Mechanizmus a technológia riadenia Princíp a vlastnosti laserového zvárania

Vývojovým trendom a charakteristikou moderných doručovacích prostriedkov je vysokorýchlostná prevádzka a ľahká konštrukcia. V dôsledku toho boli kladené vyššie požiadavky na výrobu jeho kľúčových štruktúr, ako je ľahká, monolitická, vysoko spoľahlivá, trvanlivá a nízkonákladová zelená výroba. Za týmto účelom vysokopevnostná a ľahká titánová zliatina, hliníková zliatina a ďalšie typické konštrukčné materiály, prúd lúča s vysokou hustotou energie ako zdroj zváracieho tepla pri výrobe zvárania vysokoenergetickým lúčom celkovej konštrukcie, jeden z výsledkov pokročilej výrobnej technológie na v súlade s potrebami tohto vývoja. Výroba vysokoenergetického zvárania lúčom s mnohými výhodami, známa ako spracovanie materiálov a pokročilá výrobná technológia s revolučnými zmenami v novej technológii, najmä v nových ľahkých zliatinách v kľúčovej štruktúre zváracej výroby, má široké vyhliadky na uplatnenie, v mene jednej z veľkých komplexných zliatin titánu, zliatiny hliníka.
Vystužená stenová doska alebo štruktúra dutiny laserovej vysokorýchlostnej a efektívnej zváracej výroby. Laser je koherentné svetlo vysokej intenzity založené na princípe excitovaného žiarenia atómov, ktoré excitáciou pracovnej látky vytvára svetlo vysokej intenzity. Okrem toho, že laser spĺňa všetky zákony optiky ako bežné svetlo, má množstvo ďalších charakteristík, ktoré sa nenachádzajú v žiadnom inom zdroji svetla, ako je dobrá smerovosť, vysoký jas a dobrá monochromatickosť. Práve dobrý smer a vysoký jas lasera predstavuje vysokú koncentráciu energie v priestore a čase, môže sa prenášať na veľké vzdialenosti a má vysokú energiu alebo vysokú intenzitu, v oblasti spracovania materiálov (vrátane zvárania) možno považovať za ideálny zdroj tepla. Aplikácia laseru ako novej energie výrazne rozširuje aplikačnú oblasť spracovania materiálov laserové zváranie je jedným z dôležitých aspektov aplikácie lasera.
Laserové zváranie je druh použitia po zaostrení s vysokou hustotou energie (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) laserového lúča ako zdroja tepla na ohrev tavenia obrobku špeciálnou metódou tavného zvárania. Ide o tavné zváranie založené na fototermickom efekte, ktorý predpokladá, že laser je absorbovaný materiálom a premenený na tepelnú energiu potrebnú na zváranie. Zvyčajne rôzne intenzity laserového svetla na povrchu materiálu vedú k rôznym fyzikálnym javom, vrátane zvýšenia povrchovej teploty, topenia, odparovania, vytvárania malých otvorov a vytvárania fotoplazmy atď. Tieto fyzikálne javy určujú zváranie proces tepelného akčného mechanizmu, takže laserové zváranie existencie tepelného vedenia zváranie a hlboké tavenie zváranie zváranie režim dvoch druhov zvárania. Prechod medzi týmito dvoma režimami závisí najmä od hustoty výkonu laserového bodu pôsobiaceho na materiál.
Pre daný materiál existuje špecifický prah hustoty výkonu (0,5x10^6 až 10^7 W/cm pre väčšinu ocelí). Keď je hustota výkonu lasera aplikovaná na materiál pod touto prahovou hodnotou, laserová energia je absorbovaná povrchom materiálu a rýchlo sa prenáša do vnútra materiálu, čím sa vytvorí tepelne vodivý zvar s relatívne veľkou šírkou a hĺbkou. Keď je hustota výkonu lasera aplikovaná na materiál vyššia ako prahová hodnota, povrch obrobku je príliš neskoro na prenos tepla do materiálu vo vnútri, energia lasera spôsobí, že sa povrch materiálu rýchlo ohreje, roztopí a odparí. A ako sa energia lasera ďalej dodáva, vytvárajú sa malé otvory v smere hrúbky prieniku. Otvor je obklopený kúpeľom roztaveného tekutého kovu a otvor je naplnený vysokoteplotnou parou kovu a plazmou. Expanzná sila vysokoteplotných kovových pár a plazmy pôsobí v spojení s gravitáciou a povrchovým napätím tekutého kovu okolo otvoru, aby sa udržala stabilná existencia otvoru. Malé otvory sa pohybujú v smere zvárania, zadná tavenina sa rýchlo ochladzuje a tuhne a vytvára sa hlboký roztavený zvar s relatívne veľkou hĺbkou a šírkou. Preto režim laserového zvárania súvisí s hustotou výkonu lasera a energiou zváracej línie, ktoré určujú mechanizmus tepelného pôsobenia.
Keď je hustota výkonu lasera nižšia ako 10 ^ 6 W / cm, zahrievanie laserom je obmedzené na kovový povrch, môže dosiahnuť prah topenia väčšiny kovov, ale nedochádza k odparovaniu, tentoraz kovu pri nepretržitom pôsobení lasera (dosť energie linky), na režim zvárania tepelným vedením na vytvorenie zvaru, mechanizmus tvorby zvaru a konvenčné zváranie taveninou. Laserové zváranie tepelným vedením sa všeobecne používa pri zváraní tesnení elektronických komponentov a zváraní ultratenkých materiálov. Keď je hustota výkonu lasera vyššia ako 10^6W/cm, laser okamžite roztaví a vyparí kov, ak je energia čiary dostatočná, sila pár kovov vytvorí v roztavenom kove malé otvory a proces zvárania vytvorí zvar. v režime hlbokotavného zvárania s efektom malých otvorov. Hlboký zvárací otvor je obklopený roztaveným kovom, naplnený vysokoteplotnými kovovými parami a plazmou, zvárací procesný otvor silou kovových pár a gravitáciou tekutého kovu a rovnováhou povrchového napätia, aby sa zachoval malý otvor v laseri a tepelné spojenie materiálu je tepelné pôsobenie laserového hlbokotavného zvárania režim tepelného pôsobenia mechanizmu, ktorý sa používa hlavne v miere väčšej ako 1 mm štruktúry zvárania.
V porovnaní s tradičnými metódami oblúkového zvárania má technológia laserového zvárania jedinečné výhody a je pokročilou technológiou zvárania.
Technológia laserového zvárania sa v posledných desaťročiach rýchlo rozvíjala, postupne sa vyvinula od zvárania pulznými vlnami k zváraniu kontinuálnou vlnou, vysokovýkonným hrubým plechom, viacstaničnému zváraniu a je široko používaná v letectve, kozmonautike, automobilovom priemysle, vysokorýchlostnom železnice a iné oblasti. Vo výrobe vojenských lietadiel došlo k výraznému nárastu aplikácie laserového zvárania hliníkových zliatin a titánových zliatin, ktoré tvoria viac ako 60 % a 20 % konštrukčnej hmotnosti moderných stíhačiek. Technológia laserového zvárania môže nahradiť tradičnú metódu nitovania, výrazne znížiť hmotnosť, znížiť náklady a zlepšiť využitie materiálu. Napríklad nástenná doska trupu Airbus A380 pomocou laserového zvárania môže znížiť hmotnosť o 15% a znížiť náklady o 15%.
V Číne sa rozsiahle konštrukčné zváranie vystužených stenových dosiek stáva čoraz populárnejším v lietadlách a námorných aplikáciách. V porovnaní s metódami mechanického spracovania a nitovania laserové zváranie nielen šetrí materiály, ale tiež zlepšuje hmotnosť komponentov a ich vyrobiteľnosť, skracuje cyklus spracovania a znižuje výrobné náklady. Proces laserového zvárania je však zložitý, zahŕňa rýchle zahrievanie, chladenie, zmeny fázy materiálu, najmä pri hliníkových zliatinách a zliatinách titánu, kvôli vysokej odrazivosti, vysokej tepelnej vodivosti a povrchovému napätiu a ďalším charakteristikám, ktoré prinášajú technické problémy, ako je kontrola kvality zvaru. a stabilita, stabilita procesu zvárania, kontrola defektov nie je zrelá, štrukturálny tvar nespĺňa normy a ďalšie problémy sú výrazné. Hlavná príčina týchto problémov spočíva v nedostatku základného výskumu zvariteľnosti a mechanických vlastností titánových zliatin a hliníkových zliatin, čo má za následok únavovú životnosť spoja, kontrolu napätia a deformácií atď. Je ťažké splniť vysoké požiadavky na spoľahlivosť ľahkých zliatinové komponenty a existuje veľká priepasť s medzinárodnou úrovňou.