geometrinių formų ir konstrukcijų atnaujinimo ciklas tapo labai trumpas. Naujų gaminių ir modelių atnaujinimui reikalinga naujo tipo efektyvi ir lanksti taškinio suvirinimo technologija. Todėl lazerinio taškinio suvirinimo technologija pamažu tapo dėmesio objektu ir tikimasi, kad ji bus plačiai taikoma automobilių pramonės gamyboje. Aviacijos ir kosmoso srityje lazerinis taškinis suvirinimas taip pat bandomas kaip alternatyvi technologija. Ilgą laiką aviacijos ir kosmoso gaminių jungtys paprastai buvo sujungiamos kniedėmis, o tai apima daug gamybos procesų ir didelį darbo krūvį. Didėjant naujų medžiagų, tokių kaip aliuminio lydiniai, titano lydiniai ir kompozicinės medžiagos, naudojimui, naujų suvirinimo technologijų, skirtų tradiciniams jungimo metodams pakeisti, tai tapo pagrindine tendencija. Tai ne tik pagerina gamybos efektyvumą, bet ir sumažina konstrukcijos svorį bei atitinka naujus konstrukcijų projektavimo reikalavimus, o tai labai svarbu aviacijos ir kosmoso gaminiams. Didelis lazerinio taškinio suvirinimo tikslumas ir lankstumas suteikia jam didelių pranašumų praktinėje gamyboje, ypač aviacijos pramonėje, kur jis gali pakeisti tradicinius procesus, tokius kaip kontaktinis taškinis suvirinimas ir kniedėmis suvirinimas.
I. Lazerinio taškinio suvirinimo apibrėžimas ir charakteristikos
Apibrėžimas
Lazerinis taškinis suvirinimas – tai ruošinių lydymo ir sujungimo procesas, kurio metu toje pačioje vietoje naudojamas vienas lazerio impulsas (t > 1 ms) arba lazerio impulsų serija.
Lazerinis taškinis suvirinimas iš esmės yra panašus į kitus lazerinio suvirinimo procesus; vienintelis skirtumas yra tas, kad taškinio suvirinimo metu nėra santykinio poslinkio tarp lazerio spindulio ir ruošinio. Lazerinis taškinis suvirinimas skirstomas į du tipus: šiluminio laidumo suvirinimą ir rakto skylės suvirinimą. Šiluminio laidumo taškinio suvirinimo metu lazeris gali tik išlydyti metalą jo neišgarinant. Šis metodas labiau tinka suvirinti metalus, kurių storis mažesnis nei 0,5 mm, pvz., elektroninių komponentų Nd:YAG lazeriniam taškiniam suvirinimui. Rakto skylės lazerinio taškinio suvirinimo metu lazeris gali tiesiogiai patekti į medžiagos vidų per rakto skylę, padidindamas lazerio energijos panaudojimo greitį ir pasiekdamas didesnį įsiskverbimo gylį. Tradicinis varžinis taškinis suvirinimas lydo ruošinius, kad susidarytų suvirinimo taškai, naudojant elektros srovės sukuriamą varžinę šilumą, o lazerinio taškinio suvirinimo šilumos šaltinis yra lazerio spinduliuotė, todėl suvirinimo taškų formos gerokai skiriasi.
Lazerinio taškinio suvirinimo reguliuojami parametrai paprastai apima lazerio galią, taškinio suvirinimo laiką ir defokusavimo kiekį. Taškinio suvirinimo impulsiniu režimu parametrai taip pat apima impulso bangos formą, dažnį ir darbo ciklą. Tarp jų lazerio galia daugiausia veikia suvirinimo vietos įsiskverbimo gylį, o taškinio suvirinimo laikas turi didesnę įtaką suvirinimo vietos šoniniam dydžiui. Paprastai kuo ilgesnis lazerio veikimo laikas, tuo didesnis suvirinimo vietos viršutinio ir apatinio paviršių dydis bei suvirinimo paviršiaus dydis. Defokusavimo kiekio pokyčiai daugiausia veikia taško skersmenį ir energijos tankį, veikiantį ruošinio paviršių, todėl daro didelę įtaką bendrai suvirinimo vietos formai.
Charakteristikos
- Taškinis suvirinimas, kurio šilumos šaltinis yra lazeris, pasižymi dideliu greičiu, dideliu tikslumu, mažu šilumos tiekimu ir minimalia ruošinio deformacija.
- Taškinio suvirinimo padėčių laisvės laipsnis yra žymiai padidintas, todėl galima atlikti taškinį suvirinimą visose padėtyse ir jį lengviau realizuoti.vienpusis taškinis suvirinimas, taip žymiai padidinant gaminių dizaino laisvę.
- Lazerinio taškinio suvirinimo reikalavimai persidengiančių jungčių dydžiui yra maži. Parametrams, pvz., persidengiančių jungčių skaičiui ir atstumui tarp suvirinimo taškų, taikomi minimalūs apribojimai, todėl nereikia atsižvelgti į srovės šuntavimo poveikį.
- Lazerinis taškinis suvirinimas yra efektyvesnis nei tradiciniai taškinio suvirinimo metodai, kai reikia suvirinti nevienodo storio plokštes, skirtingas medžiagas ir specialias medžiagas (aliuminio lydinius, cinkuotus lakštus).
- Jam nereikia daug pagalbinės įrangos, jis gali greitai prisitaikyti prie produkto pokyčių ir patenkinti rinkos poreikius.
II. Lazerinio taškinio suvirinimo defektų analizė
Įtrūkimai, poros ir įdubimai yra dažniausiai pasitaikantys lazerinio taškinio suvirinimo defektai, kurie toliau analizuojami po vieną.
1. Įtrūkimai
Įtrūkimai skirstomi į paviršinius ir išilginius įtrūkimus. Lazerinio taškinio suvirinimo metu įkaitimo ir atvėsimo greitis yra labai didelis, todėl tarp įkaitinto ploto ir aplinkinio metalo susidaro didelis temperatūros gradientas, todėl lengvai susidaro įtrūkimai. Įtrūkimų atsiradimas yra glaudžiai susijęs su medžiaga; pavyzdžiui, aliuminio lydiniai lazerinio taškinio suvirinimo metu turi daug didesnį polinkį įtrūkti nei nerūdijantis plienas. Veiksmingas būdas slopinti įtrūkimų susidarymą yra optimizuoti impulso bangos formą, siekiant kontroliuoti metalo kietėjimo proceso aušinimo greitį ir sumažinti vidinį įtempį.
2. Poros
Lazerinio taškinio suvirinimo porėtus defektus (poras) galima suskirstyti į mažas ir dideles poras. Mažas poras daugiausia lemia vandenilio tirpumo sumažėjimas skystame metale metalo kietėjimo metu, taip pat greitas metalo garavimas rakto skylutėje ir išlydyto metalo telkinio sujudinimas. Didelės poros daugiausia atsiranda dėl per greito aušinimo greičio lazerinio taškinio suvirinimo metu, dėl kurio metalui aplink rakto skylutę nepakanka laiko užsipildyti. Paprastai mažos poros yra linkusios susidaryti atliekant ilgo impulso taškinį suvirinimą, o didelės poros greičiausiai atsiranda atliekant trumpo impulso taškinį suvirinimą.
Lazerinio taškinio suvirinimo metu poros dažniausiai atsiranda dviejose vietose: viena yra šalia suvirinimo zonos, suvirinimo vietos viduryje, o kita – suvirinimo siūlės šaknyje. Rentgeno spinduliais užfiksuoti lydymosi vaizdai rodo, kad poros šalia suvirinimo zonos daugiausia susidaro dėl susiaurėjimo, kai rakto skylutė užsidaro; poros suvirinimo siūlės šaknyje daugiausia susidaro dėl rakto skylutės sugriuvimo dėl greito lazerio spindulio išnykimo po rakto skylutės susidarymo.
3. Suglebimas
Įdubimas yra akivaizdus lazerinio taškinio suvirinimo reiškinys. Centrinis įdubimas suvirinimo vietos paviršiuje ir metalo sankaupos aplink jį atsiranda dėl atatrankos jėgos, susidarančios metalo garavimo metu, stumia skystą metalą į suvirinimo vietos paviršių. Aušinimo proceso metu ant paviršiaus susikaupęs metalas greitai sukietėja ir negali būti visiškai užpildytas. Be to, medžiagos nuostoliai, atsirandantys dėl greito metalo garavimo ir taškymosi, yra dar vienas veiksnys, prisidedantis prie centrinio įdubimo. Impulso trukmė turi didelę įtaką tiek suvirinimo vietos paviršiaus įdubimui, tiek porų susidarymui. Optimizuojant impulso bangos formą ir laiką, galima gauti tinkamas suvirinimo vietas.
4. Defokusavimo kiekio poveikis suvirinimo taškams
Defokusavimo kiekio pokyčiai tiesiogiai keičia taško skersmenį ir energijos tankį. Kai defokusavimo kiekis padidėja tiek neigiama, tiek teigiama kryptimi, tai reiškia, kad taško skersmuo padidėja, o energijos tankis sumažėja. Lazerinio taškinio suvirinimo metu yra tam tikras atitinkamas ryšys tarp taško skersmens ir pradinės skylutės, kurią lazerio spindulys suformuoja ant bandinio, dydžio, o energijos tankis lemia išlydyto taško plėtimosi greitį. Kai absoliuti defokusavimo kiekio vertė yra maža, lazerio taško skersmuo yra mažas, lazerio galios tankis yra didelis, o suvirinimo taško išlydyto taško plėtimosi greitis yra didelis, tačiau pradinės skylutės skersmuo yra mažas. Priešingai, kai defokusavimo kiekis yra didelis, pradinės skylutės skersmuo yra didelis, tačiau išlydyto taško plėtimosi greitis sulėtėja, todėl susidaręs suvirinimo taškas gali būti nedidelis. Todėl, keičiantis defokusavimo kiekiui, bendras taško skersmens ir suvirinimo taško paviršiaus galios tankio poveikis lemia suvirinimo taško dydį.
III. Lazerinio taškinio suvirinimo technologijos taikymas
Lazerinis taškinis suvirinimas pasižymi dideliu greičiu, dideliu įsiskverbimo gyliu, minimalia deformacija ir gali būti atliekamas kambario temperatūroje arba specialiomis sąlygomis naudojant paprastą suvirinimo įrangą. Be to, atsiradus aukšto dažnio impulsiniams lazeriams (kurių dažnis didesnis nei 40 impulsų per sekundę), lazerinis taškinis suvirinimas tapo plačiai taikomas mikro ir mažų komponentų surinkime ir suvirinime masinėje automatizuotoje gamyboje. Suvirinant mažus elektroninius komponentus, kuriems reikalinga maža karščio paveikta zona, pavyzdžiui, stiklo ir metalo jungčiai, šilumai jautrių puslaidininkinių grandinių jungčių jungčių jungčiai ir skirtingų metalų jungčiai laiduose, lazerinis taškinis suvirinimas yra pranašesnis už tradicinius taškinio suvirinimo procesus (pvz., varžinį taškinį suvirinimą), nes suvirinimo vietos yra neužteršiamos, o suvirinimo kokybė aukšta. 6-60 paveiksle parodytas lazerinio taškinio suvirinimo taikymo automobilių priekinių žibintų gamyboje pavyzdys: 500 W kietojo kūno impulsinis lazeris generuoja keturias panašias suvirinimo vietas su labai aukštu impulsų dažniu.
Atliekant didelio tikslumo taškinį mikrostruktūrų suvirinimą naudojant didelę impulso energiją, impulsiniai Nd:YAG lazeriai turi techninių ir ekonominių pranašumų. Daugumoje pramoninių taškinio suvirinimo sričių iš esmės naudojami impulsiniai kietojo kūno lazeriai, kurių vidutinė galia yra 50 W, o impulso galia > 2 kW. Lazeris gali tiesiogiai veikti ruošinį per optinius pluoštus arba kombinuotus fokusavimo lęšius.
Lazerinis taškinis suvirinimas taikomas įvairioms medžiagoms. Pavyzdžiui, taškinio suvirinimo metu naudojant Nd:YAG lazerinio taškinio suvirinimo technologijaSkirtingų metalų suvirinimas yra efektyvesnis nei TIG suvirinimas ir kontaktinis taškinis suvirinimas. Visų pirma, kadangi gamybos metu lazeriams perduoti naudojamos optinės skaidulos, patogu greitai ir lanksčiai judėti tarp įvairių darbo stalų.
Apibendrinant, lazerinis taškinis suvirinimas turi šias savybes:
- Didėjant lazerio galiai, suvirinimo vietos paviršiaus skersmuo svyruoja aukštyn ir žemyn, o suvirinimo paviršiaus ir apatinio paviršiaus skersmuo didėja lėtai. Suvirinimo vietos skerspjūvio formos pokytis nėra akivaizdus. Didėjant trukmei, suvirinimo vietos dydis sparčiai didėja, o suvirinimo paviršiaus skersmens kitimo greitis yra didesnis nei viršutinio ir apatinio paviršių skersmenų kitimo greitis. Defokusavimo kiekio pokytis daro didelę įtaką suvirinimo vietos dydžiui. Tai tiesiogiai keičia taško skersmenį ir lazerio galios tankį, o bendras šių dviejų veiksnių poveikis lemia suvirinimo vietos dydį.
- Esant visiškam įsiskverbimui, lazerinio taškinio suvirinimo paviršiuje yra akivaizdus įdubimas. Didėjant lazerio galiai ir trukmei, suvirinimo taško paviršiaus įdubimo gylis didėja. Kai trukmė arba tarpo dydis yra didelis, apatiniame paviršiuje taip pat gali atsirasti įdubimų.
- Didėjant tarpui, tampa akivaizdi bendra suvirinimo vietos deformacija, centrinis įdubimas ir įdubimas. Suvirinimo paviršius traukiasi, o stiprumas sparčiai mažėja. Šiuo metu rezistorių, baterijų ir elektronikos srityje dažniausiai naudojamas dviejų taškų vienu metu suvirinimo procesas, kuriame paprastai naudojami du lazerio šviesos šaltiniai.
Įrašo laikas: 2025 m. spalio 27 d.
