Unikalūs lazerinio suvirinimo technologijos privalumai
1. Lazerinio suvirinimo technologija
Veikimo principas: Lazeriu aktyvios terpės (pvz., CO₂ ir kitų dujų mišinys, YAG itrio, aliuminio granato kristalai ir kt.) yra sužadinamos specifiniu būdu ir vibruoja rezonansinėje ertmėje, generuodamos stimuliuojamą spinduliuotės pluoštą. Kai pluoštas paliečia ruošinį, jo energija sugeriama. Suvirinti galima, kai temperatūra pasiekia medžiagos lydymosi temperatūrą.
2. Pagrindiniai parametraiLazerinio suvirinimo technologija
(1) Galios tankis
Esant mažam galios tankiui, paviršiaus sluoksnis užvirimo temperatūrą pasiekia per kelias milisekundes. Prieš įvykstant paviršiaus garavimui, pirmiausia išsilydo apatinis sluoksnis, todėl susidaro aukštos kokybės lydymosi siūlės.
(2) Lazerio impulso bangos forma
Metalų atspindumas lazerio impulsų ciklo metu dinamiškai kinta. Jis staigiai sumažėja, kai paviršiaus temperatūra pasiekia lydymosi temperatūrą, ir stabilizuojasi ties pastovia verte, kai paviršius yra išlydytas.
(3) Lazerio impulso plotis
Tačiau ilgesnis impulsų plotis sumažina maksimalią galią. Todėl ilgesni impulsų plotiai paprastai naudojami šilumos laidumo suvirinime, sukuriant plačias, negilias suvirinimo siūles, kurios ypač tinka plonų ir storų plokščių suvirinimui per visą ilgį.
Nepaisant to, maža maksimali galia gali sukelti per didelį šilumos tiekimą. Kiekviena medžiaga turi optimalų impulso plotį, kuris maksimaliai padidina suvirinimo siūlės įsiskverbimą.
(4) Defokusavimo kiekis
(5) Fokusavimo režimai
Remiantis geometrinės optikos teorija, galios tankis plokštumose, esančiose vienodu atstumu nuo suvirinimo paviršiaus (teigiamos ir neigiamos defokusuotos konfigūracijos), yra maždaug vienodas. Tačiau praktiškai susidariusios suvirinimo vonios formos šiek tiek skiriasi. Neigiamas defokusavimas lemia didesnį suvirinimo vonios įsiskverbimą, o tai susiję su suvirinimo vonios susidarymo mechanizmu.
(6) Suvirinimo greitis
Esant tam tikrai lazerio galiai ir konkrečiam medžiagos storiui, egzistuoja optimalus suvirinimo greičio diapazonas, kuriame esant atitinkamai greičio vertei galima pasiekti maksimalų suvirinimo prasiskverbimą.
(7) Apsauginės dujos
Apsauginės dujos atlieka tris pagrindines funkcijas:
- Saugokite suvirinimo vonelę nuo atmosferos užterštumo.
- Apsaugokite fokusavimo lęšį nuo metalo garų užteršimo ir išlydyto lašelio purslų – tai itin svarbi funkcija atliekant didelio galingumo lazerinį suvirinimą, kai purslai yra labai energingi.
- Efektyviai išsklaido plazmos debesį, susidarantį didelio galingumo lazerinio suvirinimo metu. Metalo garai sugeria lazerio energiją ir jonizuojasi į plazmą; per didelis plazmos kiekis gali susilpninti lazerio spindulio energiją.
3. Unikalūs lazerinio suvirinimo technologijos efektai
- Suvirinimo valymo efektas: Kai lazerio spindulys apšviečia suvirinimo siūlę, medžiagoje esančios oksido priemaišos sugeria lazerio energiją daug efektyviau nei pagrindinis metalas. Šios priemaišos greitai įkaista, išgaruoja ir pašalinamos, taip žymiai sumažinant priemaišų kiekį suvirinimo siūlėje. Taigi,lazerinis suvirinimasne tik apsaugo nuo ruošinio užteršimo, bet ir aktyviai valo medžiagą.
- Fotosprogimo smūgio efektas: esant itin dideliam galios tankiui, intensyvus lazerio spinduliavimas sukelia greitą metalo garavimą suvirinimo siūlėje. Veikiant didelio greičio metalo garų slėgiui, išlydytas metalas suvirinimo vonelėje sprogstamai taškosi. Galinga smūginė banga sklinda giliai į medžiagą, sukurdama siaurą rakto angą. Lazerio spinduliui judant suvirinimo metu, aplinkinis išlydytas metalas nuolat užpildo rakto angą ir sukietėja, sudarydamas tvirtą, giliai įsiskverbiančią suvirinimo siūlę.
- Giluminio suvirinimo metu susidarantis „rakto skylės“ efektas: kai lazerio spindulys, kurio galios tankis siekia iki 10⁷ W/cm², apšviečia medžiagą, į suvirinimo siūlę patenkančios energijos kiekis gerokai viršija šilumos nuostolių dėl laidumo, konvekcijos ir spinduliuotės greitį. Dėl to lazeriu apšvitintoje srityje metalas greitai išgaruoja, o suvirinimo vonelėje, veikiant aukštam garų slėgiui, susidaro „rakto skylė“.
Panašiai kaip astronominė juodoji skylė, rakto skylutė sugeria beveik visą krintančią lazerio energiją, leisdama spinduliui prasiskverbti tiesiai į rakto skylutės dugną. Rakto skylutės gylis lemia suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylį.
- Lazerio fokusavimo efektas rakto skylės šoninėse sienelėse: suvirinimo vonelėje formuojant rakto skylę, lazerio spinduliai, krintantys į rakto skylės šonines sieneles, paprastai turi didelį kritimo kampą. Šie spinduliai atsispindi nuo šoninių sienelių ir sklinda link rakto skylės dugno, todėl rakto skylės viduje susidaro energijos superpozicija. Šis reiškinys, žinomas kaip rakto skylės šoninės sienelės fokusavimo efektas, efektyviai padidina lazerio intensyvumą rakto skylės viduje ir prisideda prie unikalių lazerinio suvirinimo galimybių.
4. Lazerinio suvirinimo technologijos privalumai
- Itin greitas suvirinimo procesas: trumpas lazerio spinduliavimo laikas leidžia greitai suvirinti, o tai ne tik padidina našumą, bet ir sumažina medžiagos oksidaciją bei karščio paveiktą zoną. Dėl to šis įrenginys idealiai tinka suvirinti karščiui jautrius komponentus, tokius kaip tranzistoriai. Lazerinis suvirinimas nesudaro suvirinimo šlako ir nereikia šalinti oksido prieš suvirinimą. Jis gali atlikti suvirinimą net per stiklą, todėl ypač tinka tikslios mikroinstrumentų gamybos pramonei.
- Platus medžiagų suderinamumas: lazerinis suvirinimas gali sujungti ne tik identiškus metalus, bet ir skirtingus metalus, ir net metalo ir nemetalo derinius. Pavyzdžiui, integrinius grandynus su keraminiais pagrindais sunku suvirinti įprastais metodais dėl aukštos keramikos lydymosi temperatūros ir poreikio vengti mechaninio slėgio. Lazerinis suvirinimas yra patogus sprendimas tokiems pritaikymams. Tačiau atkreipkite dėmesį, kad lazerinis suvirinimas netinka visiems skirtingų medžiagų deriniams.
5. Lazerinio suvirinimo taikymo scenarijai ir pramonės šakos
- Šilumos laidumo suvirinimas: Daugiausia naudojamas tiksliam apdirbimui, pavyzdžiui, plonų metalinių lakštų kraštų apdirbimui ir medicinos prietaisų gamybai.
- Giluminio įsiskverbimo suvirinimas ir litavimas: plačiai taikomas automobilių pramonėje. Giluminio įsiskverbimo suvirinimas naudojamas automobilių kėbulams, transmisijoms ir išoriniams korpusams suvirinti; litavimas daugiausia taikomas automobilių kėbulų surinkimui.
- Nemetalų lazerinis laidinis suvirinimas: gali pasigirti plačiu pritaikymo spektru, įskaitant plataus vartojimo prekių gamybą, automobilių gamybą, elektroninių korpusų gamybą ir medicinos technologijas.
- Hibridinis suvirinimas: ypač tinka specialioms plieno konstrukcijoms, tokioms kaip laivų denio gamyba.
Įrašo laikas: 2025 m. gruodžio 15 d.
