Mekanismi ja ohjaustekniikka Laserhitsauksen periaate ja ominaisuudet

Nykyaikaisten toimitustapojen kehityssuunta ja ominaispiirteet ovat nopea toiminta ja kevyt rakenne. Tämän seurauksena sen keskeisten rakenteiden valmistukseen on asetettu korkeampia vaatimuksia, kuten kevyt, monoliittinen, erittäin luotettava, pitkäikäinen ja edullinen vihreä valmistus. Tätä varten luja ja kevyt titaaniseos, alumiiniseos ja muut tyypilliset rakennemateriaalit, korkean energiatiheyden omaava sädevirta hitsauslämmönlähteenä korkean energian sädehitsauksen valmistuksessa koko rakenteen, yksi edistyneen valmistustekniikan tuloksista. vastaamaan tämän kehityksen tarpeita. Suurienergisella sädehitsauksen valmistuksella, jolla on monia etuja, jotka tunnetaan materiaalinkäsittelynä ja edistynyt valmistustekniikka, jossa on vallankumouksellisia muutoksia uudessa tekniikassa, erityisesti uusissa kevytmetalliseoksissa hitsausvalmistuksen avainrakenteessa, on laajat sovellusmahdollisuudet. suuri monimutkainen titaaniseokset, alumiiniseokset.
Vahvistettu seinälevy tai ontelorakenne laserin nopeaan ja tehokkaaseen hitsausvalmistukseen. Laser on atomien virittyneen säteilyn periaatteeseen perustuva korkean intensiteetin koherenttivalo, joka tuottaa korkean intensiteetin valoa virittämällä työainetta. Sen lisäksi, että laser noudattaa kaikkia optiikan lakeja tavallisen valon tavoin, sillä on useita muita ominaisuuksia, joita ei löydy mistään muusta valonlähteestä, kuten hyvä suuntaus, korkea kirkkaus ja hyvä monokromaattisuus. Se on laserin hyvä suunta ja korkea kirkkaus muodostaa korkean energiapitoisuuden tilassa ja ajassa, voidaan siirtää pitkiä matkoja ja sillä on korkea energia tai korkea intensiteetti, materiaalien käsittelyssä (mukaan lukien hitsaus) voidaan pitää ihanteellinen lämmönlähde. Laserin käyttö uutena energiana laajentaa huomattavasti materiaalinkäsittelyn sovellusaluetta. Laserhitsaus on yksi lasersovelluksen tärkeistä näkökohdista.
Laserhitsaus on eräänlainen käyttö, kun lasersäteen korkealla energiatiheydellä (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) on fokusoitu lämmönlähteenä työkappaleen sulamisen lämmittämiseen erityisellä sulamishitsausmenetelmällä. Se on fototermiseen vaikutukseen perustuva sulahitsaus, joka edellyttää laserin absorboimista materiaaliin ja muuntaa hitsauksen tarvitsemaksi lämpöenergiaksi. Yleensä erilaiset laservalon intensiteetit materiaalin pinnalla johtavat erilaisiin fysikaalisiin ilmiöihin, kuten pintalämpötilan nousuun, sulamiseen, höyrystymiseen, pienten reikien muodostumiseen ja valoplasman muodostumiseen jne. Nämä fysikaaliset ilmiöt määräävät hitsauksen prosessi lämpötoiminnan mekanismi, jotta laserhitsaus olemassaolosta lämmön johtuminen hitsaus ja syvä sulamishitsaus hitsaus tilassa kahdenlaisia ​​hitsaus. Siirtyminen näiden kahden tilan välillä riippuu pääasiassa materiaaliin vaikuttavan laserpisteen tehotiheydestä.
Tietylle materiaalille on olemassa erityinen tehotiheyden kynnys (0,5x10^6 - 10^7 W/cm useimmille teräksille). Kun materiaaliin kohdistettu lasertehon tiheys on tämän kynnyksen alapuolella, laserenergia absorboituu materiaalin pintaan ja siirtyy nopeasti materiaalin sisäpuolelle muodostaen lämpöä johtavan hitsin, jolla on suhteellisen suuri leveys ja syvyys. Kun materiaaliin kohdistettu lasertehotiheys on suurempi kuin kynnys, työkappaleen pinta on liian myöhäistä siirtää lämpöä sisällä olevaan materiaaliin, laserenergia saa materiaalin pinnan nopeasti lämpenemään, sulamaan ja höyrystymään. Ja kun laserenergian syöttämistä jatketaan, muodostuu pieniä reikiä tunkeutumispaksuuden suunnassa. Reikää ympäröi nestemäinen metallisulaallas, ja reikä on täytetty korkean lämpötilan metallihöyryllä ja plasmalla. Korkean lämpötilan metallihöyryn ja plasman laajenemisvoima toimii yhdessä nestemäisen metallin painovoiman ja pintajännityksen kanssa reiän ympärillä reiän vakaan olemassaolon ylläpitämiseksi. Pienet reiät liikkuvat hitsaussuuntaa pitkin, takimmainen sulaallas jäähtyy ja jähmettyy nopeasti ja muodostuu syväsulahitsi, jonka syvyys ja leveys on suhteellisen suuri. Siksi laserhitsaustila liittyy laserin tehotiheyteen ja hitsauslinjan energiaan, jotka määräävät lämpövaikutusmekanismin.
Kun laserin tehotiheys on alle 10 ^ 6 W / cm, laserlämmitys rajoittuu metallin pintaan, voi saavuttaa useimpien metallien sulamisrajan, mutta ei höyrystymistä, tällä kertaa metalli laserin jatkuvassa toiminnassa (riittää linjaenergia), lämmönjohtamishitsausmoodiin hitsin muodostamiseksi, hitsin muodostusmekanismi ja perinteinen sulahitsaus. Laserlämmönjohtohitsausta käytetään yleisesti elektroniikkakomponenttien tiivistyshitsauksessa ja ultraohuiden materiaalien hitsauksessa. Kun laserin tehotiheys on suurempi kuin 10^6W/cm, laser saa metallin sulamaan ja höyrystymään välittömästi, jos linjaenergiaa riittää, metallihöyryn voima muodostaa pieniä reikiä sulaan metalliin ja hitsausprosessi muodostaa hitsin. syväsulahitsaustilassa pienten reikien vaikutuksella. Syväsulahitsausreikä on ympäröity sulalla metallilla, joka on täytetty korkean lämpötilan metallihöyryllä ja plasmalla, hitsausprosessireikä metallihöyryvoimalla ja nestemäisen metallin painovoima- ja pintajännitystasapainolla, jotta laserissa oleva pieni reikä säilyy ja materiaalin lämpökytkentä on mekanismin lämpövaikutuksen lasersyväsulahitsausmoodin lämpövaikutus, jota käytetään pääasiassa hitsauksen rakenteen yli 1 mm: ssä.
Perinteisiin kaarihitsausmenetelmiin verrattuna laserhitsaustekniikalla on ainutlaatuisia etuja ja se on edistynyt hitsaustekniikka.
Laserhitsaustekniikka on kehittynyt nopeasti viime vuosikymmeninä, ja se on vähitellen kehittynyt pulssiaaltohitsauksesta jatkuvan aallon, suuritehoisen paksulevyn, moniasemahitsaukseen, ja sitä on käytetty laajasti ilmailussa, ilmailussa, autoteollisuudessa ja nopeassa hitsauksessa. rautateillä ja muilla aloilla. Sotilaslentokoneiden valmistuksessa alumiiniseosten ja titaaniseosten laserhitsauksen käyttö on lisääntynyt merkittävästi, ja niiden osuus kehittyneiden hävittäjien rakenteellisesta painosta on yli 60 % ja titaaniseosten 20 %. Laserhitsaustekniikka voi korvata perinteisen niittausmenetelmän, vähentää merkittävästi painoa, vähentää kustannuksia ja parantaa materiaalin käyttöä. Esimerkiksi Airbus A380 rungon seinälevy laserhitsauksen avulla voi vähentää painoa 15%, 15% kustannussäästöjä.
Kiinassa vahvistetun seinälevyn laajamittainen rakennehitsaus on tulossa yhä suositummaksi lento- ja merisovelluksissa. Verrattuna mekaanisiin työstö- ja niittausmenetelmiin laserhitsaus paitsi säästää materiaaleja, myös parantaa komponenttien keveyttä ja valmistettavuutta, lyhentää prosessointisykliä ja alentaa tuotantokustannuksia. Laserhitsausprosessi on kuitenkin monimutkainen, ja se sisältää nopean lämmityksen, jäähdytyksen, materiaalin faasimuutokset, erityisesti alumiiniseoksille ja titaaniseoksille korkean heijastavuuden, korkean lämmönjohtavuuden ja pintajännityksen sekä muiden ominaisuuksien vuoksi, mikä tuo mukanaan teknisiä haasteita, kuten hitsin laadunvalvontaa. ja vakaus, hitsausprosessin vakaus, vikojen valvonta ei ole kypsä, rakenteellinen muoto ei täytä standardeja ja muut asiat ovat näkyviä. Näiden ongelmien perimmäinen syy on titaaniseosten ja alumiiniseosten hitsattavuutta ja mekaanisia ominaisuuksia koskevan perustutkimuksen puute, mikä johtaa liitosten väsymisikään, jännityksen ja muodonmuutosten hallintaan jne. Kevyen painon korkeita luotettavuusvaatimuksia on vaikea täyttää. metalliseoskomponentteja, ja ero kansainväliseen tasoon on suuri.