Πώς λειτουργεί η συγκόλληση με λέιζερ;

Εισαγωγή:

Η συγκόλληση με λέιζερ είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί μια εξαιρετικά εστιασμένη δέσμη φωτεινής ενέργειας, γνωστή ως λέιζερ, για να ενώσει υλικά μεταξύ τους. Λοιπόν, πώς λειτουργεί η συγκόλληση με λέιζερ; Αυτό το άρθρο θα σας δώσει την απάντηση.

Πώς κάνει συγκόλληση με λέιζερ εργασία;

συγκόλληση με λέιζερ από ανοξείδωτο χάλυβα

1. Δημιουργία δέσμης λέιζερ

Η διαδικασία ξεκινά με τη δημιουργία μιας εξαιρετικά συγκεντρωμένης δέσμης συνεκτικού φωτός, συνήθως από έναν συντονιστή λέιζερ. Η δέσμη λέιζερ μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας διαφορετικά λέιζερ, όπως λέιζερ στερεάς κατάστασης, αερίου ή ινών.

2. Εστίαση της δέσμης λέιζερ

Μόλις δημιουργηθεί, η δέσμη λέιζερ κατευθύνεται μέσω μιας σειράς κατόπτρων και φακών για να την εστιάσει σε ένα μικρό, έντονο σημείο. Αυτή η εστίαση είναι κρίσιμη. Αυξάνει την ενεργειακή πυκνότητα της δέσμης λέιζερ, επιτρέποντάς της να λιώσει ή να εξατμίσει το υλικό με το οποίο αλληλεπιδρά.

3. Προετοιμασία Υλικού

Πριν από τη συγκόλληση, τα υλικά που πρόκειται να ενωθούν προετοιμάζονται καθαρίζοντας και τοποθετώντας τα σωστά. Η προετοιμασία της επιφάνειας είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση της σωστής συγκόλλησης και της ποιότητας της συγκόλλησης.

4. Διαδικασία συγκόλλησης

Η εστιασμένη δέσμη λέιζερ κατευθύνεται στην ένωση μεταξύ των προς συγκόλληση υλικών. Όταν η έντονη δέσμη χτυπά την επιφάνεια, θερμαίνει γρήγορα, λιώνει ή εξατμίζει το υλικό. Η θερμότητα που παράγεται είναι εντοπισμένη, ελαχιστοποιώντας τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα του περιβάλλοντος υλικού (HAZ).

5. Συνένωση Υλικών

Καθώς το υλικό λιώνει ή εξατμίζεται, σχηματίζει μια λιωμένη δεξαμενή στη διεπιφάνεια της άρθρωσης. Το λιωμένο υλικό ψύχεται και στερεοποιείται, δημιουργώντας έναν δεσμό σύντηξης μεταξύ των υλικών. Η δέσμη λέιζερ μετακινείται κατά μήκος της άρθρωσης για να συγκολληθεί σε όλο το μήκος.

6. Έλεγχος και Παρακολούθηση

Οι διαδικασίες συγκόλλησης με λέιζερ συχνά ενσωματώνουν αισθητήρες και συστήματα παρακολούθησης για τον έλεγχο των παραμέτρων ισχύος, εστίασης δέσμης και ταχύτητας. Αυτό διασφαλίζει τον ακριβή έλεγχο της διαδικασίας συγκόλλησης και βοηθά στη διατήρηση σταθερής ποιότητας.

Σημαντικές παράμετροι συγκόλλησης με λέιζερ

1. Πυκνότητα ισχύος

παράμετρος συστήματος συγκόλλησης χειρός

Η πυκνότητα ισχύος είναι μια από τις πιο κρίσιμες παραμέτρους στην επεξεργασία λέιζερ. Χρησιμοποιώντας υψηλότερη πυκνότητα ισχύος, το επιφανειακό στρώμα μπορεί να θερμανθεί μέχρι το σημείο βρασμού μέσα σε ένα μικροδευτερόλεπτο, με αποτέλεσμα την εκτεταμένη εξάτμιση. Επομένως, η υψηλή πυκνότητα ισχύος ωφελεί την επεξεργασία αφαίρεσης υλικού, όπως διάτρηση, κοπή και χάραξη. Για χαμηλότερες πυκνότητες ισχύος, χρειάζονται αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου για να φτάσει η θερμοκρασία της επιφάνειας στο σημείο βρασμού. Πριν εξατμιστεί το επιφανειακό στρώμα, το κάτω στρώμα φτάσει στο σημείο τήξης, σχηματίζοντας εύκολα μια καλή λιωμένη συγκόλληση.

2. Κυματομορφή παλμού λέιζερ

Όταν μια δέσμη λέιζερ υψηλής έντασης χτυπήσει την επιφάνεια ενός υλικού, 60 έως 981 TP3T της ενέργειας λέιζερ θα αντανακλώνται και θα χαθούν στη μεταλλική επιφάνεια. Αυτά περιλαμβάνουν χρυσό, ασήμι, χαλκό, αλουμίνιο, τιτάνιο και άλλα υλικά με ισχυρή ανάκλαση και γρήγορη μεταφορά θερμότητας. Κατά τη διάρκεια ενός σήματος παλμού λέιζερ, η ανακλαστικότητα του μετάλλου αλλάζει με το χρόνο. Η ανακλαστικότητα θα μειωθεί γρήγορα όταν η θερμοκρασία της επιφάνειας του υλικού ανέλθει στο σημείο τήξης. Όταν η επιφάνεια είναι λιωμένη, η ανάκλαση σταθεροποιείται σε μια ορισμένη τιμή.

3. Πλάτος παλμού λέιζερ

Το πλάτος παλμού είναι μια βασική παράμετρος για τη συγκόλληση με παλμικό λέιζερ. Το βάθος διείσδυσης και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα καθορίζουν το πλάτος του παλμού. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του παλμού, τόσο μεγαλύτερη είναι η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Το βάθος διείσδυσης αυξάνεται με το 1/2 της ισχύος του πλάτους του παλμού. Ωστόσο, η αύξηση του πλάτους του παλμού θα μειώσει την ισχύ αιχμής. Επομένως, η αύξηση του πλάτους του παλμού χρησιμοποιείται γενικά για συγκόλληση θερμικής αγωγιμότητας. Το μέγεθος συγκόλλησης που σχηματίζεται είναι φαρδύ και ρηχό, το οποίο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για συγκόλληση λεπτών και παχιών πλακών.
Ωστόσο, η χαμηλότερη μέγιστη ισχύς οδηγεί σε υπερβολική εισροή θερμότητας. Κάθε υλικό έχει ένα βέλτιστο πλάτος παλμού που μεγιστοποιεί τη διείσδυση.

4. Αποεστίαση ποσότητας

Η συγκόλληση με λέιζερ συνήθως απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα αποεστίασης. Αυτό συμβαίνει επειδή η πυκνότητα ισχύος στο κέντρο του σημείου στην εστίαση του λέιζερ είναι πολύ υψηλή και μπορεί εύκολα να εξατμιστεί σε τρύπες. Η κατανομή της πυκνότητας ισχύος είναι σχετικά ομοιόμορφη σε κάθε επίπεδο μακριά από την εστία του λέιζερ.

5. Ταχύτητα συγκόλλησης

φορητή μηχανή συγκόλλησης λέιζερ

Η ταχύτητα συγκόλλησης έχει μεγάλη επίδραση στο βάθος διείσδυσης. Η αύξηση της ταχύτητας θα κάνει τη διείσδυση πιο ρηχή. Ωστόσο, μια πολύ χαμηλή ταχύτητα θα προκαλέσει υπερβολική τήξη και συγκόλληση υλικού μέσω του τεμαχίου εργασίας. Επομένως, υπάρχει ένα κατάλληλο εύρος ταχύτητας συγκόλλησης για ένα συγκεκριμένο υλικό με συγκεκριμένη ισχύ λέιζερ και ορισμένο πάχος και η μέγιστη διείσδυση μπορεί να επιτευχθεί στην αντίστοιχη τιμή ταχύτητας.

6. Προστατευτικό αέριο

Συχνά χρησιμοποιούνται αδρανή αέρια για την προστασία της λιωμένης δεξαμενής κατά τη συγκόλληση με λέιζερ. Ήλιο, αργό, άζωτο και άλλα αέρια χρησιμοποιούνται συχνά για προστασία στις περισσότερες εφαρμογές. Η δεύτερη λειτουργία του προστατευτικού αερίου είναι η προστασία του φακού εστίασης από μόλυνση μεταλλικών ατμών και εκτόξευση σταγονιδίων υγρού. Κατά τη συγκόλληση με λέιζερ υψηλής ισχύος, το σπρέι είναι πολύ ισχυρό και είναι απαραίτητο για την προστασία του φακού. Η τρίτη λειτουργία του προστατευτικού αερίου είναι να διαλύει αποτελεσματικά την ασπίδα πλάσματος που παράγεται από τη συγκόλληση με λέιζερ υψηλής ισχύος. Ο μεταλλικός ατμός απορροφά την ακτίνα λέιζερ και την ιονίζει σε πλάσμα. Εάν υπάρχει πάρα πολύ πλάσμα, το πλάσμα θα καταναλώσει την ακτίνα λέιζερ σε κάποιο βαθμό.

7. Ψύξη και μετα-επεξεργασία

Μετά τη συγκόλληση, ο συγκολλημένος σύνδεσμος μπορεί να υποβληθεί σε ψύξη για να στερεοποιηθεί πλήρως η συγκόλληση. Ανάλογα με την εφαρμογή, ενδέχεται να απαιτηθούν πρόσθετα βήματα μετά την επεξεργασία, όπως λείανση ή στίλβωση, για να επιτευχθεί το επιθυμητό φινίρισμα επιφάνειας και η ακεραιότητα της συγκόλλησης.

Πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ

Η συγκόλληση με λέιζερ προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους συγκόλλησης. Αυτά περιλαμβάνουν υψηλή ακρίβεια, γρήγορες ταχύτητες επεξεργασίας, ελάχιστη παραμόρφωση και τη δυνατότητα συγκόλλησης διαφόρων υλικών. Αυτά τα χαρακτηριστικά το καθιστούν μια προτιμώμενη επιλογή σε πολλαπλούς κλάδους, συμπεριλαμβανομένης της αυτοκινητοβιομηχανίας, της αεροδιαστημικής, των ηλεκτρονικών και της κατασκευής ιατρικών συσκευών.

Η συγκόλληση με λέιζερ μπορεί να αποκτήσει αντοχή αρμού υψηλής ποιότητας και μεγάλο λόγο διαστάσεων και η ταχύτητα συγκόλλησης είναι σχετικά γρήγορη.

Δεδομένου ότι η συγκόλληση με λέιζερ δεν απαιτεί περιβάλλον κενού, οι φακοί και οι οπτικές ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τηλεχειρισμό και αυτοματοποιημένη παραγωγή.

Η συγκόλληση με λέιζερ έχει μεγάλη πυκνότητα ισχύος, έχει καλή επίδραση συγκόλλησης σε δύσκολα συγκολλητικά υλικά όπως τιτάνιο, χαλαζία κ.λπ. Μπορεί να συγκολλήσει υλικά με διαφορετικές ιδιότητες.

Είναι δυνατή η μικροσυγκόλληση. Αφού εστιαστεί και τοποθετηθεί με ακρίβεια, η ακτίνα λέιζερ μπορεί να αποκτήσει ένα πολύ μικρό σημείο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συγκόλληση συναρμολόγησης μικρο και μικρών τεμαχίων που παράγονται σε μεγάλες ποσότητες για αυτοματοποιημένη παραγωγή.