Руководство по основам лазерной сварки

Основы лазерной сварки

Лазерная сварка - это бесконтактный процесс, который требует доступа к зоне сварки с одной стороны свариваемых деталей.

• Сварной шов формируется из-за того, что интенсивный лазерный свет быстро нагревает материал, обычно рассчитывается за миллисекунды.

• Обычно бывает три типа сварных швов:

- Режим проводимости.

- Режим проводимости / проникновения.

- Режим проникновения или замочной скважины.

• Сварка в кондуктивном режиме выполняется при низкой плотности энергии, образуя неглубокий и широкий стержень сварного шва.

• Режим проводимости / проникновения возникает при средней плотности энергии и показывает большее проникновение, чем режим проводимости.

• Сварка с проплавлением или «замочная скважина» характеризуется глубокими узкими сварными швами.

- В этом режиме лазерный свет образует нить испаренного материала, известную как «замочная скважина», которая простирается в материал и обеспечивает проход для лазерного света, который эффективно доставляется в материал.

- Эта прямая доставка энергии в материал не зависит от теплопроводности для достижения проникновения, и, таким образом, сводит к минимуму тепло в материал и уменьшает зону термического влияния.

Электропроводящая сварка

• Соединение проводимости описывает семейство процессов, в которых фокусируется лазерный луч:

- Чтобы обеспечить плотность мощности порядка 10 ³ Вт · мм²

- Он сплавляет материал для создания шва без значительного испарения.

• Электропроводная сварка имеет два режима:

- Прямой нагрев

- Передача энергии.

Прямой нагрев

• При прямом нагреве

- тепловой поток определяется классической теплопроводностью от поверхностного источника тепла, а сварной шов выполняется плавлением частей основного материала.

• Первые токопроводящие сварные швы были выполнены в начале 1960-х с использованием импульсных рубиновых лазеров малой мощности и лазеров CO2 для соединителей проводов.

• Токопроводящие сварные швы могут выполняться с широким спектром металлов и сплавов в виде проволоки и тонких листов в различных конфигурациях с использованием.

- CO2, Nd:YAG и диодные лазеры мощностью порядка десятков ватт.

- Прямой нагрев лучом CO2-лазера также можно использовать для сварки внахлестку и стыковой сварки полимерных листов.

Трансмиссионная сварка

• Просвечивающая сварка - эффективное средство соединения полимеров, пропускающих ближнее инфракрасное излучение Nd:YAG и диодных лазеров.

• Энергия поглощается за счет новых методов межфазного поглощения.

• Композиты можно соединять при условии, что термические свойства матрицы и арматуры схожи.

• Режим передачи энергии при кондукционной сварке используется с материалами, излучающими ближнее инфракрасное излучение, в частности с полимерами.

• Впитывающие чернила помещаются на стыке стыка внахлестку. Чернила поглощают энергию лазерного луча, которая проходит в окружающий материал ограниченной толщины, образуя расплавленную межфазную пленку, которая затвердевает по мере сварного соединения.

• Соединения внахлест толстого сечения могут быть выполнены без плавления внешних поверхностей соединения.

• Стыковые швы можно выполнять, направляя энергию к линии стыка под углом через материал на одной стороне стыка или с одного конца, если материал обладает высокой пропускающей способностью.

Лазерная пайка и пайка

• В процессах лазерной пайки и пайки луч используется для плавления присадки, которая смачивает края стыка без плавления основного материала.

• Лазерная пайка начала набирать популярность в начале 1980-х годов для соединения выводов электронных компонентов через отверстия в печатных платах. Параметры процесса определяются свойствами материала.

Проникающая лазерная сварка

• При высокой плотности мощности все материалы будут испаряться, если энергия может быть поглощена. Таким образом, при такой сварке обычно образуется отверстие за счет испарения.

• Это «отверстие» затем проходит через материал, а расплавленные стенки герметизируются за ним.

• В результате получается так называемый «шов в форме ключа». Он характеризуется параллельной зоной плавления и малой шириной.

Эффективность лазерной сварки

• Термин, определяющий эту концепцию эффективности, известен как «эффективность объединения».

• Эффективность соединения не является истинной эффективностью, поскольку она измеряется в (соединенных мм2 / поставленных кДж).

- КПД =V.t / P (величина, обратная удельной энергии резания), где V =скорость перемещения, мм / с; t =толщина сварного шва, мм; P =падающая мощность, кВт.

Объединение эффективности

• Чем выше значение эффективности соединения, тем меньше энергии расходуется на ненужный обогрев.

- Нижняя зона термического влияния (HAZ).

- Меньше искажений.

• Контактная сварка наиболее эффективна в этом отношении, поскольку энергия плавления и HAZ генерируется только на свариваемой границе с высоким сопротивлением.

• Лазерный и электронный луч также обладают хорошей эффективностью и высокой плотностью мощности.

Варианты процесса

• Лазерная сварка с усилением дуги.

- Дуга от горелки для сварки TIG, установленной рядом с точкой взаимодействия лазерного луча, автоматически захватывает горячую точку, генерируемую лазером.

- Температура, необходимая для этого явления, примерно на 300 ° C выше окружающей температуры.

- Эффект заключается либо в стабилизации дуги, которая нестабильна из-за ее скорости перемещения, либо в уменьшении сопротивления дуги, которая является стабильной.

- Блокировка происходит только для дуг с малым током и, следовательно, с медленной катодной струей; то есть на токи менее 80А.

- Дуга находится на той же стороне заготовки, что и лазер, что позволяет удвоить скорость сварки при небольшом увеличении капитальных затрат.

• Двухлучевая лазерная сварка

- Если два лазерных луча используются одновременно, появляется возможность управлять геометрией сварочной ванны и формой сварного шва.

- Используя два электронных луча, можно стабилизировать замочную скважину, уменьшив волну на сварочной ванне и улучшив проплавление и форму валика.

- Комбинация пучков эксимерного и CO2-лазера показала улучшенное соединение для сварки материалов с высокой отражательной способностью, таких как алюминий или медь.

- Улучшенное сцепление было рассмотрено в основном из-за:

• изменение отражательной способности из-за поверхностной ряби, вызванной эксимером.

• вторичный эффект, возникающий в результате взаимодействия через плазму, генерируемую эксимером.