Асновы лазернай зваркі
Лазерная зварка — гэта бескантактавы працэс, які патрабуе доступу да зоны зваркі з аднаго боку зварваемых дэталяў.
• Зварны шов утвараецца, калі інтэнсіўнае лазернае святло хутка награвае матэрыял — звычайна гэта вылічваецца ў мілісекундах.
• Звычайна існуе 3 тыпы зварных швоў:
– Рэжым праводнасці.
– Рэжым праводнасці/пранікнення.
– Рэжым пранікнення або замочнай свідравіны.
• Зварка кандукцыйнасцю выконваецца пры нізкай шчыльнасці энергіі, утвараючы неглыбокі і шырокі зварны кавалак.
• Рэжым праводнасці/пранікнення ўзнікае пры сярэдняй шчыльнасці энергіі і дэманструе большае пранікненне, чым рэжым праводнасці.
• Зварка праварваннем або зварка праз замочную свідравіну характарызуецца глыбокімі вузкімі швамі.
– У гэтым рэжыме лазерны прамень утварае нітку выпаранага матэрыялу, вядомую як «замочная свідравіна», якая праходзіць у матэрыял і забяспечвае канал для эфектыўнай падачы лазернага святла ў матэрыял.
– Гэтая непасрэдная падача энергіі ў матэрыял не залежыць ад цеплаправоднасці для дасягнення пранікнення, і таму мінімізуе нагрэў матэрыялу і памяншае зону цеплавога ўздзеяння.
Электронная зварка
• Злучэнне праводнасцю апісвае сямейства працэсаў, у якіх факусуецца лазерны прамень:
– Каб забяспечыць шчыльнасць магутнасці парадку 10³ Вт/мм⁻²
– Ён сплаўляе матэрыял для стварэння злучэння без значнага выпарэння.
• Зварка кандукцыйнасцю мае 2 рэжымы:
– Прамое награванне
– Перадача энергіі.
Прамое нагрэў
• Падчас прамога нагрэву,
– цеплавы паток кіруецца класічнай цеплаправоднасцю ад павярхоўнай крыніцы цяпла, а зварны шво ўтвараецца шляхам плаўлення частак асноўнага матэрыялу.
• Першыя зварныя швы цеплаправоднасцю былі зроблены ў пачатку 1-х гадоў, выкарыстоўваўся нізкамагутны імпульсны рубін і CO2 лазеры для раздыма правадоў.
• Зварныя швы цеплаправоднасцю можна рабіць з шырокага дыяпазону металаў і сплаваў у выглядзе дроту і тонкіх лістоў у розных канфігурацыях з выкарыстаннем.
- CO2 , Nd:YAG і дыёдныя лазеры з магутнасцю парадку дзясяткаў ват.
– Непасрэдны нагрэў з дапамогай CO2 Лазерны прамень таксама можна выкарыстоўваць для зварных швоў унахлёст і ўстык у палімерных лістах.
Трансмісійная зварка
• Зварка праз прасвечванне — гэта эфектыўны спосаб злучэння палімераў, якія прапускаюць блізкае інфрачырвонае выпраменьванне Nd:YAG і дыёдных лазераў.
• Энергія паглынаецца з дапамогай новых метадаў міжфазнага паглынання.
• Кампазіты можна злучаць пры ўмове, што цеплавыя ўласцівасці матрыцы і арматуры падобныя.
• Рэжым перадачы энергіі пры зварцы цеплаправоднасцю выкарыстоўваецца з матэрыяламі, якія прапускаюць блізкае інфрачырвонае выпраменьванне, у прыватнасці, з палімерамі.
• Паглынальныя чарніла наносяцца на мяжу злучэння ўнахлест. Чарніла паглынаюць энергію лазернага прамяня, якая праводзіцца ў абмежаваную таўшчыню навакольнага матэрыялу, утвараючы расплаўленую міжфазную плёнку, якая застывае ў выглядзе зварнога злучэння.
• Злучэнні ўнахлест тоўстым сячэннем можна рабіць без аплаўлення вонкавых паверхняў злучэння.
• Стыковыя зварныя швы можна рабіць, накіроўваючы энергію да лініі стыку пад вуглом праз матэрыял з аднаго боку стыку або з аднаго канца, калі матэрыял мае высокую прапускальную здольнасць.
Лазерная пайка і прыпой
• У працэсах лазернай пайкі і прыпою прамень выкарыстоўваецца для плаўлення напаўняльніка, які змочвае краю злучэння, не плаўляючы асноўны матэрыял.
• Лазерная пайка пачала набіраць папулярнасць у пачатку 1980-х гадоў для злучэння вывадаў электронных кампанентаў праз адтуліны ў друкаваных платах. Параметры працэсу вызначаюцца ўласцівасцямі матэрыялу.
Лазерная зварка пранікальным спосабам
• Пры высокай шчыльнасці магутнасці ўсе матэрыялы будуць выпарацца, калі энергія можа быць паглынута. Такім чынам, пры зварцы такім спосабам адтуліна звычайна ўтвараецца ў выніку выпарэння.
• Затым гэтая «адтуліна» праходзіць праз матэрыял, а расплаўленыя сценкі герметызуюцца за ёй.
• У выніку атрымліваецца тое, што вядома як «зварны шов тыпу замочнай свідравіны». Ён характарызуецца паралельнабаковай зонай сплаўлення і вузкай шырынёй.
Эфектыўнасць лазернай зваркі
• Тэрмін, які вызначае гэтую канцэпцыю эфектыўнасці, вядомы як «эфектыўнасць аб'яднання».
• Эфектыўнасць злучэння не з'яўляецца сапраўднай эфектыўнасцю, бо яна вымяраецца ў адзінках (мм2 злучэння / кДж адведзенай магутнасці).
– ККД = Vt/P (адваротная велічыня ўдзельнай энергіі рэзання), дзе V = хуткасць перамяшчэння, мм/с; t = таўшчыня зварнога шва, мм; P = падаючая магутнасць, кВт.
Эфектыўнасць далучэння
• Чым вышэй значэнне эфектыўнасці злучэння, тым менш энергіі траціцца на непатрэбны нагрэў.
– Ніжняя зона цеплавога ўздзеяння (ЗТВ).
– Меншы ўзровень скажэнняў.
• У гэтым плане найбольш эфектыўная кантактная зварка, паколькі энергія плаўлення і зоны тэрмаапрацоўкі генеруецца толькі на мяжы высокага супраціўлення, якая падлягае зварцы.
• Лазерны і электронны прамень таксама маюць добрую эфектыўнасць і высокую шчыльнасць магутнасці.
Варыяцыі працэсу
• Дугавая лазерная зварка з дапоўненай тэхналогіяй.
– Дуга ад гарэлкі TIG, усталяванай блізка да кропкі ўзаемадзеяння лазернага прамяня, аўтаматычна фіксуецца на гарачай кропцы, якая ствараецца лазерам.
– Для гэтай з'явы неабходная тэмпература прыкладна на 300°C вышэйшая за тэмпературу навакольнага асяроддзя.
– Эфект заключаецца альбо ў стабілізацыі дугі, якая з'яўляецца няўстойлівай з-за хуткасці яе руху, альбо ў зніжэнні супраціву дугі, якая з'яўляецца стабільнай.
– Блакіроўка адбываецца толькі для дуг з нізкім токам і, такім чынам, павольным струменем катода, гэта значыць для токаў менш за 80 А.
– Дуга знаходзіцца з таго ж боку апрацоўванай дэталі, што і лазер, што дазваляе падвоіць хуткасць зваркі пры невялікім павелічэнні капітальных выдаткаў.
• Двухпрамянёвая лазерная зварка
– Калі адначасова выкарыстоўваюцца 2 лазерныя прамяні, ёсць магчымасць кантраляваць геаметрыю зварачнай ванны і форму зварнога шва.
– Выкарыстоўваючы 2 электронныя прамяні, можна было стабілізаваць замочную адтуліну, што прывяло да меншай колькасці хваль на зварачнай ванне і забяспечыла лепшае праварванне і форму шва.
– Эксімер і CO2 Камбінацыя лазернага прамяня паказала палепшаную сувязь для зваркі матэрыялаў з высокай адбівальнай здольнасцю, такіх як алюміній або медзь.
– Паляпшэнне сувязі разглядалася ў асноўным з-за:
• змяненне адбівальнай здольнасці з-за паверхневых хваль, выкліканых эксімерам.
• другасны эфект, які ўзнікае ў выніку сувязі праз плазму, якая генеруецца эксімерам.
