Apa itu kimpalan laser? Apakah perkembangan teknologi kimpalan laser semasa? Dalam bidang apakah teknologi kimpalan laser digunakan?
1. Apa itu kimpalan laser?
Singkatnya, kimpalan laser adalah untuk memanaskan permukaan bahan kerja dengan radiasi laser, dan haba permukaan meresap ke dalam melalui pengaliran haba. Kemudian, dengan mengawal lebar, tenaga, kuasa puncak dan kekerapan pengulangan nadi laser, bahan kerja cair untuk membentuk kolam cair tertentu, dengan itu mencapai kimpalan.
Kimpalan laser boleh mengurangkan haba input kepada jumlah minimum yang diperlukan, pelbagai perubahan metallographic zon yang terjejas haba adalah kecil, dan ubah bentuk yang disebabkan oleh pengaliran haba juga minimum.
Kimpalan bukan hubungan boleh mengurangkan haus dan ubah bentuk mesin minimum. Rasuk laser mudah difokuskan, diselaraskan dan dibimbing oleh instrumen optik. Ia boleh diletakkan pada jarak yang sesuai dari bahan kerja dan boleh dibimbing di antara mesin atau halangan di sekitar bahan kerja.
Rasuk laser boleh difokuskan pada kawasan yang sangat kecil, boleh mengimpal bahagian -bahagian kecil dan rapat, boleh mengimpal pelbagai bahan, dan juga boleh menyertai pelbagai bahan heterogen.
Adalah mudah untuk melakukan kimpalan berkelajuan tinggi dengan automasi, dan juga boleh dikawal secara digital atau oleh komputer. Apabila kimpalan bahan nipis atau wayar diameter nipis, tidak ada masalah seperti remel.
2. Apakah status teknologi kimpalan laser semasa?
Teknologi kimpalan laser telah dibangunkan bersama dengan pembangunan teknologi laser. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, sumber cahaya baru seperti laser biru, laser hijau, laser femtosecond, kimpalan ayunan, lengan (cincin boleh laras) cincin yang boleh disesuaikan dengan kimpalan dan proses baru yang lain telah diperkenalkan, yang telah menyelesaikan beberapa masalah kimpalan.
(1) Teknologi Kimpalan Laser Logam
Ketumpatan tenaga laser yang tinggi memungkinkan untuk mengimpal beberapa bahan logam yang sukar untuk dikimpal, tetapi masih terdapat beberapa masalah dengan kimpalan bahan-bahan yang sangat mencerminkan dan bahan logam yang berbeza seperti emas, perak, tembaga, dan aluminium. Sebab utama termasuk:
① High reflektiviti dan kekonduksian terma yang tinggi, kimpalan laser memerlukan kuasa permulaan yang lebih tinggi;
②Buat kimpalan laser kuasa tinggi, ia sensitif terhadap perubahan dalam keadaan permukaan bahan, mengakibatkan pembentukan sendi/kimpalan solder yang lemah;
Kelajuan kimpalan laser adalah cepat, mengakibatkan kecacatan kimpalan seperti liang di dalam kimpalan, terutama aloi aluminium dan aluminium.
(1.1) Kimpalan laser yang cekap dari aloi tembaga dan tembaga
Tembaga mempunyai kekonduksian elektrik dan terma yang sangat baik dan digunakan secara meluas dalam bidang pembuatan produk elektronik dan kenderaan elektrik. Antaranya, motor, bateri, sensor, abah -abah pendawaian, dan terminal adalah yang paling banyak digunakan.
Pada masa lalu, kimpalan laser bahan logam terutamanya bergantung kepada laser inframerah. Walau bagaimanapun, kekonduksian terma tembaga terlalu tinggi, hampir 5 kali dari besi tulen dan 1.7 kali aluminium tulen. Tembaga mempunyai kadar penyerapan yang rendah untuk laser inframerah. Penggunaan laser inframerah untuk kimpalan linear sahaja mempunyai tingkap proses yang tidak stabil dan turun naik terbesar dalam kedalaman lebur, yang terdedah kepada masalah seperti spatter kimpalan, percikan logam cair, liang, dan turun naik yang besar dalam kedalaman penembusan.
Oleh itu, selepas kemunculan laser panjang gelombang pendek kuasa tinggi, kimpalan laser cahaya yang kelihatan dan kimpalan hibrid telah menjadi kaedah pemprosesan yang ideal untuk bahan-bahan yang sangat reflektif seperti aloi tembaga dan tembaga.
① Green Laser Welding
Laser hijau adalah sejenis cahaya yang kelihatan dengan panjang gelombang 500-560 nm. Kadar penyerapan tembaga untuk cahaya hijau dengan panjang gelombang λ=515 nm adalah setinggi 40%, iaitu kira -kira 8 kali kadar penyerapan cahaya inframerah kira -kira 1μm, dan kecekapan gandingan tenaga lebih tinggi. Kepekaan terhadap tahap pengoksidaan juga dikurangkan.
Penggunaan laser hijau dapat mengurangkan kuasa ambang kimpalan penembusan tembaga dalam, jumlah semburan cair dan spatter di permukaan kimpalan adalah kecil, dan hampir tidak terjejas oleh kelajuan kimpalan. Sekiranya pengimbasan rasuk, rasuk defocus dan modulasi kuasa laser yang betul meningkat, kualiti kimpalan dapat ditingkatkan dengan ketara. Walaupun bilangan kecacatan kimpalan dikurangkan, permukaan kimpalan akan lebih kerap dan seragam.
② Blue Laser Laser Welding
Lebih pendek panjang gelombang, semakin tinggi tenaga foton, yang membantu meningkatkan kadar penyerapan bahan cahaya laser. Panjang gelombang laser biru adalah 400nm ~ 500n. Laser semikonduktor berdasarkan bahan gallium nitride boleh menjana laser secara langsung dengan panjang gelombang 450 nm tanpa kekerapan lebih lanjut. Ia mempunyai kelebihan struktur mudah, penggunaan mudah, kecekapan penukaran elektro-optik, dan kadar penyerapan yang tinggi.
Berbanding dengan laser serat yang biasa digunakan dalam pemprosesan industri, laser cahaya biru mempunyai {0}}% dalam kadar penyerapan bahan logam pada 450nm, terutamanya peningkatan kadar penyerapan bahan logam yang sangat reflektif seperti tembaga dan emas. Telah disahkan bahawa penggunaan tenaga yang diperlukan untuk kimpalan tembaga adalah 84% lebih rendah daripada laser inframerah. Ini bermakna apabila laser inframerah memerlukan 10 w kuasa laser untuk mengimpal bahan tembaga, menggunakan laser biru hanya memerlukan kira -kira 1 kW atau 0.5 kW kuasa.
Kimpalan hibrid rasuk ③
Menggunakan proses kimpalan komposit dua rasuk inframerah, menggunakan laser cahaya yang kelihatan lebih kecil, laser inframerah dapat mencapai kimpalan tembaga yang dipaksa dalam tembaga apabila kuasa lebih rendah daripada kuasa ambang kimpalan yang mendalam, dan dengan ketara mengurangkan kimpalan kimpalan, dan kos peralatan yang rendah. Kualiti kimpalan adalah tinggi dan dianggap mempunyai kelebihan yang sangat luar biasa dan prospek aplikasi yang baik.
(1.2) Kimpalan Laser Sweling Aloi Aluminium
Apabila rasuk laser tunggal konvensional digunakan untuk mengimpal aloi aluminium, liang adalah kecacatan biasa. Sebab utama pembentukan liang -liang dalam aloi aluminium adalah:
① Kolam cair kimpalan dan lubang kunci terdedah kepada runtuh dan ketidakstabilan akibat getaran yang teruk, membentuk liang;
② Kelarutan hidrogen dalam aloi aluminium akan jatuh dengan ketara dengan penurunan suhu, mengakibatkan pemendakan hidrogen supersaturated semasa pemejalan dan pembentukan liang hidrogen. Kehadiran liang akan menyebabkan kepekatan tekanan dalam kimpalan, yang akan menyebabkan kimpalan retak semasa pemejalan.
Kimpalan ayunan laser. Semasa proses kimpalan, rasuk bergerak di sepanjang arah kimpalan dan buaian dalam pelbagai bentuk seperti bulat, 8- berbentuk, dan garis lingkaran pada masa yang sama.
Pada masa ini, kesedaran swing rasuk terutamanya dicapai oleh galvanometer yang dapat menahan laser kuasa tinggi. Kawasan tindakan rasuk kimpalan ayunan laser meningkat, yang meningkatkan kawasan lubang kunci dan kolam cair dan saiz akar kolam cair, meningkatkan kestabilan lubang kunci dan kolam cair, dan mempunyai kesan penambahbaikan yang signifikan terhadap kecacatan seperti gabungan yang lemah dan kurang. Pada masa yang sama, pengadukan kolam cair oleh rasuk cahaya berayun mempercepatkan perolakan kolam cair, yang meningkatkan kelajuan gelembung melarikan diri di kolam cair dan mengurangkan keliangan.
3. Aplikasi teknologi kimpalan laser semasa dalam pelbagai bidang
Kimpalan laser tidak lewat daripada memotong. Pada masa ini, terdapat perusahaan di negara saya yang pakar dalam kimpalan laser. Pada hari-hari awal, laser lampu dan kimpalan laser YAG adalah kaedah utama. Mereka semua adalah kimpalan laser kuasa rendah yang sangat tradisional, yang telah digunakan dalam acuan, watak pengiklanan, gelas, perhiasan dan bidang lain, tetapi skala itu sangat terhad. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, dengan peningkatan kuasa laser yang berterusan, lebih penting lagi, laser semikonduktor dan laser serat secara beransur -ansur membangunkan senario aplikasi kimpalan laser, memecahkan kesesakan teknikal kimpalan laser dan membuka ruang pasaran baru.
(1) Penggunaan teknologi kimpalan laser dalam pembuatan kereta
Dengan perkembangan sains dan teknologi dan peningkatan tahap penggunaan orang dan kualiti hidup, keperluan untuk estetika ringan dan artistik badan -badan kereta dalam bidang pengeluaran kereta semakin tinggi dan lebih tinggi. Teknologi kimpalan laser menonjol kerana kesan pemprosesan yang sangat baik, kualiti produk yang baik dan kecekapan kerja yang tinggi, dan dengan cepat menjadi sayang aplikasi teknologi proses kimpalan dalam bidang pengeluaran kereta.
Dalam pengeluaran kenderaan, teknologi kimpalan laser digunakan terutamanya dalam proses seperti kimpalan laser plat keluli tebal, kimpalan laser perhimpunan kereta dan perhimpunan subsistem, dan kimpalan laser bahagian kenderaan. Pembuat kereta di sesetengah negara Eropah dan Amerika mula memohon teknologi kimpalan laser yang agak awal, bermula pada tahun 1980 -an. Audi, Mercedes-Benz, GM dan jenama kereta terkenal lain mula memperkenalkan teknologi kimpalan laser ke dalam pengeluaran dan pembuatan kenderaan pada masa itu, yang mempromosikan aplikasi mendalam dan pembangunan teknologi kimpalan laser dalam bidang pengeluaran dan pembuatan kenderaan.
Kimpalan laser bateri kuasa harus menjadi permintaan aplikasi kimpalan yang paling menarik pada tahun-tahun kebelakangan ini, yang mempunyai dorongan yang besar untuk pengeluar peralatan laser. Yang kedua mestilah kimpalan badan dan bahagian kereta. China adalah pasaran kereta terbesar di dunia, dengan banyak syarikat kereta lama dan syarikat kereta baru yang muncul secara berterusan, dengan hampir 100 jenama kereta. Kebanyakan pengeluar menggunakan teknologi kimpalan peringkat Kilowatt atau garisan pengeluaran kimpalan laser automatik; Terutama dalam bidang bateri kuasa, syarikat bateri tenaga baru yang terkemuka telah menggunakan sejumlah besar peralatan kimpalan laser.
4. Apakah trend pembangunan teknologi kimpalan laser?
Dengan perkembangan selanjutnya dan kejayaan teknologi kimpalan, keunikannya lebih jelas dalam proses penyelidikan dan pembangunan teknologi kimpalan laser. Teknologi kimpalan laser boleh mengimpal bahan logam dengan cepat dan cekap. Apabila rasuk laser dihasilkan, disebabkan oleh ciri -ciri fokus yang tinggi, ia boleh menyebabkan ketumpatan kuasa yang sangat tinggi dalam rasuk laser, yang membolehkan rasuk laser melepaskan sejumlah besar tenaga haba dalam masa yang sangat singkat, dengan itu meningkatkan kecekapan kimpalan dan memastikan kualiti kimpalan.
Di samping itu, disebabkan kelebihan kimpalan seketika teknologi kimpalan laser, ia mempunyai prospek aplikasi yang sangat luas. Dalam penggunaan sebenar teknologi kimpalan laser, apabila rasuk laser secara langsung menyinari permukaan bahan logam, ia tidak akan menjejaskan bahan logam di luar kawasan penyinaran, jadi ia tidak menyebabkan kerosakan yang ketara pada permukaan bahan logam semasa proses kimpalan, dan selepas proses kimpalan selesai, tidak perlu melakukan pemprosesan permukaan yang berkaitan. Ini menjadikan teknologi kimpalan laser sangat sesuai untuk memproses permukaan pelbagai bahagian ketepatan, supaya operasi kimpalan yang lebih sukar juga dapat dicapai dengan cepat.
Selain itu, dalam spesifikasi teknikal kimpalan sebelumnya, biasanya ditetapkan bahawa keperluan bahan untuk semua bahan kimpalan mestilah konsisten. Dengan menggunakan teknologi kimpalan laser, tidak perlu mempunyai sekatan yang besar terhadap bahan bahan kimpalan, jadi bahan kimpalan bahan -bahan yang berbeza dapat dikimpal dengan mudah menggunakan teknologi kimpalan laser. Ia boleh dikatakan bahawa pembentukan dan penggunaan teknologi kimpalan laser yang meluas telah mengatasi masalah dalam teknologi kimpalan tradisional dan mengurangkan kesukaran operasi kimpalan tradisional.
Selepas lebih daripada setengah abad pembangunan, tahap teknikal teknologi kimpalan laser juga menjadi semakin sempurna, dan secara beransur -ansur digunakan secara meluas dalam bidang perindustrian yang lebih banyak.
Dalam bidang aplikasi aeroangkasa, instrumen elektronik, pembuatan jentera, metalurgi keluli, pembuatan kereta, peralatan perubatan dan industri lain, teknologi kimpalan laser memainkan peranan yang semakin besar. Sebagai contoh, dalam pengeluaran bahagian automotif, teknologi kimpalan laser boleh digunakan untuk memproses dan menghasilkan bahagian -bahagian yang meliputi kenderaan, dan negara -negara maju seperti Amerika Syarikat dan Jepun juga menggunakan teknologi kimpalan laser untuk pengeluaran bahagian penerbangan dalam persekitaran nitrogen tulen.