Συγκόλληση με δέσμη λέιζερ
Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ είναι μια μέθοδος συγκόλλησης υψηλής απόδοσης και υψηλής ακρίβειας που χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας ως πηγή θερμότητας. Η συγκόλληση μπορεί να γίνει με συνεχείς ή παλμικές ακτίνες λέιζερ. Σύμφωνα με τις αρχές της συγκόλλησης με λέιζερ, οι διαδικασίες μπορούν περαιτέρω να χωριστούν σε δύο: συγκόλληση αγωγιμότητας θερμότητας και συγκόλληση με λέιζερ βαθιά. Η πυκνότητα ισχύος κάτω από 104 ~ 105 W/cm2 αναφέρεται στη συγκόλληση αγωγιμότητας θερμότητας. Εκείνη τη στιγμή, το βάθος διείσδυσης είναι μικρό με χαμηλή ταχύτητα συγκόλλησης. όταν η πυκνότητα ισχύος είναι μεγαλύτερη από 105 ~ 107 W / cm2, υπό τη θερμική δράση, η μεταλλική επιφάνεια παίρνει την εσοχή σε εμφάνιση "τρύπας" για να σχηματίσει συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης.
Χαρακτηριστικά
Χαρακτηριστικά της γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης και του μεγάλου λόγου διαστάσεων
Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ γενικά χρησιμοποιεί συνεχείς ακτίνες λέιζερ για να ολοκληρώσει τη σύνδεση των υλικών. Η μεταλλουργική φυσική διαδικασία μοιάζει πολύ με τη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων, δηλαδή ο μηχανισμός μετατροπής ενέργειας ολοκληρώνεται από μια δομή «κλειδιού-τρύπας».
Υπό ακτινοβολία λέιζερ επαρκώς υψηλής πυκνότητας ισχύος, το υλικό εξατμίζεται και σχηματίζει μικρές οπές. Αυτή η μικρή τρύπα γεμάτη με ατμό είναι σαν ένα μαύρο σώμα, που απορροφά σχεδόν όλη την ενέργεια της προσπίπτουσας δέσμης. Η θερμοκρασία ισορροπίας στην κοιλότητα είναι περίπου 2500C. Η θερμότητα μεταφέρεται από το εξωτερικό τοίχωμα της κοιλότητας υψηλής θερμοκρασίας, λιώνοντας το μέταλλο που περιβάλλει την κοιλότητα. Οι μικρές τρύπες γεμίζουν με ατμό υψηλής θερμοκρασίας που παράγεται από τη συνεχή εξάτμιση του υλικού του τοίχου κάτω από τη δέσμη φωτός.
Τα 4 τοιχώματα των μικρών οπών περιβάλλουν το λιωμένο μέταλλο και το υγρό μέταλλο περιβάλλει το στερεό υλικό. (Στις περισσότερες συμβατικές διαδικασίες συγκόλλησης και συγκόλλησης αγωγιμότητας με λέιζερ, η ενέργεια είναι 1η (Αποτίθεται στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, στη συνέχεια μεταφέρεται στο εσωτερικό με μεταφορά). Η ροή του υγρού έξω από το τοίχωμα της οπής και η επιφανειακή τάση του στρώματος τοιχώματος συνάδουν με την πίεση ατμού που παράγεται συνεχώς στην κοιλότητα της οπής και διατηρεί μια δυναμική ισορροπία στη μικρή δέσμη φωτός. Καθώς η δέσμη φωτός κινείται, η μικρή τρύπα είναι πάντα σε σταθερή κατάσταση ροής.
Δηλαδή, η μικρή οπή και το λιωμένο μέταλλο που περιβάλλει την οπή θα κινούνται προς τα εμπρός με την προς τα εμπρός ταχύτητα της προπορευόμενης δοκού. Το λιωμένο μέταλλο γεμίζει το κενό που αφήνει η μικρή τρύπα και στη συνέχεια συμπυκνώνεται και σχηματίζεται η συγκόλληση. Όλη η παραπάνω διαδικασία συμβαίνει τόσο γρήγορα που η ταχύτητα συγκόλλησης μπορεί εύκολα να φτάσει αρκετά μέτρα ανά λεπτό.
1. Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ είναι η συγκόλληση με σύντηξη, η οποία χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ ως πηγή ενέργειας και επηρεάζει τη συγκολλημένη άρθρωση.
2. Η δέσμη λέιζερ μπορεί να καθοδηγηθεί από ένα επίπεδο οπτικό στοιχείο (όπως ένας καθρέφτης) και στη συνέχεια η δέσμη προβάλλεται στη ραφή συγκόλλησης με ένα ανακλαστικό στοιχείο εστίασης ή φακό.
3. Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ είναι συγκόλληση χωρίς επαφή. Δεν απαιτείται πίεση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, αλλά απαιτείται αδρανές αέριο για την αποφυγή οξείδωσης της λιωμένης δεξαμενής. Το μέταλλο πλήρωσης χρησιμοποιείται περιστασιακά.
4. Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ μπορεί να συνδυαστεί με τη συγκόλληση MIG για να σχηματιστεί σύνθετη συγκόλληση MIG με λέιζερ για να επιτευχθεί συγκόλληση μεγάλης διείσδυσης, ενώ η εισροή θερμότητας μειώνεται σημαντικά σε σύγκριση με τη συγκόλληση MIG.
Εφαρμογές
Η μηχανή συγκόλλησης με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς παραγωγής υψηλής ακρίβειας όπως αυτοκίνητα, πλοία, αεροπλάνα και σιδηροδρομικές γραμμές υψηλής ταχύτητας. Βελτίωσε σημαντικά την ποιότητα ζωής των ανθρώπων και επίσης ώθησε τη βιομηχανία οικιακών συσκευών στη μηχανική ακριβείας.
Συγκόλληση με τόξο πλάσματος
Η συγκόλληση με τόξο πλάσματος αναφέρεται σε μια μέθοδο συγκόλλησης με σύντηξη που χρησιμοποιεί μια δέσμη υψηλής ενεργειακής πυκνότητας τόξου πλάσματος ως πηγή θερμότητας συγκόλλησης. Κατά τη συγκόλληση, το αέριο ιόντων (που σχηματίζει ένα τόξο ιόντων) και το προστατευτικό αέριο (για την προστασία της λιωμένης λίμνης και της ραφής συγκόλλησης από τις βλαβερές συνέπειες του αέρα) είναι καθαρό αργό. Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση με τόξο πλάσματος είναι γενικά ηλεκτρόδια βολφραμίου και μερικές φορές χρειάζεται να γεμιστούν με μέταλλο (σύρμα συγκόλλησης). Γενικά, υιοθετείται η μέθοδος θετικής σύνδεσης DC (η ράβδος βολφραμίου συνδέεται με το αρνητικό ηλεκτρόδιο). Επομένως, η συγκόλληση με τόξο πλάσματος είναι ουσιαστικά μια συγκόλληση θωρακισμένη με αέριο βολφραμίου με αποτέλεσμα συμπίεσης.
Η συγκόλληση με τόξο πλάσματος έχει τα χαρακτηριστικά συγκέντρωσης ενέργειας, υψηλής παραγωγικότητας, γρήγορης ταχύτητας συγκόλλησης, μικρής παραμόρφωσης τάσης και σταθερής ηλεκτρικής απομόνωσης και είναι κατάλληλη για τη συγκόλληση λεπτών πλακών και υλικών κιβωτίων. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για διάφορα πυρίμαχα, εύκολα οξειδωμένα και ευαίσθητα στη θερμότητα μεταλλικά υλικά (όπως βολφράμιο, μολυβδαίνιο, χαλκός, νικέλιο, τιτάνιο κ.λπ.).
Το αέριο διασπάται από τη θέρμανση του τόξου και συμπιέζεται όταν διέρχεται από το υδρόψυκτο ακροφύσιο με υψηλή ταχύτητα, αυξάνοντας την ενεργειακή πυκνότητα και τον βαθμό διάστασης, σχηματίζοντας ένα τόξο πλάσματος. Η σταθερότητα, η θερμογόνος δύναμη και η θερμοκρασία του είναι υψηλότερες από το γενικό τόξο, επομένως έχει μεγαλύτερη διείσδυση και ταχύτητα συγκόλλησης. Το αέριο που σχηματίζει το τόξο πλάσματος και το προστατευτικό αέριο γύρω από αυτό χρησιμοποιούν γενικά καθαρό αργό. Ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού των διαφόρων τεμαχίων προς κατεργασία, ορισμένα χρησιμοποιούν ήλιο, άζωτο, αργό ή μείγμα και των δύο.
Χαρακτηριστικά
1. Η συγκόλληση με τόξο πλάσματος με μικροδέσμη μπορεί να συγκολλήσει φύλλα και λεπτές πλάκες.
2. Με εφέ μικρής οπής, μπορεί να πραγματοποιήσει καλύτερα τη συγκόλληση μονής όψης και την ελεύθερη διαμόρφωση διπλής όψης.
3. Το τόξο πλάσματος έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, υψηλή θερμοκρασία στήλης τόξου και ισχυρή ικανότητα διείσδυσης. Μπορεί να πετύχει 10-12mm χοντρό χάλυβα χωρίς λοξοκόλληση. Μπορεί να συγκολληθεί μέσω διαμόρφωσης διπλής όψης ταυτόχρονα. Η ταχύτητα συγκόλλησης είναι γρήγορη, η παραγωγικότητα είναι υψηλή και η παραμόρφωση τάσης είναι μικρή.
4. Ο εξοπλισμός είναι σχετικά περίπλοκος, η κατανάλωση αερίου είναι μεγάλη, η ομάδα έχει αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με την απόσταση και την καθαριότητα του τεμαχίου εργασίας και είναι κατάλληλος μόνο για εσωτερική συγκόλληση.
Εφαρμογές
Η συγκόλληση με πλάσμα είναι ένα από τα σημαντικά μέσα στη βιομηχανική παραγωγή, ειδικά για τη συγκόλληση χαλκού και κραμάτων χαλκού, τιτανίου και κραμάτων τιτανίου, κραμάτων χάλυβα, ανοξείδωτου χάλυβα, μολυβδαινίου και άλλων αεροδιαστημικών μετάλλων, τα οποία χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές και άλλες πρωτοποριακές βιομηχανίες, όπως η κατασκευή ενός συγκεκριμένου τύπου κελυφών πυραύλων από κράμα τιτανίου και μερικώς λεπτοτοιχωματικών δοχείων σε αεροσκάφη.
Κόστος, Συντήρηση και Λειτουργική Αποδοτικότητα
Μερικοί παράγοντες που σχετίζονται με τη σύγκριση των επιλογών τεχνολογιών μεταξύ της συγκόλλησης με δέσμη λέιζερ και της συγκόλλησης με τόξο πλάσματος για βιομηχανικές εφαρμογές περιλαμβάνουν το κόστος, τη συντήρηση και τη λειτουργική απόδοση.
Ανάλυση κόστους
Η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ απαιτεί υψηλή αρχική επένδυση, καθώς ο εξοπλισμός είναι πολύπλοκος σε σύγκριση με τη συγκόλληση με τόξο πλάσματος. Η αξία των γενικών βιομηχανικών συστημάτων συγκόλλησης με λέιζερ κυμαίνεται συνήθως πάνω από $200,000, ενώ τα συστήματα συγκόλλησης με τόξο πλάσματος έχουν κόστος κάπου στην περιοχή $10,000 να $50,000. Ωστόσο, η LBW έχει τη δυνατότητα για σημαντική μακροπρόθεσμη εξοικονόμηση κόστους χάρη στους αυξημένους ρυθμούς επεξεργασίας καθώς και στα ελάχιστα απαιτούμενα φινιρίσματα μετά τη συγκόλληση. Η συγκόλληση πλάσματος θα μπορούσε να έχει υψηλότερο αναλώσιμο κόστος για συνεχή λειτουργία.
Απαιτήσεις συντήρησης
Επειδή τα αναλώσιμα μέρη, όπως τα ηλεκτρόδια και τα ακροφύσια αερίου, φθείρονται πιο συχνά, τα συστήματα συγκόλλησης με τόξο πλάσματος συνήθως απαιτούν συχνότερη συντήρηση. Αντίθετα, τα συστήματα συγκόλλησης με λέιζερ απαιτούν λιγότερα αναλώσιμα, αλλά τα οπτικά και οι πηγές λέιζερ τους χρειάζονται περιστασιακό καθαρισμό και επαναβαθμονόμηση. Όταν συντηρούνται σωστά, οι πηγές λέιζερ μπορούν να διαρκέσουν περισσότερες από 20,000 ώρες με λιγότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας. Τα συστήματα πλάσματος, αν και πιο απλά, ενδέχεται να παρουσιάζουν συχνότερες διακοπές από τη φθορά των αναλώσιμων.
Λειτουργική αποδοτικότητα
Οι τεχνικές συγκόλλησης του λέιζερ είναι πολύ πιο γρήγορες και ακριβείς, φτάνοντας ταχύτητες έως και 10 μέτρα ανά λεπτό σε λεπτά υλικά, επομένως πολύ ιδανικές για μαζική παραγωγή. Παράγει επίσης πολύ μικρές ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα, δίνοντας έτσι ελάχιστη παραμόρφωση υλικού, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα του προϊόντος. Η συγκόλληση με πλάσμα είναι αποτελεσματική σε παχύτερα υλικά, αν και με μικρότερη ταχύτητα, και συχνά χρειάζονται πρόσθετες τελικές πινελιές για τον καθαρισμό των συγκολλήσεων, όπως η λείανση.
Ενώ η συγκόλληση με δέσμη λέιζερ απαιτεί εκ των προτέρων υψηλότερο κόστος επένδυσης, η αποτελεσματικότητά της και η λιγότερο συχνή ανάγκη συντήρησης συχνά παρέχουν οφέλη μακροπρόθεσμα, ειδικά για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια. Η συγκόλληση με τόξο πλάσματος εξακολουθεί να είναι καλή για λιγότερο σύνθετες εργασίες και μικρότερες εργασίες.
