Lazerinio suvirinimo mechanizmas ir valdymo technologija Principas ir charakteristikos

Šiuolaikinių pristatymo priemonių plėtros tendencija ir ypatybės yra didelės spartos veikimas ir lengva konstrukcija. Dėl to pagrindinių konstrukcijų, tokių kaip lengvas, monolitinis, didelio patikimumo, ilgaamžiškumas ir nebrangus ekologiškos gamybos, gamybai keliami aukštesni reikalavimai. Šiuo tikslu didelio stiprumo ir lengvas titano lydinys, aliuminio lydinys ir kitos tipiškos konstrukcinės medžiagos, didelio energijos tankio pluošto srovė, kaip suvirinimo šilumos šaltinis didelės energijos pluošto suvirinimo gamybai, yra vienas iš pažangių gamybos technologijų rezultatų. atitikti šios plėtros poreikius. Daug privalumų turinti didelės energijos pluošto suvirinimo gamyba, žinoma kaip medžiagų apdorojimas ir pažangi gamybos technologija su revoliuciniais naujosios technologijos pokyčiais, ypač naujuose lengvuosiuose lydiniuose pagrindinėje suvirinimo gamybos struktūroje, turi plačias taikymo perspektyvas. didelių sudėtingų titano lydinių, aliuminio lydinių.
Sustiprinta sieninė plokštė arba ertmės konstrukcija, užtikrinanti greitą ir efektyvų suvirinimo lazerinį suvirinimą. Lazeris yra didelio intensyvumo koherentinė šviesa, pagrįsta atomų sužadintos spinduliuotės principu, kuri, sužadindama darbinę medžiagą, sukuria didelio intensyvumo šviesą. Be to, kad lazeris laikosi visų optikos dėsnių, kaip ir įprasta šviesa, lazeris turi daugybę kitų savybių, kurių nėra jokiame kitame šviesos šaltinyje, pavyzdžiui, gerą kryptingumą, didelį ryškumą ir gerą monochromatiškumą. Tai gera lazerio kryptis ir didelis ryškumas sudaro didelę energijos koncentraciją erdvėje ir laike, gali būti perduodamas dideliais atstumais ir turi didelę energiją arba didelį intensyvumą, medžiagų apdorojimo (įskaitant suvirinimą) srityje gali būti laikomas idealus šilumos šaltinis. Lazerio kaip naujos energijos taikymas labai išplečia medžiagų apdorojimo taikymo sritį. Suvirinimas lazeriu yra vienas iš svarbių lazerio taikymo aspektų.
Lazerinis suvirinimas yra tam tikras panaudojimas po didelio energijos tankio (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) lazerio spindulio fokusavimo kaip šilumos šaltinio, skirto ruošinio lydymui šildyti specialiu lydymosi suvirinimo metodu. Tai fototerminiu efektu pagrįstas lydalinis suvirinimas, kuris suponuoja, kad lazeris absorbuojamas medžiagos ir paverčiamas suvirinimui reikalinga šilumos energija. Paprastai skirtingo intensyvumo lazerio šviesa medžiagos paviršiuje sukelia skirtingus fizinius reiškinius, įskaitant paviršiaus temperatūros padidėjimą, tirpimą, garavimą, mažų skylučių susidarymą, fotoplazmos susidarymą ir kt. Šie fizikiniai reiškiniai lemia suvirinimą. Proceso terminio veikimo mechanizmas, kad suvirinimo lazeriu šilumos laidumo suvirinimo ir giliai lydymosi suvirinimo suvirinimo režimas dviejų rūšių suvirinimo egzistavimą. Perėjimas tarp dviejų režimų daugiausia priklauso nuo lazerio taško, veikiančio medžiagą, galios tankio.
Tam tikros medžiagos galios tankio slenkstis (daugumos plienų atveju nuo 0,5x10^6 iki 10^7 W/cm). Kai lazerio galios tankis, taikomas medžiagai, yra mažesnis už šią ribą, lazerio energija sugeriama medžiagos paviršiuje ir greitai perduodama į medžiagos vidų, sudarydama santykinai didelio pločio ir gylio šilumą laidžią siūlę. Kai lazerio galios tankis, taikomas medžiagai, yra didesnis nei slenkstis, ruošinio paviršius per vėlu perduoti šilumą viduje esančiai medžiagai, dėl lazerio energijos medžiagos paviršius greitai sušils, išsilydys ir išgaruos. Ir toliau tiekiant lazerio energiją, įsiskverbimo storio kryptimi susidaro mažos skylės. Skylė yra apsupta skysto metalo lydalo baseino, o skylė užpildyta aukštos temperatūros metalo garais ir plazma. Aukštos temperatūros metalo garų ir plazmos plėtimosi jėga veikia kartu su skysto metalo gravitacija ir paviršiaus įtempimu aplink skylę, kad būtų išlaikytas stabilus skylės egzistavimas. Mažos skylutės juda išilgai suvirinimo krypties, užpakalinis išlydytas baseinas greitai atvėsta ir sukietėja, susidaro gana didelio gylio ir pločio gilus išlydytas siūlas. Todėl suvirinimo lazeriu režimas yra susijęs su lazerio galios tankiu ir suvirinimo linijos energija, kuri lemia šiluminio veikimo mechanizmą.
Kai lazerio galios tankis yra mažesnis nei 10 ^ 6 W / cm, lazerio kaitinimas apsiriboja metalo paviršiumi, gali pasiekti daugumos metalų lydymosi slenkstį, bet negaruoja, šį kartą metalas nuolat veikia lazeriu (pakankamai). linijos energija), į šilumos laidumo suvirinimo režimą, kad suformuotų suvirinimo siūlę, suvirinimo formavimo mechanizmą ir įprastą lydalinį suvirinimą. Lazerinis šilumos laidumo suvirinimas dažniausiai naudojamas elektroninių komponentų sandarinimo suvirinimui ir itin plonų medžiagų suvirinimui. Kai lazerio galios tankis yra didesnis nei 10^6W/cm, lazeris priverčia metalą išsilydyti ir akimirksniu išgaruoti, jei linijos energijos pakanka, metalo garų jėga išlydytame metale sukuria mažytes skylutes, o suvirinimo procesas suformuoja suvirinimo siūlę. gilaus lydalo suvirinimo režimu su mažų skylių efektu. Gilaus lydalo suvirinimo anga yra apsupta išlydyto metalo, užpildyto aukštos temperatūros metalo garais ir plazma, suvirinimo angą metalo garų jėga ir skysto metalo gravitacijos bei paviršiaus įtempimo balansas, kad būtų išlaikyta maža skylė lazeryje ir medžiagos šiluminis ryšys. lazerinio giluminio lydalo suvirinimo režimo šiluminis mechanizmo šiluminio veikimo režimas, daugiausia naudojamas esant didesniam nei 1 mm suvirinimo laipsniui.
Palyginti su tradiciniais lankinio suvirinimo metodais, suvirinimo lazeriu technologija turi unikalių pranašumų ir yra pažangi suvirinimo technologija.
Lazerinio suvirinimo technologija per pastaruosius kelis dešimtmečius sparčiai vystėsi, palaipsniui evoliucionuojant nuo impulsinio suvirinimo iki ištisinių bangų, didelės galios storų plokščių, kelių stočių suvirinimo, ir buvo plačiai naudojama aviacijoje, kosmoso, automobilių, greitųjų technologijų srityse. geležinkeliai ir kiti laukai. Karinių orlaivių gamyboje labai išaugo aliuminio lydinių ir titano lydinių suvirinimo lazeriu naudojimas, kuris sudaro atitinkamai daugiau nei 60% ir 20% pažangių naikintuvų konstrukcinės masės. Lazerinio suvirinimo technologija gali pakeisti tradicinį kniedijimo metodą, žymiai sumažinti svorį, sumažinti išlaidas ir pagerinti medžiagų panaudojimą. Pavyzdžiui, Airbus A380 fiuzeliažo sieninė plokštė suvirinant lazeriu gali sumažinti svorį 15%, 15% sumažinti išlaidas.
Kinijoje stambaus masto sutvirtintų sienų plokščių konstrukcinis suvirinimas tampa vis populiaresnis orlaiviuose ir laivuose. Palyginti su mechaniniais apdirbimo ir kniedijimo metodais, lazerinis suvirinimas ne tik taupo medžiagas, bet ir pagerina komponentų lengvumą bei pagaminamumą, sutrumpina apdorojimo ciklą ir sumažina gamybos sąnaudas. Tačiau suvirinimo lazeriu procesas yra sudėtingas, apimantis greitą kaitinimą, aušinimą, medžiagų fazių pokyčius, ypač aliuminio ir titano lydiniams, dėl didelio atspindžio, didelio šilumos laidumo ir paviršiaus įtempimo bei kitų savybių, todėl kyla techninių iššūkių, tokių kaip suvirinimo kokybės kontrolė. ir stabilumas, suvirinimo proceso stabilumas, defektų kontrolė nėra subrendusi, konstrukcinė forma neatitinka standartų ir kitos problemos yra svarbios. Pagrindinė šių problemų priežastis yra tai, kad trūksta pagrindinių titano lydinių ir aliuminio lydinių suvirinamumo ir mechaninių savybių tyrimų, dėl kurių sumažėja jungties nuovargio tarnavimo laikas, įtempių ir deformacijų kontrolė ir kt. Sunku atitikti aukštus lengvojo svorio patikimumo reikalavimus. lydinio komponentų, ir yra didelis atotrūkis nuo tarptautinio lygio.