Εισαγωγή:
Έχετε ακούσει για συγκόλληση με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης; Η συγκόλληση με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης είναι μια προηγμένη τεχνική συγκόλλησης. Η συγκόλληση με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης (DPLW) χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενέργειας για τη δημιουργία βαθιών και στενών ραφών συγκόλλησης σε διάφορα υλικά, συνήθως μέταλλα. Σε αυτήν την ανάρτηση, θα εξετάσουμε πώς λειτουργεί και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του.
Η Αρχή της Συγκόλλησης με Λέιζερ
Συνεχείς ή παλμικές ακτίνες λέιζερ μπορούν να επιτύχουν συγκόλληση με λέιζερ. Η αρχή της συγκόλλησης με λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε συγκόλληση αγωγιμότητας θερμότητας και συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης με λέιζερ.
- Όταν η πυκνότητα ισχύος είναι μικρότερη από 104~105 W/cm2, είναι συγκόλληση αγωγιμότητας θερμότητας. Αυτή τη στιγμή, το βάθος διείσδυσης είναι μικρό και η ταχύτητα συγκόλλησης είναι αργή.
- Όταν η πυκνότητα ισχύος είναι μεγαλύτερη από 105~107 W/cm2, η μεταλλική επιφάνεια βυθίζεται σε «κοιλότητες» με θέρμανση, σχηματίζοντας συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης. Έχει τα χαρακτηριστικά της γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης και του μεγάλου λόγου διαστάσεων.
Η αρχή της συγκόλλησης με λέιζερ αγωγιμότητας θερμότητας είναι ότι η ακτινοβολία λέιζερ θερμαίνει την επιφάνεια που πρόκειται να επεξεργαστεί. Και η θερμότητα της επιφάνειας διαχέεται στο εσωτερικό μέσω της αγωγιμότητας της θερμότητας. Με τον έλεγχο των παραμέτρων λέιζερ όπως το πλάτος του παλμού λέιζερ, η ενέργεια, η μέγιστη ισχύς και η συχνότητα επανάληψης, το τεμάχιο τήκεται για να σχηματιστεί μια συγκεκριμένη δεξαμενή λιωμένου. Η μηχανή συγκόλλησης με λέιζερ που χρησιμοποιείται για συγκόλληση εργαλείων και μεταλλουργικών λεπτών πλακών περιλαμβάνει κυρίως συγκόλληση με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης.
Τα παρακάτω επικεντρώνονται στην αρχή της συγκόλλησης με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης.
Η αρχή της συγκόλλησης με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης
Η συγκόλληση με βαθιά διείσδυση με λέιζερ χρησιμοποιεί γενικά συνεχείς ακτίνες λέιζερ για να ολοκληρώσει τη σύνδεση των υλικών. Η μεταλλουργική του φυσική διαδικασία μοιάζει πολύ με τη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων. Ο μηχανισμός μετατροπής ενέργειας ολοκληρώνεται μέσω της δομής «key-hole». Υπό ακτινοβολία λέιζερ επαρκώς υψηλής πυκνότητας ισχύος, το υλικό εξατμίζεται και σχηματίζει μικρούς πόρους. Αυτή η μικρή τρύπα γεμάτη ατμό είναι σαν ένα μαύρο σώμα, που απορροφά σχεδόν όλη την ενέργεια της προσπίπτουσας δέσμης. Η θερμοκρασία ισορροπίας στην κοιλότητα φτάνει περίπου τους 2500℃. Η θερμότητα μεταδίδεται από το εξωτερικό τοίχωμα της κοιλότητας υψηλής θερμοκρασίας για να λιώσει το μέταλλο που περιβάλλει την κοιλότητα.
Η μικρή τρύπα γεμίζει με ατμό υψηλής θερμοκρασίας που παράγεται από τη συνεχή εξάτμιση του υλικού του τοίχου υπό την ακτινοβολία της δέσμης. Τα τοιχώματα της μικρής τρύπας περιβάλλονται από λιωμένο μέταλλο. Το υγρό μέταλλο περιβάλλεται από στερεά υλικά (ενώ στις περισσότερες συμβατικές διαδικασίες συγκόλλησης και συγκόλλησης αγωγιμότητας με λέιζερ, η ενέργεια εναποτίθεται πρώτα στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας και στη συνέχεια μεταφέρεται στο εσωτερικό με μετάδοση).
Η ροή του υγρού έξω από το τοίχωμα των πόρων και η επιφανειακή τάση του στρώματος τοιχώματος διατηρούν μια δυναμική ισορροπία με τη συνεχώς παραγόμενη πίεση ατμών στην κοιλότητα των πόρων. Η δοκός εισέρχεται συνεχώς στη μικρή τρύπα και το υλικό ρέει από τη μικρή τρύπα. Καθώς η δοκός κινείται, η μικρή οπή βρίσκεται πάντα σε σταθερή κατάσταση ροής. Δηλαδή, η μικρή οπή και το λιωμένο μέταλλο που περιβάλλει την οπή θα κινηθούν προς τα εμπρός με την προς τα εμπρός ταχύτητα της προπορευόμενης δοκού και το λιωμένο μέταλλο γεμίζει το κενό που αφήνει η μικρή οπή και συμπυκνώνεται ανάλογα έτσι ώστε να σχηματιστεί η συγκόλληση.
Χαρακτηριστικά της συγκόλλησης με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης
1) Υψηλός λόγος διαστάσεων
Καθώς το λιωμένο μέταλλο σχηματίζεται γύρω από την κυλινδρική κοιλότητα του θερμού ατμού και εκτείνεται προς το τεμάχιο εργασίας, η συγκόλληση γίνεται βαθιά και στενή.
2) Ελάχιστη εισαγωγή θερμότητας
Επειδή η θερμοκρασία στη μικρή τρύπα είναι πολύ υψηλή, η διαδικασία τήξης πραγματοποιείται εξαιρετικά γρήγορα, η εισροή θερμότητας στο τεμάχιο εργασίας είναι πολύ χαμηλή και η θερμική παραμόρφωση και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι μικρές.
3) Υψηλή πυκνότητα
Επειδή οι μικροί πόροι που είναι γεμάτοι με ατμό υψηλής θερμοκρασίας ευνοούν την ανάδευση της δεξαμενής συγκόλλησης και τη διαφυγή αερίου, με αποτέλεσμα μια συγκόλληση διείσδυσης χωρίς πόρους. Ο υψηλός ρυθμός ψύξης μετά τη συγκόλληση μπορεί εύκολα να κάνει τη δομή συγκόλλησης λεπτότερη.
4) Ισχυρές συγκολλήσεις
Λόγω της φλεγόμενης πηγής θερμότητας και της επαρκής απορρόφησης των μη μεταλλικών συστατικών, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες μειώνεται και το μέγεθος και η κατανομή των εγκλεισμάτων στη λιωμένη δεξαμενή αλλάζουν. Η διαδικασία συγκόλλησης δεν απαιτεί ηλεκτρόδια ή σύρματα πλήρωσης και η ζώνη τήξης είναι λιγότερο μολυσμένη, έτσι ώστε η αντοχή και η σκληρότητα της συγκόλλησης να είναι τουλάχιστον ίση ή και υψηλότερη από αυτή του μητρικού μετάλλου.
5) Ακριβής έλεγχος
Επειδή το εστιασμένο φωτεινό σημείο είναι μικρό, η ραφή συγκόλλησης μπορεί να τοποθετηθεί με υψηλή ακρίβεια. Η έξοδος λέιζερ δεν έχει «αδράνεια», μπορεί να διακοπεί και να επανεκκινηθεί σε υψηλή ταχύτητα. Το σύνθετο τεμάχιο μπορεί να συγκολληθεί με την τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου κίνησης της δέσμης.
6) Διαδικασία ατμοσφαιρικής συγκόλλησης χωρίς επαφή
Η ενέργεια προέρχεται από τη δέσμη φωτονίων, δεν υπάρχει φυσική επαφή με το τεμάχιο εργασίας. Έτσι δεν ασκείται εξωτερική δύναμη στο τεμάχιο εργασίας. Επιπλέον, ο μαγνητισμός και ο αέρας δεν επηρεάζουν το φως λέιζερ.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ βαθιάς διείσδυσης
Φόντα
1) Το εστιασμένο λέιζερ έχει πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος από τις συμβατικές μεθόδους. Έτσι, η ταχύτητα συγκόλλησης είναι γρήγορη και η ζώνη και η παραμόρφωση που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι μικρές. Και δύσκολα στη συγκόλληση υλικά όπως το τιτάνιο μπορούν επίσης να συγκολληθούν.
2) Η δέσμη φωτός είναι εύκολη στη μετάδοση και τον έλεγχο, δεν χρειάζεται να αντικαθιστάτε συχνά τον φακό και το ακροφύσιο. Δεν απαιτείται κενό για τη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων. Αυτό μειώνει σημαντικά τον χρόνο διακοπής λειτουργίας της βοηθητικής συσκευής. Έτσι ο συντελεστής φορτίου και η απόδοση παραγωγής είναι υψηλά.
3) Η αντοχή συγκόλλησης, η σκληρότητα και η συνολική απόδοση είναι υψηλές λόγω του αποτελέσματος καθαρισμού και του υψηλού ρυθμού ψύξης.
4) Λόγω της χαμηλής μέσης εισόδου θερμότητας και της υψηλής ακρίβειας κατεργασίας, το κόστος επανεπεξεργασίας μπορεί να μειωθεί. Επιπλέον, το λειτουργικό κόστος της συγκόλλησης με λέιζερ είναι επίσης χαμηλό, γεγονός που μπορεί να μειώσει το κόστος επεξεργασίας του τεμαχίου εργασίας.
5) Μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την ένταση της δέσμης και τη λεπτή θέση, καθιστώντας εύκολη την αυτόματη λειτουργία.
Μειονεκτήματα
1) Το βάθος συγκόλλησης είναι περιορισμένο.
2) Οι απαιτήσεις συναρμολόγησης του τεμαχίου εργασίας είναι υψηλές.
3) Η εφάπαξ επένδυση στο σύστημα λέιζερ είναι σχετικά υψηλή.