Mehānisms un vadības tehnoloģija Lāzermetināšanas princips un īpašības

Mūsdienu piegādes līdzekļu attīstības tendence un īpašības ir ātrgaitas darbība un viegla konstrukcija. Tā rezultātā ir izvirzītas augstākas prasības tā galveno konstrukciju ražošanai, piemēram, viegla, monolīta, augstas uzticamības, ilgmūžības un zemu izmaksu videi draudzīga ražošana. Šim nolūkam augstas stiprības un viegls titāna sakausējums, alumīnija sakausējums un citi tipiski strukturālie materiāli, augsta enerģijas blīvuma staru strāva kā metināšanas siltuma avots augstas enerģijas staru kūļa metināšanai kopējās struktūras ražošanā, kas ir viens no progresīvu ražošanas tehnoloģiju rezultātiem. atbilst šīs attīstības vajadzībām. Lielas enerģijas staru metināšanas ražošanai ar daudzām priekšrocībām, kas pazīstama kā materiālu apstrāde un progresīva ražošanas tehnoloģija ar revolucionārām izmaiņām jaunajā tehnoloģijā, jo īpaši jaunajos vieglsvara sakausējumos metināšanas ražošanas galvenajā struktūrā, ir plašas pielietojuma perspektīvas viena uzņēmuma vārdā. no lielajiem kompleksajiem titāna sakausējumiem, alumīnija sakausējumiem.
Lāzera ātrgaitas un efektīvas metināšanas izgatavošanas pastiprināta sienas plāksnes vai dobuma struktūra. Lāzers ir augstas intensitātes koherenta gaisma, kuras pamatā ir atomu ierosinātā starojuma princips, kas rada augstas intensitātes gaismu, ierosinot darba vielu. Papildus tam, ka lāzeram tiek ievēroti visi optikas likumi kā parastajai gaismai, tam ir vairākas citas īpašības, kas nav sastopamas nevienā citā gaismas avotā, piemēram, laba virziena, augsta spilgtuma un laba vienkrāsainība. Tas ir labs lāzera virziens un augsts spilgtums rada augstu enerģijas koncentrāciju telpā un laikā, var tikt pārraidīts lielos attālumos un tam ir augsta enerģija vai augsta intensitāte, materiālu apstrādes jomā (ieskaitot metināšanu) var uzskatīt par ideāls siltuma avots. Lāzera kā jaunas enerģijas izmantošana ievērojami paplašina materiālu apstrādes pielietojuma jomu. Lāzermetināšana ir viens no svarīgākajiem lāzera pielietošanas aspektiem.
Lāzera metināšana ir sava veida izmantošana pēc lāzera stara fokusēšanas ar augstu enerģijas blīvumu (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) kā siltuma avotu, lai uzsildītu sagataves kušanas īpašo kausēšanas metināšanas metodi. Tā ir kausējuma metināšana, kuras pamatā ir fototermiskais efekts, kas paredz, ka lāzeru absorbē materiāls un pārvērš metināšanai nepieciešamajā siltumenerģijā. Parasti dažādas lāzera gaismas intensitātes uz materiāla virsmas izraisa dažādas fizikālas parādības, tostarp virsmas temperatūras paaugstināšanos, kušanu, iztvaikošanu, mazu caurumu veidošanos, fotoplazmas veidošanos utt. Šīs fizikālās parādības nosaka metināšanu. process termiskās darbības mehānisms, lai lāzera metināšana pastāv siltuma vadīšanas metināšanas un dziļi kušanas metināšanas metināšanas režīmā divu veidu metināšanas. Pāreja starp diviem režīmiem galvenokārt ir atkarīga no lāzera vietas jaudas blīvuma, kas iedarbojas uz materiālu.
Konkrētam materiālam ir noteikts jaudas blīvuma slieksnis (0,5x10^6 līdz 10^7 W/cm lielākajai daļai tēraudu). Kad materiālam pielietotā lāzera jaudas blīvums ir zem šī sliekšņa, lāzera enerģija tiek absorbēta materiāla virsmā un ātri tiek pārnesta uz materiāla iekšpusi, veidojot siltumvadošu metinājumu ar salīdzinoši lielu platumu un dziļumu. Ja materiālam pielietotā lāzera jaudas blīvums ir lielāks par slieksni, sagataves virsma ir pārāk vēlu, lai nodotu siltumu materiālam iekšpusē, lāzera enerģija liks materiāla virsmai ātri sasilst, kūst un iztvaicēt. Un, turpinot lāzera enerģijas padevi, iespiešanās biezuma virzienā veidojas mazi caurumi. Caurumu ieskauj šķidra metāla kausējuma baseins, un caurums ir piepildīts ar augstas temperatūras metāla tvaikiem un plazmu. Augstas temperatūras metāla tvaiku un plazmas izplešanās spēks darbojas kopā ar šķidrā metāla gravitāciju un virsmas spraigumu ap caurumu, lai saglabātu cauruma stabilu eksistenci. Mazie caurumi pārvietojas pa metināšanas virzienu, aizmugurējais kausētais baseins ātri atdziest un sacietē, un veidojas dziļa kausēta šuve ar salīdzinoši lielu dziļumu un platumu. Tāpēc lāzera metināšanas režīms ir saistīts ar lāzera jaudas blīvumu un metināšanas līnijas enerģiju, kas nosaka termiskās iedarbības mehānismu.
Ja lāzera jaudas blīvums ir mazāks par 10 ^ 6 W / cm, lāzera sildīšana tiek ierobežota līdz metāla virsmai, var sasniegt vairuma metālu kušanas slieksni, bet nav iztvaikošanas, šoreiz metāls nepārtrauktā lāzera darbībā (pietiekami līnijas enerģija), uz siltumvadītspējas metināšanas režīmu, lai izveidotu metinājumu, šuvju veidošanas mehānismu un parasto kausējuma metināšanu. Lāzera siltuma vadīšanas metināšanu parasti izmanto elektronisko komponentu blīvēšanas metināšanā un īpaši plānu materiālu metināšanā. Ja lāzera jaudas blīvums ir lielāks par 10^6 W/cm, lāzers liek metālam izkausēt un uzreiz iztvaikot, ja līnijas enerģija ir pietiekama, metāla tvaika spēks izkausētajā metālā rada sīkus caurumus, un metināšanas procesā veidojas metinātā šuve. dziļi kausētas metināšanas režīmā ar mazu caurumu efektu. Dziļās kausējuma metināšanas caurumu ieskauj izkausēts metāls, kas piepildīts ar augstas temperatūras metāla tvaikiem un plazmu, metināšanas procesa caurumu ar metāla tvaiku spēku un šķidrā metāla gravitācijas un virsmas spraiguma līdzsvaru, lai saglabātu mazo caurumu lāzerā un materiāla termisko savienojumu. mehānisma termiskās iedarbības lāzera dziļkausēšanas metināšanas režīma termiskā darbība, ko galvenokārt izmanto metināšanas struktūras pakāpē, kas ir lielāka par 1 mm.
Salīdzinot ar tradicionālajām loka metināšanas metodēm, lāzermetināšanas tehnoloģijai ir unikālas priekšrocības un tā ir progresīva metināšanas tehnoloģija.
Lāzermetināšanas tehnoloģija pēdējo desmitgažu laikā ir strauji attīstījusies, pakāpeniski attīstoties no impulsa viļņu metināšanas uz nepārtrauktu viļņu, lieljaudas biezu plākšņu metināšanu, vairāku staciju metināšanu, un to plaši izmanto aviācijā, kosmosā, automobiļos un ātrgaitas metināšanā. dzelzceļi un citi lauki. Militāro lidmašīnu ražošanā ir ievērojami pieaudzis alumīnija sakausējumu un titāna sakausējumu lāzermetināšanas pielietojums, kas veido attiecīgi vairāk nekā 60% un 20% no moderno iznīcinātāju konstrukcijas svara. Lāzera metināšanas tehnoloģija var aizstāt tradicionālo kniedēšanas metodi, ievērojami samazinot svaru, samazinot izmaksas un uzlabojot materiālu izmantošanu. Piemēram, Airbus A380 fizelāžas sienas plāksne, izmantojot lāzermetināšanu, var samazināt svaru par 15%, izmaksu samazinājumu par 15%.
Ķīnā liela mēroga pastiprinātu sienu plākšņu konstrukcijas metināšana kļūst arvien populārāka lidmašīnās un jūras kuģos. Salīdzinot ar mehāniskās apstrādes un kniedēšanas metodēm, lāzermetināšana ne tikai ietaupa materiālus, bet arī uzlabo detaļu vieglumu un izgatavojamību, saīsina apstrādes ciklu un samazina ražošanas izmaksas. Tomēr lāzera metināšanas process ir sarežģīts, ietverot ātru karsēšanu, dzesēšanu, materiāla fāzes izmaiņas, īpaši alumīnija sakausējumiem un titāna sakausējumiem, pateicoties augstajai atstarošanas spējai, augstajai siltumvadītspējai un virsmas spraigumam un citām īpašībām, kas rada tehniskas problēmas, piemēram, metināšanas kvalitātes kontroli. un stabilitāte, metināšanas procesa stabilitāte, defektu kontrole nav nobriedusi, konstrukcijas forma neatbilst standartiem un citi jautājumi ir pamanāmi. Šo problēmu galvenais cēlonis ir fundamentālo pētījumu trūkums par titāna sakausējumu un alumīnija sakausējumu metināmību un mehāniskajām īpašībām, kā rezultātā šuves nogurums, sprieguma un deformācijas kontrole utt. sakausējuma komponentiem, un pastāv liela atšķirība no starptautiskā līmeņa.