Derin Penetrasyon Lazer Kaynağı Nedir?

Giriş:

Derin nüfuziyetli lazer kaynağını duydunuz mu? Derin Nüfuziyetli Lazer Kaynağı gelişmiş bir kaynak tekniğidir. Derin Nüfuziyetli Lazer Kaynağı (DPLW), tipik olarak metaller olmak üzere çeşitli malzemelerde derin ve dar kaynak dikişleri oluşturmak için yüksek enerjili bir lazer ışını kullanır. Bu yazıda, nasıl çalıştığını ve artılarını ve eksilerini inceleyeceğiz.

Lazer Kaynak Prensibi

Sürekli veya darbeli lazer ışınları lazer kaynağı sağlayabilir. Lazer kaynağının prensibi, ısı iletim kaynağı ve lazer derin penetrasyon kaynağı olarak ikiye ayrılabilir.

  • Güç yoğunluğu 104~105 W/cm2'den az olduğunda, ısı iletim kaynağıdır. Şu anda, nüfuz derinliği sığdır ve kaynak hızı yavaştır;
  • Güç yoğunluğu 105~107 W/cm2'den büyük olduğunda, metal yüzey ısıtılarak "oyuklara" gömülür ve derin nüfuziyet kaynağı oluşturur. Hızlı kaynak hızı ve büyük bir en-boy oranı özelliklerine sahiptir.

Isı iletimli lazer kaynağının prensibi, lazer radyasyonunun işlenecek yüzeyi ısıtmasıdır. Ve yüzey ısısı, ısı iletimi yoluyla içeriye yayılır. Lazer darbe genişliği, enerji, tepe gücü ve tekrarlama frekansı gibi lazer parametrelerini kontrol ederek, iş parçası belirli bir erimiş havuz oluşturmak için eritilir. Dişli ve metalurjik ince levha kaynağı için kullanılan lazer kaynak makinesi esas olarak derin penetrasyonlu lazer kaynağını içerir.

Aşağıda derin nüfuziyetli lazer kaynağı prensibine odaklanılmaktadır.

Derin Penetrasyon Lazer Kaynağı Prensibi

Lazer derin nüfuziyet kaynağı, malzemelerin bağlantısını tamamlamak için genellikle sürekli lazer ışınları kullanır. Metalürjik fiziksel süreci elektron ışını kaynağına çok benzer. Enerji dönüşüm mekanizması "anahtar deliği" yapısı aracılığıyla tamamlanır. Yeterince yüksek güç yoğunluklu lazer ışınımı altında, malzeme buharlaşır ve küçük gözenekler oluşturur. Buharla dolu bu küçük delik, gelen ışının neredeyse tüm enerjisini emen bir kara cisim gibidir. Boşluktaki denge sıcaklığı yaklaşık 2500°C'ye ulaşır. Isı, boşluğu çevreleyen metali eritmek için yüksek sıcaklıktaki boşluğun dış duvarından iletilir.

Küçük delik, ışının ışınlaması altında duvar malzemesinin sürekli buharlaşmasıyla oluşan yüksek sıcaklıktaki buharla doldurulur. Küçük deliğin duvarları erimiş metal ile çevrilidir. Sıvı metal katı malzemelerle çevrilidir (çoğu geleneksel kaynak işleminde ve lazer iletim kaynağında, enerji önce iş parçasının yüzeyinde biriktirilir ve daha sonra iletim yoluyla iç kısma taşınır).

Gözenek duvarının dışındaki sıvı akışı ve duvar katmanının yüzey gerilimi, gözenek boşluğunda sürekli olarak üretilen buhar basıncı ile dinamik bir denge sağlar. Işın sürekli olarak küçük deliğe girer ve malzeme küçük delikten akar. Işın hareket ettikçe, küçük delik her zaman kararlı bir akış durumundadır. Yani, küçük delik ve deliği çevreleyen erimiş metal, önde giden ışının ileri hızıyla ilerleyecek ve erimiş metal küçük delik tarafından bırakılan boşluğu dolduracak ve buna göre yoğunlaşacak, böylece kaynak oluşacaktır.

Derin Penetrasyon Lazer Kaynağının Özellikleri

1) Yüksek en-boy oranı

Erimiş metal, sıcak buharın silindirik boşluğu etrafında oluşup iş parçasına doğru uzandıkça kaynak derinleşir ve daralır.

2) Minimum ısı girişi

Küçük delikteki sıcaklık çok yüksek olduğundan, eritme işlemi son derece hızlı gerçekleşir, iş parçasına ısı girişi çok düşüktür ve termal deformasyon ve ısıdan etkilenen bölge küçüktür.

3) Yüksek yoğunluk

Çünkü yüksek sıcaklıktaki buharla dolu küçük gözenekler, kaynak havuzunun çalkalanmasına ve gaz kaçışına elverişlidir, bu da gözeneksiz bir penetrasyon kaynağı ile sonuçlanır. Kaynak sonrası yüksek soğutma hızı, kaynak yapısını kolayca daha ince hale getirebilir.

4) Güçlü kaynaklar

Alevli ısı kaynağı ve metalik olmayan bileşenlerin yeterli emilimi nedeniyle, kirlilik içeriği azalır ve erimiş havuzdaki inklüzyonların boyutu ve dağılımı değişir. Kaynak işlemi elektrot veya dolgu teli gerektirmez ve erime bölgesi daha az kirlenir, böylece kaynağın mukavemeti ve tokluğu en azından ana metalinkine eşit veya hatta daha yüksek olur.

5) Hassas kontrol

Odaklanan ışık noktası küçük olduğundan, kaynak dikişi yüksek hassasiyetle konumlandırılabilir. Lazer çıkışının "ataleti" yoktur, yüksek hızda durdurulabilir ve yeniden başlatılabilir. Karmaşık iş parçası, sayısal kontrol ışın hareketi teknolojisi ile kaynaklanabilir.

6) Temassız atmosferik kaynak işlemi

Enerji foton ışınından gelir, iş parçası ile fiziksel temas yoktur. Dolayısıyla iş parçasına herhangi bir dış kuvvet uygulanmaz. Ayrıca manyetizma ve hava lazer ışığını etkilemez.

Derin Penetrasyon Lazer Kaynağının Avantaj ve Dezavantajları

Avantajlar

1) Odaklanmış lazer, geleneksel yöntemlerden çok daha yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir. Bu nedenle kaynak hızı hızlıdır ve ısıdan etkilenen bölge ve deformasyon küçüktür. Titanyum gibi kaynaklanması zor malzemeler de kaynaklanabilir.
2) Işık demetinin iletilmesi ve kontrolü kolaydır, torç ve nozulu sık sık değiştirmeye gerek yoktur. Elektron ışını kaynağı için vakum gerekmez. Bu, yardımcı duruş süresini önemli ölçüde azaltır. Dolayısıyla yük faktörü ve üretim verimliliği yüksektir.
3) Arıtma etkisi ve yüksek soğutma hızı nedeniyle kaynak mukavemeti, tokluk ve kapsamlı performans yüksektir.
4) Düşük ortalama ısı girişi ve yüksek işleme hassasiyeti nedeniyle, yeniden işleme maliyeti azaltılabilir; ayrıca, lazer kaynağının işletme maliyeti de düşüktür, bu da iş parçası işleme maliyetini azaltabilir.
5) Işın yoğunluğunu ve ince konumlandırmayı etkili bir şekilde kontrol edebilir, bu da otomatik çalışmayı gerçekleştirmeyi kolaylaştırır.

Dezavantajlar

1) Kaynak derinliği sınırlıdır.
2) İş parçasının montaj gereksinimleri yüksektir.
3) Lazer sistemine yapılan tek seferlik yatırım nispeten yüksektir.

ما هو اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق؟

مقدمة:

هل سمعت عن اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق؟ اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق هو تقنية لحام متقدمة. يستخدم اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق (DPLW) شعاع ليزر عالي الطاقة لإنشاء طبقات لحام عميقة وضيقة في مواد مختلفة، عادةً المعادن. وفي هذه التدوينة سنتعرف على آلية عملها وإيجابياتها وسلبياتها.

مبدأ اللحام بالليزر

يمكن لأشعة الليزر المستمرة أو النبضية تحقيق اللحام بالليزر. يمكن تقسيم مبدأ اللحام بالليزر إلى لحام التوصيل الحراري واللحام بالليزر العميق.

- عندما تكون كثافة الطاقة أقل من 104 ~ 105 واط / سم 2، فهو لحام بالتوصيل الحراري. في هذا الوقت، عمق الاختراق ضحل، وسرعة اللحام بطيئة؛
- عندما تكون كثافة الطاقة أكبر من 105~107 واط/سم2، يتم غمر السطح المعدني في "تجاويف" عن طريق التسخين، مما يشكل لحام اختراق عميق. تتميز بخصائص سرعة اللحام السريعة ونسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة.

مبدأ اللحام بالليزر بالتوصيل الحراري هو أن إشعاع الليزر يسخن السطح المراد معالجته. وتنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري. من خلال التحكم في معلمات الليزر مثل عرض نبضة الليزر والطاقة وذروة الطاقة وتردد التكرار، يتم صهر قطعة العمل لتكوين بركة منصهرة محددة. آلة اللحام بالليزر المستخدمة في لحام الصفائح المعدنية والتروس الرقيقة تتضمن بشكل أساسي اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق.

يركز ما يلي على مبدأ اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق.

مبدأ اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق

يستخدم اللحام ذو الاختراق العميق بالليزر بشكل عام أشعة ليزر مستمرة لإكمال توصيل المواد. تشبه عمليتها الفيزيائية المعدنية إلى حد كبير لحام شعاع الإلكترون. تكتمل آلية تحويل الطاقة من خلال هيكل "ثقب المفتاح". تحت إشعاع ليزر عالي الكثافة بما فيه الكفاية، تتبخر المادة وتشكل مسام صغيرة. يشبه هذا الثقب الصغير المليء بالبخار جسمًا أسود، يمتص تقريبًا كل طاقة الشعاع الساقط. تصل درجة حرارة التوازن في التجويف إلى حوالي 2500 درجة مئوية. تنتقل الحرارة من الجدار الخارجي للتجويف ذو درجة الحرارة المرتفعة لإذابة المعدن المحيط بالتجويف.

يتم ملء الثقب الصغير بالبخار ذي درجة الحرارة العالية الناتج عن التبخر المستمر لمواد الجدار تحت إشعاع الحزمة. جدران الحفرة الصغيرة محاطة بالمعدن المنصهر. يحاط المعدن السائل بمواد صلبة (بينما في معظم عمليات اللحام التقليدية واللحام بالتوصيل بالليزر، يتم ترسيب الطاقة أولاً على سطح قطعة العمل ثم يتم نقلها إلى الداخل عن طريق النقل).

يحافظ تدفق السائل خارج جدار المسام والتوتر السطحي لطبقة الجدار على توازن ديناميكي مع ضغط البخار المتولد بشكل مستمر في تجويف المسام. يدخل الشعاع بشكل مستمر إلى الثقب الصغير، وتتدفق المواد من الثقب الصغير. عندما يتحرك الشعاع، يكون الثقب الصغير دائمًا في حالة تدفق مستقرة. وهذا يعني أن الثقب الصغير والمعدن المنصهر المحيط بالثقب سوف يتحركان للأمام بالسرعة الأمامية للشعاع الأمامي، ويملأ المعدن المنصهر الفجوة التي خلفها الثقب الصغير ويتكثف وفقًا لذلك بحيث يتم تشكيل اللحام.

مميزات اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق

1) نسبة العرض إلى الارتفاع عالية

عندما يتشكل المعدن المنصهر حول التجويف الأسطواني للبخار الساخن ويمتد نحو قطعة العمل، يصبح اللحام عميقًا وضيقًا.

2) الحد الأدنى من مدخلات الحرارة

نظرًا لأن درجة الحرارة في الثقب الصغير مرتفعة جدًا، فإن عملية الذوبان تحدث بسرعة كبيرة، ويكون إدخال الحرارة إلى قطعة العمل منخفضًا جدًا، ويكون التشوه الحراري والمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرًا.

3) كثافة عالية

لأن المسام الصغيرة المملوءة بالبخار ذو درجة الحرارة العالية تساعد على تحريك حوض اللحام وهروب الغاز، مما يؤدي إلى اختراق اللحام بدون مسام. يمكن لمعدل التبريد العالي بعد اللحام أن يجعل هيكل اللحام أكثر دقة.

4) اللحامات القوية

بسبب مصدر الحرارة المشتعل والامتصاص الكافي للمكونات غير المعدنية، يتم تقليل محتوى الشوائب، ويتغير حجم الشوائب وتوزيعها في البركة المنصهرة. لا تتطلب عملية اللحام أقطابًا كهربائية أو أسلاك حشو، وتكون منطقة الصهر أقل تلوثًا بحيث تكون قوة ومتانة اللحام مساوية على الأقل أو حتى أعلى من قوة المعدن الأصلي.

5) التحكم الدقيق

نظرًا لأن نقطة الضوء المركزة صغيرة، فيمكن وضع خط اللحام بدقة عالية. لا يحتوي خرج الليزر على "قصور ذاتي"، ويمكن إيقافه وإعادة تشغيله بسرعة عالية. يمكن لحام قطعة العمل المعقدة باستخدام تقنية حركة شعاع التحكم العددي.

6) عملية اللحام الجوي غير الملامس

تأتي الطاقة من شعاع الفوتون، ولا يوجد أي اتصال جسدي مع قطعة العمل. لذلك لا يتم تطبيق أي قوة خارجية على قطعة العمل. بالإضافة إلى ذلك، لا تؤثر المغناطيسية والهواء على ضوء الليزر.

مزايا وعيوب اللحام بالليزر ذو الاختراق العميق
مزايا

1) يتمتع الليزر المركز بكثافة طاقة أعلى بكثير من الطرق التقليدية. وبالتالي فإن سرعة اللحام تكون سريعة، والمنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه تكون صغيرة. ويمكن أيضًا لحام المواد التي يصعب لحامها مثل التيتانيوم.
2) من السهل نقل شعاع الضوء والتحكم فيه، وليست هناك حاجة لاستبدال الشعلة والفوهة بشكل متكرر. لا يوجد فراغ مطلوب للحام شعاع الإلكترون. وهذا يقلل بشكل كبير من وقت التوقف المساعد. وبالتالي فإن عامل الحمولة وكفاءة الإنتاج عالية.
3) قوة اللحام، والمتانة، والأداء الشامل عالية بسبب تأثير التنقية ومعدل التبريد العالي.
4) بسبب انخفاض متوسط الحرارة المدخلة ودقة المعالجة العالية، يمكن تقليل تكلفة إعادة المعالجة؛ وبالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة تشغيل اللحام بالليزر منخفضة أيضًا، مما يمكن أن يقلل من تكلفة معالجة قطع العمل.
5) يمكنه التحكم بشكل فعال في شدة الشعاع وتحديد الموقع الدقيق، مما يجعل من السهل تحقيق التشغيل التلقائي.

سلبيات

1) عمق اللحام محدود.
2) متطلبات تجميع قطعة العمل عالية.
3) الاستثمار لمرة واحدة في نظام الليزر مرتفع نسبيًا.