7 Reliable Sources for Laser Welding Technology

Laser welding technology is an efficient and precise welding method that uses a high-energy-density laser beam as a heat source. Laser welding technology is one of the important aspects of the application of laser material processing technology. In the 1970s, it was mainly used for welding thin-walled materials and low-speed welding. The welding process is of thermal conductivity type, that is, the surface of the workpiece is heated by laser radiation, and the surface heat is diffused to the inside through thermal conduction. By controlling the width, energy, peak power, and repetition frequency of the laser pulse With other parameters, the workpiece is melted to form a specific molten pool. Because of its unique advantages, it has been successfully applied to the precision welding of micro and small parts.

اللحام بالليزر الصيني على مستوى عالمي متقدم. لديها التكنولوجيا والقدرة على استخدام الليزر لتشكيل مكونات معقدة من سبائك التيتانيوم لأكثر من 12 مترًا مربعًا وقد استثمرت في النموذج الأولي وتصنيع المنتجات للعديد من مشاريع البحث العلمي للطيران المحلية. في أكتوبر 2013 ، فاز خبراء اللحام الصينيون بجائزة Brooke ، وهي أعلى جائزة أكاديمية في مجال اللحام ، وقد تم الاعتراف بمستوى اللحام بالليزر الصيني من قبل العالم.

المبدأ الفني

يمكن تحقيق اللحام بالليزر بواسطة شعاع ليزر مستمر أو نابض. يمكن تقسيم مبدأ اللحام بالليزر إلى اللحام بالتوصيل الحراري ولحام الاختراق العميق بالليزر. كثافة الطاقة أقل من 10⁴~10⁵ ث / سم² لحام التوصيل الحراري. في هذا الوقت ، يكون عمق الاختراق ضحلًا وسرعة اللحام بطيئة ؛ عندما تكون كثافة الطاقة أكبر من 10⁵~10⁷ ث / سم²، يتم تجويف السطح المعدني في "ثقوب" تحت تأثير الحرارة لتشكيل لحام عميق الاختراق. ميزات سرعة اللحام السريعة ونسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة.

مبدأ اللحام بالليزر بالتوصيل الحراري هو: إشعاع الليزر يسخن السطح المراد معالجته ، وتنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري. من خلال التحكم في عرض نبضة الليزر والطاقة وقوة الذروة وتردد التكرار ومعلمات الليزر الأخرى ، يتم صهر قطعة العمل لتشكيل حوض مصهور محدد.

آلة اللحام بالليزر المستخدمة في لحام التروس ولحام الصفائح المعدنية تتضمن بشكل أساسي اللحام بالاختراق العميق بالليزر.

يستخدم اللحام بالاختراق العميق بالليزر بشكل عام أشعة ليزر مستمرة لإكمال توصيل المواد. تشبه العملية الفيزيائية المعدنية إلى حد بعيد اللحام بالحزمة الإلكترونية ، أي أن آلية تحويل الطاقة تكتمل من خلال هيكل "ثقب المفتاح". تحت إشعاع ليزر عالي الكثافة بدرجة كافية ، تتبخر المادة وتشكل ثقوبًا صغيرة. هذا الثقب المليء بالبخار يشبه الجسم الأسود ، يمتص تقريبًا كل طاقة الحزمة الساقطة.

تصل درجة حرارة التوازن في التجويف إلى حوالي 2500 درجة مئوية. يتم نقل الحرارة من الجدار الخارجي للفجوة عالية الحرارة لصهر المعدن المحيط بالتجويف. يتم ملء الفتحة الصغيرة بالبخار عالي الحرارة الناتج عن التبخر المستمر لمادة الجدار تحت إشعاع الحزمة. الجدران الأربعة للفتحة الصغيرة محاطة بمعدن مصهور ، والمعدن السائل محاط بمواد صلبة (وفي معظم عمليات اللحام التقليدية ولحام التوصيل بالليزر ، يتم ترسيب الطاقة أولاً على سطح قطعة العمل ، ثم يتم نقلها إلى الداخل عن طريق التحويل).

يتم الحفاظ على تدفق السائل خارج جدار المسام والتوتر السطحي لطبقة الجدار في توازن ديناميكي مع ضغط البخار المتولد باستمرار في التجويف. يدخل شعاع الضوء باستمرار إلى الفتحة الصغيرة ، وتتدفق المادة الموجودة خارج الفتحة الصغيرة باستمرار. أثناء تحرك الحزمة ، يكون الثقب الصغير دائمًا في حالة تدفق مستقرة. بمعنى آخر ، يتحرك الثقب الصغير والمعدن المنصهر المحيط بجدار الفتحة للأمام مع السرعة الأمامية لشعاع الضوء الرئيسي ، ويملأ المعدن المنصهر الفجوة المتبقية بعد إبعاد الفتحة الصغيرة وتكثفها ، وتشكيل اللحام . تحدث جميع العمليات المذكورة أعلاه بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن تصل سرعة اللحام بسهولة إلى بضعة أمتار في الدقيقة.

عمل هكويبمينت

وهي تتألف من مذبذب بصري ووسيط يوضع بين المرايا على طرفي تجويف المذبذب. عندما يكون الوسيط متحمسًا إلى حالة طاقة عالية ، فإنه يبدأ في توليد موجات ضوئية في نفس المرحلة وتنعكس ذهابًا وإيابًا بين المرايا في كلا الطرفين ، وتشكيل تأثير تقاطع سلسلة كهروضوئية ، وتضخيم موجات الضوء ، والحصول على طاقة كافية لبدء انبعاث ضوء الليزر.

يمكن أيضًا تفسير الليزر على أنه جهاز يحول الطاقة الخام مثل الطاقة الكهربائية أو الطاقة الكيميائية أو الطاقة الحرارية أو الطاقة الضوئية أو الطاقة النووية إلى شعاع من الإشعاع الكهرومغناطيسي لترددات ضوئية معينة (الضوء فوق البنفسجي أو الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء ضوء). من السهل تنفيذ نموذج التحويل في بعض الوسائط الصلبة أو السائلة أو الغازية. عندما يتم إثارة هذه الوسائط على شكل ذرات أو جزيئات ، فإنها تنتج أشعة ليزر ضوئية بنفس الطور تقريبًا وبطول موجي واحد تقريبًا. نظرًا لنفس المرحلة وطول الموجة الفردي ، تكون زاوية الاختلاف صغيرة جدًا ، والمسافة التي يمكن نقلها طويلة جدًا قبل أن تكون شديدة التركيز لتوفير وظائف مثل اللحام والقطع والمعالجة الحرارية.

Welding Method

طرق اللحام بختم المستشعر هي اللحام بالمقاومة ولحام القوس بالأرجون ولحام شعاع الإلكترون ولحام البلازما وما إلى ذلك.

لحام المقاومة

يتم استخدامه للحام الأجزاء المعدنية الرقيقة. يتم تثبيت قطعة العمل بين قطبين كهربائيين ويتم صهر سطح القطب المتصل بتيار كبير بواسطة تيار كبير ، أي يتم إجراء اللحام عن طريق تسخين مقاومة قطعة العمل. قطعة العمل سهلة التشوه. يتم لحام اللحام بالمقاومة على جانبي المفصل ، بينما يتم إجراء اللحام بالليزر على جانب واحد فقط. يجب صيانة الأقطاب الكهربائية المستخدمة في اللحام بالمقاومة بشكل متكرر لإزالة الأكاسيد والمعادن الملتصقة من قطعة العمل. اللحام بالليزر لمفاصل اللفة المعدنية الرقيقة لا يتلامس مع قطعة العمل ، يمكن أن يدخل الشعاع أيضًا المنطقة التي يصعب لحامها باللحام التقليدي ، وسرعة اللحام سريعة.

لحام بقوس الأرجون: باستخدام أقطاب كهربائية غير قابلة للاستهلاك وغاز التدريع ، غالبًا ما يتم استخدامه في لحام قطع العمل الرقيقة ، ولكن سرعة اللحام أبطأ ، ومدخلات الحرارة أكبر بكثير من اللحام بالليزر ، والذي يكون عرضة للتشوه.

آلة لحام القوس الأرجون

لحام القوس بالبلازما: يشبه قوس الأرجون ، لكن شعلة اللحام ستنتج قوسًا مضغوطًا لزيادة درجة حرارة القوس وكثافة الطاقة. إنه أسرع من لحام الأرغون القوسي وله عمق اختراق أكبر ، ولكنه أدنى من اللحام بالليزر.

لحام الحزمة الإلكترونية: يعتمد على شعاع من الإلكترونات المتسارعة عالية الكثافة للطاقة لضرب قطعة العمل ، وتوليد حرارة هائلة في منطقة صغيرة كثيفة على سطح قطعة العمل ، مما يشكل تأثير "ثقب صغير" ، وبالتالي تنفيذ اختراق عميق اللحام. العيب الرئيسي للحام شعاع الإلكترون هو أنه يتطلب بيئة فراغ عالية لمنع تشتت الإلكترون. المعدات معقدة. حجم وشكل اللحام مقيد بغرفة التفريغ. جودة تجميع اللحام مطلوبة بدقة.

يمكن أيضًا تنفيذ لحام شعاع الإلكترون غير الفراغي. سيؤثر التشتت وضعف التركيز على التأثير. يحتوي لحام الحزمة الإلكترونية أيضًا على مشاكل في الإزاحة المغناطيسية والأشعة السينية. نظرًا لأن الإلكترونات مشحونة ، فإنها ستتأثر بانحراف المجال المغناطيسي. لذلك ، يجب إزالة المغناطيسية من قطع عمل اللحام بشعاع الإلكترون قبل اللحام. تكون الأشعة السينية قوية بشكل خاص تحت الضغط العالي ، ويحتاج المشغلون إلى الحماية. لا يتطلب اللحام بالليزر غرفة تفريغ ومعالجة إزالة المغناطيسية قبل لحام قطعة العمل. يمكن تنفيذه في الغلاف الجوي ولا توجد مشكلة في الحماية من الأشعة السينية ، لذلك يمكن تشغيله عبر الإنترنت في خط الإنتاج ويمكنه أيضًا لحام المواد المغناطيسية.

اللحام بالليزر تصنيف

هناك نوعان رئيسيان من الليزر المستخدمة في اللحام ، وهما ثاني أكسيد الكربون₂ الليزر و Nd: YAG lasers. كلاهما CO₂ الليزر و Nd: ليزر YAG هو ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئي للعين المجردة. الشعاع الناتج عن ليزر Nd: YAG عبارة عن ضوء قريب من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة 1.06 Lm. الموصل الحراري لديه معدل امتصاص ضوء مرتفع لهذا الطول الموجي. بالنسبة لمعظم المعادن ، يكون انعكاسها هو 20% ~ 30%. طالما يتم استخدام مرآة ضوء قياسية ، يمكن تركيز شعاع الأشعة تحت الحمراء القريبة بقطر 0.25 مم. شعاع CO₂ الليزر هو ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة بطول موجة 10.6Lm.

تصل انعكاسية معظم المعادن لهذا الضوء إلى 80% ~ 90% ، وهناك حاجة إلى مرآة ضوء خاصة لتركيز الشعاع على قطر من 0.75-0.1 مم. يمكن أن تصل قوة ليزر Nd: YAG بشكل عام إلى 4000 ~ 6000W ، وقد وصلت الطاقة القصوى الآن إلى 10000W. شركة CO₂ يمكن أن تصل طاقة الليزر بسهولة إلى 20000 واط أو أكثر.

ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة₂ الليزر يحل مشكلة الانعكاس العالي من خلال تأثير الثقب. عندما يذوب سطح المادة المشعة بواسطة بقعة الضوء ، يتشكل ثقب. هذا الثقب المليء بالبخار يشبه الجسم الأسود ، والذي يمتص بالكامل تقريبًا طاقة الضوء الساقط. تبلغ درجة حرارة التوازن حوالي 25000 هـ ، وتنخفض الانعكاسية بسرعة في غضون بضعة ميكروثانية.

على الرغم من أن التركيز على التنمية كو₂ الليزر لا يزال يركز على تطوير المعدات ، لا يتعلق الأمر بزيادة الحد الأقصى لطاقة الإخراج ، ولكن كيفية تحسين جودة الحزمة وأداء التركيز. بالإضافة إلى ذلك ، عند استخدام اللحام عالي الطاقة مع CO₂ الليزر فوق 10 كيلو واط ، إذا تم استخدام غاز الأرجون الواقي ، فغالبًا ما يتم إحداث بلازما قوية ويصبح عمق الاختراق ضحلًا. لذلك ، عندما CO₂ لحام الليزر عالي الطاقة ، وغالبًا ما يستخدم غاز الهليوم الذي لا يولد البلازما كغاز واقي.

يعد تطبيق مزيج ليزر الصمام الثنائي للحصول على بلورات Nd: YAG المثيرة عالية الطاقة موضوعًا هامًا للتطوير ، والذي سيحسن بشكل كبير جودة أشعة الليزر ويشكل معالجة ليزر أكثر فاعلية. باستخدام مصفوفة الصمام الثنائي المباشر لإثارة الليزر الذي يكون الطول الموجي الناتج في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة ، وصل متوسط قوته إلى 1 كيلو وات ، وكفاءة التحويل الكهروضوئي قريبة من 50%. يتمتع الصمام الثنائي أيضًا بعمر خدمة أطول (10000 ساعة) ، مما يساعد على تقليل تكلفة صيانة معدات الليزر. تطوير معدات ليزر الحالة الصلبة التي يتم ضخها بواسطة الصمام الثنائي.

معالجة صأرامتر

قوة دانسيتي

تعد كثافة الطاقة أحد أهم المعلمات في المعالجة بالليزر. مع كثافة طاقة أعلى ، يمكن تسخين الطبقة السطحية إلى نقطة الغليان خلال نطاق زمني ميكروثاني ، مما يؤدي إلى كمية كبيرة من التبخر. لذلك ، فإن كثافة الطاقة العالية مفيدة لمعالجة إزالة المواد ، مثل التثقيب والقطع والنقش. بالنسبة لكثافات الطاقة المنخفضة ، يستغرق الأمر عدة أجزاء من الثانية حتى تصل درجة حرارة السطح إلى نقطة الغليان. قبل أن تتبخر الطبقة السطحية ، تصل الطبقة السفلية إلى نقطة الانصهار ، مما يجعل من السهل تشكيل لحام انصهار جيد.

الليزر صulse دبليوأفيفورم

يعد شكل موجة نبضة الليزر مشكلة مهمة في اللحام بالليزر ، خاصة لحام الصفائح. عندما يضرب شعاع ليزر عالي الكثافة سطح المادة ، ستنعكس 60 ~ 98% من طاقة الليزر وتضيع على السطح المعدني ، وتتغير الانعكاسية مع درجة حرارة السطح. أثناء نبضة الليزر ، يتغير انعكاس المعدن بشكل كبير.

الليزر صulse دبليوidth

يعد عرض النبض أحد العوامل المهمة للحام بالليزر النبضي. إنها ليست فقط معلمة مهمة تختلف عن إزالة المواد وذوبان المواد ولكنها أيضًا معلمة رئيسية تحدد تكلفة وحجم معدات المعالجة.

تأثير كمية إزالة التركيز على جودة آلة اللحام

يتطلب اللحام بالليزر عادةً قدرًا معينًا من إلغاء الضبط البؤري ، لأن كثافة الطاقة في مركز البقعة عند نقطة بؤرة الليزر عالية جدًا ومن السهل أن تتبخر في حفرة. في كل مستوى بعيدًا عن تركيز الليزر ، يكون توزيع كثافة الطاقة منتظمًا نسبيًا. هناك طريقتان لإلغاء الضبط البؤري: إلغاء الضبط البؤري الإيجابي وإلغاء الضبط البؤري السلبي. إذا كان المستوى البؤري أعلى من قطعة العمل ، فهو إلغاء ضبط بؤري إيجابي ، وإلا فهو إلغاء ضبط بؤري سلبي. وفقًا لنظرية البصريات الهندسية ، عندما تكون المسافة بين مستوى إلغاء التركيز الموجب والسالب ومستوى اللحام متساوية ، تكون كثافة الطاقة على المستوى المقابل متماثلة تقريبًا ، لكن شكل البركة المنصهرة التي تم الحصول عليها مختلفة بالفعل. عندما يكون إلغاء الضبط البؤري سالبًا ، يمكن الحصول على عمق اختراق أكبر ، والذي يرتبط بعملية تكوين البركة المنصهرة.

أظهرت التجارب أن تسخين الليزر 50 ~ 200us للمادة تبدأ في الذوبان ، وتشكيل معدن سائل وتبخر جزئيًا ، وتشكيل بخار عالي الضغط ، والرش بسرعة عالية جدًا ، مما ينبعث منه ضوء أبيض مبهر. في الوقت نفسه ، يتسبب التركيز العالي للبخار في انتقال المعدن السائل إلى حافة البركة المنصهرة ، مما يؤدي إلى انخفاض في مركز البركة المنصهرة. عندما يكون إلغاء الضبط البؤري سالبًا ، تكون كثافة الطاقة الداخلية للمادة أعلى من كثافة السطح ، ومن السهل تكوين ذوبان وتبخر أقوى بحيث يمكن نقل الطاقة الضوئية إلى الجزء الأعمق من المادة. لذلك ، في التطبيقات العملية ، عندما يكون عمق الاختراق مطلوبًا ليكون كبيرًا ، يتم استخدام إلغاء الضبط البؤري السلبي ؛ عندما يتم لحام المادة الرقيقة ، يجب استخدام إزالة التركيز الإيجابي.

اللحام ستبول

ستؤثر سرعة سرعة اللحام على مدخلات الحرارة لكل وحدة زمنية. إذا كانت سرعة اللحام بطيئة جدًا ، فستكون مدخلات الحرارة كبيرة جدًا ، مما يؤدي إلى احتراق قطعة العمل. إذا كانت سرعة اللحام سريعة جدًا ، فإن مدخلات الحرارة ستكون صغيرة جدًا ولن يتم لحام قطعة العمل من خلالها.

خصائص اللحام بالليزر

إنه ينتمي إلى اللحام الانصهار ، والذي يستخدم شعاع الليزر كمصدر للطاقة للتأثير على وصلة اللحام.

يمكن توجيه شعاع الليزر بواسطة عنصر بصري مسطح (مثل المرآة) ، ثم يتم استخدام عنصر التركيز أو العدسة العاكسة لعرض الحزمة على اللحام.

اللحام بالليزر هو لحام بدون تلامس. لا يوجد ضغط مطلوب أثناء العملية ، ولكن الغاز الخامل مطلوب لمنع أكسدة البركة المنصهرة. يتم استخدام حشو المعدن في بعض الأحيان.

يمكن دمج اللحام بالليزر مع اللحام MIG لتشكيل اللحام الهجين بالليزر MIG لتحقيق لحام اختراق كبير ، وفي نفس الوقت ، يتم تقليل مدخلات الحرارة بشكل كبير مقارنة بلحام MIG.

ميزة ونقص

أدفانتاج

• يمكن تقليل كمية المدخلات الحرارية إلى الحد الأدنى المطلوب ، ويكون نطاق التغيير المعدني للمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرًا ، كما أن التشوه الناجم عن التوصيل الحراري هو الأقل ؛
• تم التحقق من معلمات عملية اللحام الخاصة باللحام الممر المفرد بسماكة 32 مم وتأهيلها ، مما يمكن أن يقلل الوقت المطلوب للحام اللوح السميك وحتى توفير استخدام معدن الحشو ؛
• ليست هناك حاجة لاستخدام الأقطاب الكهربائية ، ولا يوجد قلق بشأن تلوث الأقطاب الكهربائية أو تلفها. ولأنها ليست عملية لحام تلامسي ، يمكن التقليل من تآكل وتشوه المعدات ؛
• من السهل تركيز شعاع الليزر ومحاذاة وتوجيهه بواسطة الأجهزة البصرية. يمكن وضعها على مسافة مناسبة من قطعة العمل ، ويمكن إعادة توجيهها بين الأدوات أو العوائق حول قطعة العمل. تخضع قواعد اللحام الأخرى لقيود المساحة المذكورة أعلاه. غير قادر على اللعب
• يمكن وضع قطعة العمل في مكان مغلق (بعد الفراغ أو التحكم في بيئة الغاز الداخلية) ؛
• يمكن أن يركز شعاع الليزر على منطقة صغيرة ويمكنه لحام أجزاء صغيرة ومتقاربة ؛
• مجموعة واسعة من المواد التي يمكن لحامها ، ويمكن أيضًا ربط العديد من المواد غير المتجانسة ببعضها البعض ؛
• من السهل أتمتة اللحام عالي السرعة ، ويمكن أيضًا التحكم فيه عن طريق رقمي أو كمبيوتر ؛
• عند لحام المواد الرقيقة أو الأسلاك ذات القطر الرفيع ، لن يكون من السهل أن تكون مزعجًا مثل اللحام بالقوس ؛
• لا يتأثر بالمجال المغناطيسي (اللحام بالقوس ولحام شعاع الإلكترون سهلان) ، ويمكنه محاذاة اللحام بدقة ؛
• يمكن لحام معدنين لهما خصائص فيزيائية مختلفة (مثل المقاومات المختلفة) ؛
• لا حاجة للفراغ أو الحماية من الأشعة السينية ؛
• إذا تم اعتماد اللحام عبر الفتحة ، يمكن أن تصل نسبة العمق إلى العرض لخرزة اللحام إلى 10: 1 ؛
• يمكن تبديل الجهاز لنقل شعاع الليزر إلى محطات عمل متعددة.

سهروب

• يجب أن يكون موضع اللحام دقيقًا جدًا ويجب أن يكون ضمن نطاق تركيز شعاع الليزر ؛
• عندما يحتاج اللحام إلى استخدام رقصة ، يجب التأكد من أن الموضع النهائي للحام يتماشى مع بقعة اللحام المتأثرة بشعاع الليزر ؛
• الحد الأقصى لسمك اللحام مقيد وسماكة اختراق قطعة العمل أكثر بكثير من 19 مم ، واللحام بالليزر غير مناسب لخط الإنتاج ؛
• بالنسبة للمواد ذات الانعكاسية العالية والموصلية الحرارية العالية ، مثل الألومنيوم والنحاس وسبائكها ، سيتم تغيير قابلية اللحام بالليزر ؛
• عند إجراء لحام شعاع ليزر متوسط إلى عالي الطاقة ، يجب استخدام وحدة تحكم البلازما لطرد الغاز المتأين حول البركة المنصهرة لضمان ظهور حبة اللحام ؛
• كفاءة تحويل الطاقة منخفضة جدًا ، وعادة ما تكون أقل من 10% ؛
• تتجمد حبة اللحام بسرعة ، وقد تكون هناك مخاوف بشأن المسامية والتقصف ؛
• المعدات غالية الثمن.

للتخلص من عيوب اللحام بالليزر أو تقليلها والاستفادة بشكل أفضل من طريقة اللحام الممتازة هذه ، تم اقتراح بعض عمليات اللحام الهجين بالليزر ومصدر الحرارة الأخرى ، خاصة الليزر والقوس ، الليزر وقوس البلازما ، الليزر والتلحيم المركب بمصدر الحرارة ، بالإضافة إلى ذلك ، تم اقتراح إجراءات عملية مساعدة مختلفة ، مثل لحام سلك الحشو بالليزر (الذي يمكن تقسيمه إلى لحام بالأسلاك الباردة ولحام السلك الساخن) ، بمساعدة المجال المغناطيسي الخارجي اللحام بالليزر المعزز ، اللحام بالليزر لعمق المسبح المنصهر الذي يتم التحكم فيه بغاز التدريع ، ولحام التحريك بالاحتكاك بمساعدة الليزر.

Laser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding TechnologyLaser Welding Technology