Βασικά στοιχεία συγκόλλησης με λέιζερ
Η συγκόλληση με λέιζερ είναι μια διαδικασία χωρίς επαφή που απαιτεί πρόσβαση στη ζώνη συγκόλλησης από τη μία πλευρά των εξαρτημάτων που συγκολλούνται.
• Η συγκόλληση σχηματίζεται καθώς το έντονο φως λέιζερ θερμαίνει γρήγορα το υλικό - συνήθως υπολογίζεται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
• Υπάρχουν συνήθως 3 τύποι συγκολλήσεων:
– Λειτουργία αγωγιμότητας.
– Λειτουργία αγωγιμότητας/διείσδυσης.
– Λειτουργία διείσδυσης ή κλειδαρότρυπας.
• Η συγκόλληση σε λειτουργία αγωγιμότητας εκτελείται σε χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα σχηματίζοντας ένα ψήγμα συγκόλλησης που είναι ρηχό και φαρδύ.
• Η λειτουργία αγωγιμότητας/διείσδυσης εμφανίζεται σε μεσαία πυκνότητα ενέργειας και δείχνει μεγαλύτερη διείσδυση από τη λειτουργία αγωγιμότητας.
• Η συγκόλληση με διείσδυση ή λειτουργία κλειδαρότρυπας χαρακτηρίζεται από βαθιές στενές συγκολλήσεις.
– Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας το φως λέιζερ σχηματίζει ένα νήμα εξατμισμένου υλικού γνωστό ως «κλειδαρότρυπα» που εκτείνεται μέσα στο υλικό και παρέχει αγωγό για την αποτελεσματική παροχή του φωτός λέιζερ στο υλικό.
– Αυτή η άμεση παροχή ενέργειας στο υλικό δεν βασίζεται στην αγωγιμότητα για την επίτευξη διείσδυσης, και έτσι ελαχιστοποιεί τη θερμότητα στο υλικό και μειώνει τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα.
Συγκόλληση Αγωγής
• Η σύνδεση αγωγιμότητας περιγράφει μια οικογένεια διεργασιών στις οποίες εστιάζεται η δέσμη λέιζερ:
– Για να δώσετε μια πυκνότητα ισχύος της τάξης των 10 Wmm-²
– Συγχωνεύει υλικό για να δημιουργήσει έναν σύνδεσμο χωρίς σημαντική εξάτμιση.
• Η συγκόλληση αγωγιμότητας έχει 2 τρόπους:
– Άμεση θέρμανση
– Μετάδοση ενέργειας.
Άμεση Θέρμανση
• Κατά την άμεση θέρμανση,
– Η ροή θερμότητας διέπεται από την κλασική θερμική αγωγιμότητα από μια επιφανειακή πηγή θερμότητας και η συγκόλληση γίνεται με την τήξη τμημάτων του υλικού βάσης.
• Οι 1ες συγκολλήσεις αγωγιμότητας έγιναν στις αρχές της δεκαετίας του 1960, χρησιμοποιήθηκαν ρουμπίνι χαμηλής ισχύος παλμού και CO2 λέιζερ για συνδέσμους καλωδίων.
• Οι συγκολλήσεις αγωγιμότητας μπορούν να γίνουν σε μεγάλη γκάμα μετάλλων και κραμάτων με τη μορφή συρμάτων και λεπτών φύλλων σε διάφορες διαμορφώσεις χρησιμοποιώντας.
- CO2 , Nd:YAG και λέιζερ διόδου με επίπεδα ισχύος της τάξης των δεκάδων watt.
– Άμεση θέρμανση με α CO2 Η δέσμη λέιζερ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για συγκολλήσεις κάτω και κάτω σε φύλλα πολυμερούς.
Συγκόλληση μετάδοσης
• Η συγκόλληση μετάδοσης είναι ένα αποτελεσματικό μέσο σύνδεσης πολυμερών που μεταδίδουν την εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία των λέιζερ Nd:YAG και διόδου.
• Η ενέργεια απορροφάται μέσω νέων μεθόδων διεπιφανειακής απορρόφησης.
• Τα σύνθετα υλικά μπορούν να ενωθούν με την προϋπόθεση ότι οι θερμικές ιδιότητες της μήτρας και του οπλισμού είναι παρόμοιες.
• Ο τρόπος μετάδοσης ενέργειας της συγκόλλησης αγωγιμότητας χρησιμοποιείται με υλικά που εκπέμπουν κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία, κυρίως πολυμερή.
• Ένα απορροφητικό μελάνι τοποθετείται στη διεπιφάνεια μιας άρθρωσης περιτύλιξης. Το μελάνι απορροφά την ενέργεια της δέσμης λέιζερ, η οποία διοχετεύεται σε ένα περιορισμένο πάχος του περιβάλλοντος υλικού για να σχηματίσει ένα λιωμένο διεπιφανειακό φιλμ που στερεοποιείται ως ο συγκολλημένος σύνδεσμος.
• Οι ενώσεις περιτυλίγματος παχιάς διατομής μπορούν να κατασκευαστούν χωρίς να λιώσουν οι εξωτερικές επιφάνειες του αρμού.
• Οι συγκολλήσεις με άκρο μπορούν να γίνουν κατευθύνοντας την ενέργεια προς τη γραμμή άρθρωσης υπό γωνία μέσω υλικού στη μία πλευρά της άρθρωσης ή από το ένα άκρο εάν το υλικό είναι εξαιρετικά μεταδοτικό.
Συγκόλληση και συγκόλληση με λέιζερ
• Στις διαδικασίες συγκόλλησης και συγκόλλησης με λέιζερ, η δέσμη χρησιμοποιείται για την τήξη μιας προσθήκης πλήρωσης, η οποία βρέχει τις άκρες της ένωσης χωρίς να λιώνει το υλικό βάσης.
• Η συγκόλληση με λέιζερ άρχισε να κερδίζει δημοτικότητα στις αρχές της δεκαετίας του 1980 για την ένωση των ηλεκτροδίων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μέσω οπών σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων. Οι παράμετροι της διαδικασίας καθορίζονται από τις ιδιότητες του υλικού.
Διεισδυτική συγκόλληση με λέιζερ
• Σε υψηλές πυκνότητες ισχύος όλα τα υλικά θα εξατμιστούν εάν η ενέργεια μπορεί να απορροφηθεί. Έτσι, κατά τη συγκόλληση με αυτόν τον τρόπο σχηματίζεται συνήθως μια τρύπα με εξάτμιση.
• Αυτή η «τρύπα» στη συνέχεια διασχίζεται μέσα από το υλικό με τα λιωμένα τοιχώματα να σφραγίζονται πίσω από αυτό.
• Το αποτέλεσμα είναι αυτό που είναι γνωστό ως «συγκόλληση με κλειδαρότρυπα. Χαρακτηρίζεται από την παράλληλη πλευρική ζώνη σύντηξης και το στενό πλάτος.
Αποδοτικότητα συγκόλλησης με λέιζερ
• Ένας όρος για τον ορισμό αυτής της έννοιας της αποδοτικότητας είναι γνωστός ως "απόδοση σύνδεσης".
• Η απόδοση σύνδεσης δεν είναι αληθινή απόδοση δεδομένου ότι έχει μονάδες (mm2 ενωμένα /kJ παρεχόμενα).
– Απόδοση=Vt/P (το αντίστροφο της ειδικής ενέργειας στην κοπή) όπου V = ταχύτητα όδευσης, mm/s. t = πάχος συγκολλημένου, mm; P = προσπίπτουσα ισχύς, KW.
Joining Efficiency
• Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της απόδοσης σύνδεσης τόσο λιγότερη ενέργεια δαπανάται σε περιττή θέρμανση.
– Ζώνη που επηρεάζεται από τη χαμηλότερη θερμότητα (HAZ).
– Χαμηλότερη παραμόρφωση.
• Η συγκόλληση με αντίσταση είναι πιο αποτελεσματική από αυτή την άποψη, επειδή η ενέργεια σύντηξης και HAZ παράγεται μόνο στη διεπαφή υψηλής αντίστασης που πρόκειται να συγκολληθεί.
• Η δέσμη λέιζερ και ηλεκτρονίων έχουν επίσης καλές αποδόσεις και υψηλή πυκνότητα ισχύος.
Παραλλαγές διαδικασίας
• Αυξημένη συγκόλληση με λέιζερ τόξου.
– Το τόξο από έναν φακό TIG τοποθετημένο κοντά στο σημείο αλληλεπίδρασης της δέσμης λέιζερ θα κλειδώσει αυτόματα στο θερμό σημείο που δημιουργείται με λέιζερ.
– Η θερμοκρασία που απαιτείται για αυτό το φαινόμενο είναι περίπου 300°C πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
– Το αποτέλεσμα είναι είτε η σταθεροποίηση ενός τόξου που είναι ασταθές λόγω της ταχύτητας διέλευσης είτε η μείωση της αντίστασης ενός σταθερού τόξου.
– Το κλείδωμα συμβαίνει μόνο για τόξα με χαμηλό ρεύμα και επομένως αργό πίδακα καθόδου. δηλαδή για ρεύματα μικρότερα από 80Α.
– Το τόξο βρίσκεται στην ίδια πλευρά του τεμαχίου εργασίας με το λέιζερ, γεγονός που επιτρέπει τον διπλασιασμό της ταχύτητας συγκόλλησης για μια μέτρια αύξηση του κόστους κεφαλαίου.
• Συγκόλληση με λέιζερ διπλής δέσμης
– Εάν χρησιμοποιούνται 2 ακτίνες λέιζερ ταυτόχρονα, τότε υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου της γεωμετρίας της δεξαμενής συγκόλλησης και του σχήματος του σφαιριδίου συγκόλλησης.
– Χρησιμοποιώντας 2 δέσμες ηλεκτρονίων, η κλειδαρότρυπα μπορούσε να σταθεροποιηθεί προκαλώντας λιγότερα κύματα στη δεξαμενή συγκόλλησης και δίνοντας καλύτερη διείσδυση και σχήμα σφαιριδίου.
– Ένα excimer και CO2 Ο συνδυασμός δέσμης λέιζερ έδειξε βελτιωμένη σύζευξη για τη συγκόλληση υλικών υψηλής ανακλαστικότητας, όπως το αλουμίνιο ή ο χαλκός.
– Η ενισχυμένη σύζευξη εξετάστηκε κυρίως λόγω:
• Μεταβολή της ανακλαστικότητας από κυματισμό της επιφάνειας που προκαλείται από το excimer.
• ένα δευτερεύον αποτέλεσμα που δημιουργείται από τη σύζευξη μέσω του πλάσματος που δημιουργείται από το excimer.
