Vad är lasersvetsning? Vad är den nuvarande utvecklingen av lasersvetsningsteknik? I vilka fält kan lasersvetsningsteknik tillämpas?
1. Vad är lasersvetsning?
Kort sagt, lasersvetsning är att värma ytan på arbetsstycket med laserstrålning, och ytvärmen diffunderar på insidan genom värmeledning. Sedan, genom att styra laserpulsen, smältes arbetsstycket smälts för att bilda en specifik smält pool, och därigenom uppnå svetsning.
Lasersvetsning kan minska ingångsvärmen till den minsta erforderliga mängden, det metallografiska förändringsområdet för den värmepåverkade zonen är liten, och deformationen orsakad av värmeledning är också minimal.
Icke-kontakt svetsning kan minska maskinens slitage och deformation till ett minimum. Laserstrålen är lätt att fokusera, anpassa och guida efter optiska instrument. Det kan placeras på ett lämpligt avstånd från arbetsstycket och kan styras mellan maskinerna eller hinder runt arbetsstycket.
Laserstrålen kan fokuseras på ett mycket litet område, kan svetsa små och nära åtskilda delar, kan svetsa ett brett utbud av material och kan också gå med i olika heterogena material.
Det är lätt att utföra höghastighetssvetsning med automatisering och kan också styras digitalt eller med dator. Vid svetsning av tunna material eller tunna diameter ledningar finns det inga problem som omremling.
2. Vad är den nuvarande statusen för lasersvetsningsteknologi?
Lasersvetsningsteknik har utvecklats tillsammans med utvecklingen av laserteknik. Under de senaste åren har nya ljuskällor såsom blå laser, grön laser, femtosekund laser, svängsvetsning, arm (justerbar ringmod) ringsvetsning och andra nya processer introducerats, som har innovativt löst vissa svetsproblem i industriell produktion, vilket har gjort det möjligt att snabbt präglas och utvecklas inom olika områden.
(1) Metalllasersvetsningsteknik
Laserens höga energitäthet gör det möjligt att svetsa några svetsande metallmaterial, men det finns fortfarande några problem med svetsningen av mycket reflekterande material och olika metallmaterial som guld, silver, koppar och aluminium. De främsta orsakerna inkluderar:
①hög reflektivitet och hög värmeledningsförmåga, lasersvetsning kräver en högre startkraft;
② Under högeffekt lasersvetsning är den känslig för förändringar i materialets yttillstånd, vilket resulterar i dålig lödfog/svetsbildning;
③ Lasersvetshastigheten är snabb, vilket resulterar i svetsdefekter såsom porer inuti svetsen, särskilt aluminium- och aluminiumlegeringar.
(1.1) Effektiv lasersvetsning av koppar- och kopparlegeringar
Koppar har utmärkt elektrisk och värmeledningsförmåga och används ofta inom tillverkningsfälten för elektroniska produkter och elektriska fordon. Bland dem är motorer, batterier, sensorer, ledningsnät och terminaler de mest använda.
Tidigare förlitade lasersvetsning av metallmaterial huvudsakligen infraröda lasrar. Emellertid är kopparens värmeledningsförmåga för hög, nästan 5 gånger den för rent järn och 1,7 gånger det för rent aluminium. Koppar har en låg absorptionshastighet för infraröda lasrar. Användningen av infraröda lasrar för linjär svetsning ensam har ett instabilt processfönster och den största fluktuationen i smältdjup, vilket är benäget för problem som svetssprut, smält metallstänk, porer och stora fluktuationer i penetrationsdjupet.
Därför, efter uppkomsten av lasrar med hög effekt med kort våglängd, har synlig ljuslasersvetsning och hybridsvetsning blivit idealiska bearbetningsmetoder för mycket reflekterande material såsom koppar- och kopparlegeringar.
①Gen Light Laser Welding
Grön laser är ett slags synligt ljus med en våglängd av 500-560 nm. Absorptionshastigheten för koppar för grönt ljus med en våglängd av λ=515 nm är så hög som 40%, vilket är ungefär 8 gånger den infraröda ljusabsorptionshastigheten på cirka 1 um, och energikopplingseffektiviteten är högre. Känsligheten för graden av oxidation reduceras också.
Användningen av grön laser kan minska tröskelkraften för kopparens djupa penetrationssvetsning avsevärt, mängden smältspray och sprut på svetsytan är liten, och den påverkas nästan inte av svetshastigheten. Om strålskanningen, stråldefokuset och korrekt laserkraftsmodulering ökas kan svetskvaliteten förbättras avsevärt. Medan antalet svetsfel reduceras kraftigt, kommer svetsytan att vara mer regelbunden och enhetlig.
②blue lätt lasersvetsning
Ju kortare våglängden, desto högre är fotonenergin, vilket hjälper till att öka materialets absorptionshastighet för laserljus. Våglängden för blå laser är 400 nm ~ 500n. Halvledarlaseren baserad på galliumnitridmaterial kan direkt generera laser med en våglängd av 450 nm utan ytterligare frekvensfördubbling. Det har fördelarna med enkel struktur, enkel användning, elektrooptisk omvandlingseffektivitet och hög absorptionshastighet.
Jämfört med fiberlasrar som vanligtvis används i industriell bearbetning har blå ljuslasrar en {{0}}% ökning i absorptionshastigheten för metallmaterial vid 450 nm, särskilt ökningen av absorptionshastigheten för mycket reflekterande metallmaterial såsom koppar och guld. Det har verifierats att den energiförbrukning som krävs för kopparsvetsning är 84% lägre än för infraröda lasrar. Detta innebär att när en infraröd laser kräver 10 W laserkraft för att svetsa kopparmaterial kräver en blå laser bara cirka 1 kW eller 0,5 kW kraft.
③double balkhybridsvetsning
Med hjälp av den infraröda synliga ljusstrålens sammansatta svetsprocess med en mindre kraftsynlig laser kan den infraröda lasern uppnå tvångsspenetreringssvetsning av koppar när kraften är lägre än den djupa penetreringssvetsningens tröskelkraft och avsevärt minska svetsningsspatten och utrustningen är låg. Svetskvaliteten är hög och anses ha mycket enastående fördelar och goda applikationsutsikter.
(1.2) Lasersvetssvetsning av aluminiumlegeringar
När konventionella laserstrålar med en enda fokus används för att svetsa aluminiumlegeringar är porerna vanliga defekter. De viktigaste orsakerna till bildandet av porerna i aluminiumlegeringar är:
① Svetsmolten pool och nyckelhål är benägna att kollapsa och instabilitet på grund av allvarlig vibration, bilda porer;
② Lösligheten för väte i aluminiumlegeringar kommer att sjunka kraftigt med minskningen av temperaturen, vilket resulterar i utfällning av övermättat väte under stelning och bildning av vätorer. Närvaron av porer kommer att orsaka spänningskoncentration i svetsen, vilket gör att svetsen spricker under stelning.
Lasersvängsvetsning. Under svetsprocessen rör sig strålen längs svetsens riktning och svänger i olika former såsom cirkulär, 8- formade och spirallinjer samtidigt.
För närvarande uppnås förverkligandet av strålsvängningen huvudsakligen av en galvanometer som tål högeffekt. Stråleanvändningsområdet för lasersvetssvetsning ökas, vilket ökar nyckelhålets yta och den smälta poolen och storleken på roten på den smälta poolen, förbättrar stabiliteten hos nyckelhålet och den smälta poolen och har en betydande förbättringseffekt på defekter som dålig fusion och underklippning. Samtidigt accelererar omrörningen av den smälta poolen av den svängande ljusstrålen konvektionen av den smälta poolen, vilket ökar flykthastigheten för bubblor i den smälta poolen och minskar porositeten.
3. Aktuell tillämpning av lasersvetsningsteknik inom olika områden
Lasersvetsning är senast skärning. För närvarande finns det företag i mitt land som är specialiserade på lasersvetsning. Under de första dagarna var LAMP-pumpad laser- och YAG-lasersvetsning de viktigaste metoderna. De är alla mycket traditionella lågeffekt lasersvetsning, som har applicerats i formar, reklamkaraktärer, glas, smycken och andra fält, men skalan är mycket begränsad. Under de senaste åren, med kontinuerlig förbättring av laserkraft, har ännu viktigare, halvledarlasrar och fiberlasrar gradvis utvecklat lasersvetsningsscenarier, bryter den tekniska flaskhalsen för lasersvetsning och öppnat nya marknadsutrymmen.
(1) Tillämpning av lasersvetsningsteknik vid biltillverkning
Med utvecklingen av vetenskap och teknik och förbättring av människors konsumtionsnivå och livskvalitet blir kraven för lätt och konstnärlig estetik hos bilorganen inom bilproduktionsområdet högre och högre. Lasersvetsningsteknik sticker ut på grund av dess utmärkta bearbetningseffekt, god produktkvalitet och hög arbetseffektivitet och blir snabbt älsklingen för applikationen för svetsningsprocesser inom bilproduktionsfältet.
Vid fordonsproduktion används lasersvetsningsteknologi huvudsakligen i processer såsom lasersvetsning av tjocka stålplattor, lasersvetsning av bilenheter och delsystemenheter och lasersvetsning av fordonsdelar. Biltillverkare i vissa europeiska och amerikanska länder började tillämpa lasersvetsningsteknologi relativt tidigt och började på 1980 -talet. Audi, Mercedes-Benz, GM och andra välkända bilmärken började introducera lasersvetsningsteknologi i fordonsproduktion och tillverkning vid den tiden, vilket främjade den djupgående applikationen och utvecklingen av lasersvetsningsteknik inom fordonsproduktion och tillverkning.
Lasersvetsning av kraftbatterier bör vara den mest iögonfallande efterfrågan på svetsapplikation under de senaste åren, som har en stor drivkraft för tillverkare av laserutrustning. Den andra bör vara svetsning av bilkroppar och delar. Kina är världens största bilmarknad, med många gamla bilföretag och nya bilföretag som dyker upp kontinuerligt, med nästan 100 bilmärken. De flesta tillverkare använder kilowatt-svetsteknologi eller automatiserad lasersvetsningsproduktionslinjer; Speciellt inom området för kraftbatterier har de ledande nya energibatteriföretagen använt ett stort antal lasersvetsutrustning.
4. Vad är utvecklingstrenden för lasersvetsningsteknik?
Med vidareutveckling och genombrott av svetsteknik är dess unika tydligare i forsknings- och utvecklingsprocessen för lasersvetsningsteknik. Lasersvetsningsteknik kan svetsa metallmaterial snabbt och effektivt. När laserstrålen genereras, på grund av sina egna höga fokuseringsegenskaper, kan det orsaka extremt hög effektdensitet i laserstrålen, vilket gör det möjligt för laserstrålen att frigöra en stor mängd värmeenergi på mycket kort tid, och därmed förbättra svetseffektiviteten och säkerställa att svetskvaliteten.
På grund av den omedelbara svetsfördelen med lasersvetsningsteknik har den dessutom en mycket bred applikationsperspektiv. Vid den faktiska appliceringen av lasersvetsningsteknik, när laserstrålen direkt bestrålar ytan på metallmaterialet, kommer det inte att påverka metallmaterialet utanför bestrålningsområdet, så det orsakar inte betydande skador på ytan på metallmaterialet under svetsprocessen, och efter att svetsprocessen är klar, finns det inget behov av att utföra relaterad ytprocess. Detta gör att lasersvetsningsteknologi är särskilt lämplig för bearbetning av ytorna på olika precisionsdelar, så att svårare svetsoperationer också snabbt kan uppnås.
I de tidigare svetstekniska specifikationerna föreskrivs det vanligtvis att materialkraven för alla svetsmaterial måste vara konsekventa. Med användning av lasersvetsningsteknik finns det inget behov av att ha stora begränsningar för materialet i svetsmaterialet, så till och med svetsmaterial med olika material kan lätt svetsas med lasersvetsningsteknik. Det kan sägas att bildningen och den utbredda tillämpningen av lasersvetsningsteknik effektivt har övervunnit problemen inom traditionell svetsteknik och minskat svårigheten med traditionella svetningsoperationer.
Efter mer än ett halvt sekel av utvecklingen har den tekniska nivån för lasersvetsningsteknik också blivit allt mer perfekt, och den har gradvis använts i stor utsträckning inom fler och fler industrifält.
Inom applikationsfälten inom rymd, elektroniska instrument, maskinstillverkning, stålmetallurgi, biltillverkning, medicinsk utrustning och andra branscher spelar lasersvetsningsteknologi en allt enorm roll. I produktion av fordonsdelar kan till exempel lasersvetsningsteknik användas för att bearbeta och producera de täckande delarna av fordonet, och avancerade länder som USA och Japan har också använt lasersvetsningsteknik för produktion av flygdelar i en ren kväve -miljö.