جوشکاری لیزر چیست؟ توسعه فعلی فناوری جوشکاری لیزر چیست؟ در چه زمینه هایی می توان از فناوری جوشکاری لیزر استفاده کرد؟
1. جوشکاری لیزر چیست؟
به طور خلاصه ، جوشکاری لیزر برای گرم کردن سطح قطعه کار با تابش لیزر است و گرمای سطح از طریق هدایت گرما به داخل منتقل می شود. سپس با کنترل عرض ، انرژی ، قدرت اوج و فرکانس تکرار پالس لیزر ، قطعه کار ذوب می شود تا یک استخر مذاب خاص تشکیل شود و از این طریق به جوشکاری برسد.
جوش لیزر می تواند گرمای ورودی را به حداقل مقدار مورد نیاز کاهش دهد ، دامنه تغییر متالوگرافی منطقه تحت تأثیر گرما اندک است و تغییر شکل ناشی از هدایت گرما نیز حداقل است.
جوشکاری بدون تماس می تواند سایش و تغییر شکل دستگاه را به حداقل برساند. پرتو لیزر به راحتی توسط ابزارهای نوری تمرکز ، تراز و راهنمایی می شود. می توان آن را در فاصله مناسب از قطعه کار قرار داد و می تواند بین دستگاه ها یا موانع اطراف قطعه کار هدایت شود.
پرتو لیزر را می توان در یک منطقه بسیار کوچک متمرکز کرد ، می تواند قطعات کوچک و از نزدیک فاصله داشته باشد ، می تواند طیف گسترده ای از مواد را جوش دهد و همچنین می تواند به مواد ناهمگن مختلف بپیوندد.
انجام جوشکاری با سرعت بالا با اتوماسیون آسان است و همچنین می تواند به صورت دیجیتالی یا توسط رایانه کنترل شود. هنگام جوش دادن مواد نازک یا سیمهای قطر نازک ، هیچ مشکلی مانند بازسازی وجود ندارد.
2. وضعیت فعلی فناوری جوشکاری لیزر چیست؟
فناوری جوشکاری لیزر به همراه توسعه فناوری لیزر توسعه یافته است. در سالهای اخیر ، منابع نوری جدید مانند لیزر آبی ، لیزر سبز ، لیزر Femtosecond ، جوشکاری نوسان ، بازو (مادی حلقه قابل تنظیم) جوشکاری قابل تنظیم و سایر فرآیندهای جدید معرفی شده است ، که برخی از مشکلات جوشکاری را در تولید صنعتی حل کرده اند ، که باعث شده است که جوشکاری لیزر به سرعت تبلیغ شود و در زمینه های مختلف از صنعت تولید شود.
(1) فناوری جوشکاری لیزر فلزی
چگالی انرژی بالای لیزر امکان جوشکاری برخی از مواد فلزی دشوار را فراهم می کند ، اما هنوز هم در مورد جوشکاری مواد بسیار بازتابنده و مواد فلزی متفاوت مانند طلا ، نقره ، مس و آلومینیوم مشکل وجود دارد. دلایل اصلی عبارتند از:
reflictivity و هدایت حرارتی بالا ، جوشکاری لیزر به قدرت شروع بالاتری نیاز دارد.
-با استفاده از جوشکاری لیزر با قدرت بالا ، نسبت به تغییرات در سطح سطح ماده حساس است و در نتیجه تشکیل و جوشکاری لحیم کاری ضعیف ایجاد می شود.
سرعت جوشکاری لیزر سریع است و در نتیجه نقص های جوشکاری مانند منافذ داخل جوش ، به ویژه آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم ایجاد می شود.
(1.1) جوشکاری لیزر کارآمد آلیاژهای مس و مس
مس دارای هدایت الکتریکی و حرارتی عالی است و به طور گسترده در زمینه های تولید محصولات الکترونیکی و وسایل نقلیه برقی مورد استفاده قرار می گیرد. در میان آنها ، موتورها ، باتری ها ، سنسورها ، سیم کشی و پایانه ها بیشترین استفاده را دارند.
در گذشته ، جوشکاری لیزر مواد فلزی عمدتاً به لیزرهای مادون قرمز متکی بود. با این حال ، هدایت حرارتی مس خیلی زیاد است ، تقریباً 5 برابر آهن خالص و 1.7 برابر آلومینیوم خالص. مس میزان جذب کم برای لیزرهای مادون قرمز دارد. استفاده از لیزرهای مادون قرمز برای جوشکاری خطی به تنهایی دارای یک پنجره فرآیند ناپایدار و بیشترین نوسانات در عمق ذوب است که مستعد مشکلاتی از قبیل جوشکاری پراکنده ، پاشش فلز مذاب ، منافذ و نوسانات بزرگ در عمق نفوذ است.
بنابراین ، پس از ظهور لیزرهای با طول موج کوتاه با قدرت بالا ، جوشکاری لیزر نوری قابل مشاهده و جوشکاری ترکیبی به روشهای پردازش ایده آل برای مواد بسیار بازتابنده مانند آلیاژهای مس و مس تبدیل شده است.
جوشکاری لیزر سبک سبز
لیزر سبز نوعی نور مرئی با طول موج 500-560 nm است. میزان جذب مس برای چراغ سبز با طول موج λ {{1} nm به اندازه 40 ٪ است ، که حدود 8 برابر میزان جذب نور مادون قرمز در حدود 1μm است و راندمان جفت انرژی بیشتر است. حساسیت به میزان اکسیداسیون نیز کاهش می یابد.
استفاده از لیزر سبز می تواند به طور قابل توجهی قدرت آستانه جوش نفوذ عمیق مس را کاهش دهد ، میزان اسپری ذوب و پراکنده روی سطح جوش اندک است و تقریباً از سرعت جوش بی تأثیر است. اگر اسکن پرتو ، ضرب و شتم پرتو و مدولاسیون قدرت لیزر صحیح افزایش یابد ، می توان کیفیت جوشکاری را به طور قابل توجهی بهبود بخشید. در حالی که تعداد نقص جوش تا حد زیادی کاهش می یابد ، سطح جوش منظم تر و یکنواخت تر خواهد بود.
جوشکاری لیزر سبک
هرچه طول موج کوتاه تر باشد ، انرژی فوتون بیشتر می شود که به افزایش میزان جذب مواد از نور لیزر کمک می کند. طول موج لیزر آبی 400 نانومتر 500 پوند است. لیزر نیمه هادی مبتنی بر مواد نیترید گالیم می تواند مستقیماً لیزر را با طول موج 450 نانومتر و بدون دو برابر شدن فرکانس بیشتر تولید کند. این مزیت از ساختار ساده ، استفاده آسان ، راندمان تبدیل الکترو نوری و میزان جذب زیاد دارد.
در مقایسه با لیزرهای فیبر که معمولاً در پردازش صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد ، لیزرهای آبی آبی دارای افزایش {0}}} افزایش در میزان جذب مواد فلزی در 450 نانومتر ، به ویژه افزایش میزان جذب مواد فلزی بسیار بازتابنده مانند مس و طلا هستند. تأیید شده است که مصرف انرژی مورد نیاز برای جوشکاری مس 84 ٪ پایین تر از لیزرهای مادون قرمز است. این بدان معنی است که وقتی یک لیزر مادون قرمز برای جوشکاری مواد مس به 10 W لیزر نیاز دارد ، با استفاده از لیزر آبی فقط به 1 کیلو وات یا 0.5 کیلو وات قدرت نیاز دارد.
جوشکاری هیبریدی پرتو Didouble
با استفاده از فرآیند جوشکاری کامپوزیت دو پرتو قابل مشاهده ، با استفاده از یک لیزر نور قابل مشاهده با قدرت کوچکتر ، لیزر مادون قرمز می تواند هنگامی که قدرت پایین تر از قدرت آستانه جوشکاری عمیق است ، به جوشکاری نفوذ عمق مس دست یابد و به طور قابل توجهی کاهش یابد و هزینه تجهیزات کم باشد. کیفیت جوشکاری بالا است و به نظر می رسد مزایای بسیار برجسته ای و چشم انداز کاربرد خوبی دارد.
(1.2) جوشکاری لیزر آلیاژهای آلومینیوم
هنگامی که از پرتوهای لیزر تک فوکوس معمولی برای جوش دادن آلیاژهای آلومینیومی استفاده می شود ، منافذ نقص رایج هستند. دلایل اصلی تشکیل منافذ در آلیاژهای آلومینیوم عبارتند از:
stoin استخر مذاب و سوراخ کلیدی جوش مستعد سقوط و بی ثباتی به دلیل لرزش شدید ، تشکیل منافذ.
② حلالیت هیدروژن در آلیاژهای آلومینیوم با کاهش دما به شدت کاهش می یابد و در نتیجه بارش هیدروژن اشباع نشده در حین جامد سازی و تشکیل منافذ هیدروژن ایجاد می شود. وجود منافذ باعث غلظت استرس در جوش می شود ، که باعث می شود جوش در هنگام جامد شدن ترک شود.
جوشکاری لیزر. در طی فرآیند جوشکاری ، پرتو در جهت جوش حرکت می کند و به اشکال مختلفی مانند دایره ای ، {0}} شکل و خطوط مارپیچ در همان زمان حرکت می کند.
در حال حاضر ، تحقق نوسان پرتو عمدتاً توسط یک گالوانومتر حاصل می شود که می تواند در برابر لیزرهای با قدرت بالا مقاومت کند. ناحیه عمل پرتو جوش نوسان لیزر افزایش یافته است ، که باعث افزایش مساحت سوراخ کلید و استخر مذاب و اندازه ریشه استخر مذاب می شود ، پایداری سوراخ کلید و استخر مذاب را بهبود می بخشد و اثر بهبود قابل توجهی در نقص هایی مانند فیوژن ضعیف و زیرپوش دارد. در عین حال ، هم زدن استخر مذاب توسط پرتوی نوری ، همرفت استخر مذاب را تسریع می کند ، که باعث افزایش سرعت فرار حباب ها در استخر مذاب می شود و تخلخل را کاهش می دهد.
3. کاربرد فعلی فناوری جوشکاری لیزر در زمینه های مختلف
جوشکاری لیزر حداکثر برش نیست. در حال حاضر ، شرکت هایی در کشور من وجود دارند که در جوشکاری لیزر تخصص دارند. در روزهای ابتدایی ، لیزر لیزر لامپ و جوشکاری لیزر YAG روشهای اصلی بودند. همه آنها جوشکاری لیزر کم قدرت بسیار سنتی هستند که در قالب ها ، شخصیت های تبلیغاتی ، لیوان ، جواهرات و زمینه های دیگر اعمال شده است ، اما مقیاس بسیار محدود است. در سالهای اخیر ، با بهبود مداوم قدرت لیزر ، مهمتر از همه ، لیزرهای نیمه هادی و لیزرهای فیبر به تدریج سناریوهای کاربردی جوشکاری لیزر را توسعه داده اند ، و تنگنا فنی جوشکاری لیزر و باز کردن فضای جدید بازار را دارند.
(1) استفاده از فناوری جوشکاری لیزر در ساخت خودرو
با توسعه علم و فناوری و بهبود سطح مصرف و کیفیت زندگی افراد ، الزامات زیبایی شناسی سبک و هنری اجسام خودرو در زمینه تولید خودرو بیشتر و بیشتر می شود. فن آوری جوشکاری لیزر به دلیل تأثیر عالی پردازش ، کیفیت خوب محصول و راندمان کار بالا از آن برجسته است و به سرعت عزیز کاربرد فناوری فرآیند جوشکاری در زمینه تولید خودرو تبدیل می شود.
در تولید وسایل نقلیه ، فناوری جوشکاری لیزر عمدتاً در فرآیندی مانند جوشکاری لیزر صفحات فولادی ضخیم ، جوشکاری لیزر مجامع خودرو و مجامع زیر سیستم و جوشکاری لیزر قطعات وسیله نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. خودروسازان در برخی از کشورهای اروپایی و آمریکایی شروع به استفاده از فناوری جوشکاری لیزر نسبتاً زودتر کردند و از دهه 1980 شروع کردند. آئودی ، مرسدس بنز ، جنرال موتورز و سایر مارک های مشهور خودرو در آن زمان شروع به معرفی فناوری جوشکاری لیزر در تولید و تولید وسایل نقلیه کردند که باعث افزایش کاربرد و توسعه فناوری جوشکاری لیزر در زمینه تولید و تولید وسایل نقلیه شد.
جوشکاری لیزر باتری های برق باید چشمگیر ترین تقاضای درخواست جوشکاری در سالهای اخیر باشد که انگیزه زیادی برای تولید کنندگان تجهیزات لیزر دارد. مورد دوم باید جوشکاری اجسام و قطعات خودرو باشد. چین بزرگترین بازار اتومبیل در جهان است که بسیاری از شرکت های قدیمی خودرو و شرکت های جدید اتومبیل به طور مداوم در حال ظهور هستند و تقریباً 100 مارک اتومبیل دارند. بیشتر تولید کنندگان از فناوری جوشکاری سطح کیلووات یا خطوط تولید خودکار جوشکاری لیزر استفاده می کنند. به خصوص در زمینه باتری های برق ، شرکت های پیشرو باتری انرژی جدید از تعداد زیادی تجهیزات جوشکاری لیزر استفاده کرده اند.
4. روند توسعه فناوری جوشکاری لیزر چیست؟
با توسعه بیشتر و دستیابی به موفقیت در فناوری جوشکاری ، منحصر به فرد بودن آن در روند تحقیق و توسعه فناوری جوشکاری لیزر مشهود است. فناوری جوشکاری لیزر می تواند مواد فلزی را به سرعت و کارآمد جوش دهد. هنگامی که پرتو لیزر ایجاد می شود ، به دلیل ویژگی های تمرکز بالا ، می تواند باعث ایجاد چگالی قدرت بسیار بالا در پرتو لیزر شود ، که باعث می شود پرتو لیزر در مدت زمان بسیار کوتاهی مقدار زیادی انرژی گرما را آزاد کند ، از این طریق باعث افزایش کارایی جوشکاری و اطمینان از کیفیت جوشکاری می شود.
علاوه بر این ، به دلیل مزیت جوشکاری آنی از فناوری جوشکاری لیزر ، چشم انداز کاربرد بسیار گسترده ای دارد. در کاربرد واقعی فناوری جوشکاری لیزر ، هنگامی که پرتو لیزر به طور مستقیم سطح مواد فلزی را تابش می کند ، بر مواد فلزی خارج از ناحیه تابش تأثیر نمی گذارد ، بنابراین باعث آسیب قابل توجهی به سطح مواد فلزی در طی فرآیند جوش نمی شود و پس از اتمام فرآیند جوشکاری ، دیگر نیازی به انجام پردازش سطح مرتبط نیست. این امر باعث می شود فناوری جوشکاری لیزر به ویژه برای پردازش سطوح قطعات مختلف دقیق مناسب باشد ، به طوری که می توان عملیات جوشکاری دشوارتر را نیز به سرعت انجام داد.
علاوه بر این ، در مشخصات فنی جوشکاری قبلی ، معمولاً تصریح می شود که نیازهای مواد برای کلیه مواد جوشکاری باید سازگار باشد. با استفاده از فناوری جوشکاری لیزر ، نیازی به محدودیت های زیادی در مواد مواد جوشکاری نیست ، بنابراین حتی مواد جوشکاری مواد مختلف را می توان با استفاده از فناوری جوشکاری لیزر به راحتی جوش داد. می توان گفت که شکل گیری و کاربرد گسترده فناوری جوشکاری لیزر به طور مؤثر بر مشکلات فناوری جوشکاری سنتی غلبه کرده و دشواری عملیات سنتی جوشکاری را کاهش داده است.
پس از گذشت بیش از نیم قرن توسعه ، سطح فنی فناوری جوشکاری لیزر نیز به طور فزاینده ای کامل شده است ، و به تدریج در زمینه های صنعتی بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است.
در زمینه های کاربردی هوافضا ، ابزارهای الکترونیکی ، ساخت ماشین آلات ، متالورژی فولادی ، تولید خودرو ، تجهیزات پزشکی و سایر صنایع ، فناوری جوشکاری لیزر نقش فزاینده ای دارد. به عنوان مثال ، در تولید قطعات خودرو ، از فناوری جوشکاری لیزر می توان برای پردازش و تولید قسمتهای پوشش دهنده وسیله نقلیه استفاده کرد و کشورهای پیشرفته مانند ایالات متحده و ژاپن نیز از فناوری جوشکاری لیزر برای تولید قطعات حمل و نقل هوایی در یک محیط نیتروژن خالص استفاده کرده اند.