Laserkeevituse mehhanism ja juhtimistehnoloogia põhimõte ja omadused

Kaasaegsete tarnevahendite arengusuund ja omadused on kiire töö ja kerge struktuur. Selle tulemusena on selle võtmestruktuuride, nagu kerge, monoliitne, kõrge töökindlus, pika elueaga ja odav roheline tootmine, tootmisele seatud kõrgemad nõuded. Sel eesmärgil kasutatakse suure tugevusega ja kerge titaanisulam, alumiiniumisulam ja muud tüüpilised konstruktsioonimaterjalid, suure energiatihedusega kiire vool kui keevitussoojusallikas suure energiatarbega kiirkeevituse valmistamisel, mis on üks täiustatud tootmistehnoloogia tulemusi. vastama selle arenduse vajadustele. Paljude eelistega suure energiatarbega kiirkeevitustootmine, mida nimetatakse materjalide töötlemiseks ja arenenud tootmistehnoloogiaks koos revolutsiooniliste muudatustega uues tehnoloogias, eriti uutes kergsulamites keevitamise põhistruktuuris, pakub laialdasi kasutusvõimalusi. suurtest komplekssetest titaanisulamitest, alumiiniumisulamitest.
Tugevdatud seinaplaat või õõnsuse struktuur laseri kiireks ja tõhusaks keevitamiseks. Laser on aatomite ergastatud kiirguse põhimõttel põhinev suure intensiivsusega koherentne valgus, mis tekitab tööaine ergastamisel suure intensiivsusega valgust. Lisaks sellele, et laser järgib kõiki optikaseadusi nagu tavaline valgus, on laseril mitmeid muid omadusi, mida üheski teises valgusallikas ei leidu, näiteks hea suunataluvus, kõrge heledus ja hea monokromaatilisus. See on laseri hea suund ja kõrge heledus kujutab endast suurt energia kontsentratsiooni ruumis ja ajas, seda saab edastada pikkadele vahemaadele ning sellel on kõrge energia või kõrge intensiivsus, materjali töötlemise (sh keevitamise) valdkonnas võib seda pidada ideaalne soojusallikas. Laseri kasutamine uue energiana avardab oluliselt materjali töötlemise rakendusvaldkonda. Laserkeevitus on laseri kasutamise üks olulisi aspekte.
Laserkeevitus on omamoodi kasutamine pärast laserkiire suure energiatihedusega (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) fokuseerimist soojusallikana tooriku sulamise kuumutamiseks spetsiaalse sulatuskeevitusmeetodiga. Tegemist on fototermilisel efektil põhineva sulakeevitusega, mis eeldab laseri neeldumist materjali ja muundamist keevitamiseks vajalikuks soojusenergiaks. Tavaliselt põhjustab erineva intensiivsusega laservalgus materjali pinnal erinevaid füüsikalisi nähtusi, sealhulgas pinna temperatuuri tõusu, sulamist, aurustumist, väikeste aukude teket ja fotoplasma teket jne. Need füüsikalised nähtused määravad keevituse. protsessi termilise toime mehhanism, nii et laserkeevitus olemasolu soojusjuhtivusega keevitus ja sügavsulamine keevituskeevitusrežiimis kahte tüüpi keevitus. Üleminek kahe režiimi vahel sõltub peamiselt materjalile mõjuva laserpunkti võimsustihedusest.
Antud materjali jaoks on konkreetne võimsustiheduse lävi (0,5x10^6 kuni 10^7 W/cm enamiku teraste puhul). Kui materjalile rakendatav laseri võimsustihedus on sellest läviväärtusest väiksem, neeldub laserenergia materjali pinnale ja kandub kiiresti materjali sisemusse, moodustades suhteliselt suure laiuse ja sügavusega soojust juhtiva keevisõmbluse. Kui materjalile rakendatav laseri võimsustihedus on läviväärtusest suurem, on tooriku pind liiga hilja, et soojust sees olevale materjalile üle kanda, laserenergia muudab materjali pinna kiiresti soojenevaks, sulavaks ja aurustuks. Ja kuna laserenergia söötmine jätkub, tekivad läbitungimispaksuse suunas väikesed augud. Auku ümbritseb vedel metallisulamisbassein ning auk on täidetud kõrgtemperatuurse metalliauru ja plasmaga. Kõrge temperatuuriga metalliauru ja plasma paisumisjõud toimib koos auku ümbritseva vedela metalli raskusjõu ja pindpinevusega, et säilitada augu stabiilne olemasolu. Väikesed augud liiguvad mööda keevitussuunda, tagumine sulavann jahtub ja tahkub kiiresti ning tekib suhteliselt suure sügavuse ja laiusega sügav sulakeevis. Seetõttu on laserkeevitusrežiim seotud laseri võimsustiheduse ja keevitusliini energiaga, mis määravad termilise toime mehhanismi.
Kui laseri võimsustihedus on väiksem kui 10 ^ 6 W / cm, on laseri kuumutamine piiratud metallipinnaga, võib jõuda enamiku metallide sulamisläveni, kuid aurustumist ei toimu, seekord on metall laseri pidevas töös (piisavalt liinienergia), soojusjuhtivusega keevitusrežiimile, et moodustada keevisõmblus, keevisõmbluse moodustamise mehhanism ja tavaline sulakeevitus. Lasersoojusjuhtivusega keevitust kasutatakse tavaliselt elektroonikakomponentide tihenduskeevitamisel ja üliõhukeste materjalide keevitamisel. Kui laseri võimsustihedus on suurem kui 10^6 W/cm, paneb laser metalli koheselt sulama ja aurustuma, kui liinienergiast piisab, tekitab metalliauru jõud sulametallis pisikesed augud ja keevitusprotsess moodustab keevisõmbluse. sügavsulatuskeevituse režiimis väikeste aukude mõjuga. Sügavsula keevitusava on ümbritsetud sulametalliga, mis on täidetud kõrge temperatuuriga metalliauru ja plasmaga, keevitusprotsessi auk on metalliauru jõu ning vedela metalli gravitatsiooni ja pindpinevuse tasakaaluga, et säilitada laseris väike auk ja materjali termiline side. mehhanismi termilise toime lasersügavsulakeevitusrežiimi termiline toime, mida kasutatakse peamiselt keevituse struktuuris, mille struktuur on suurem kui 1 mm.
Võrreldes traditsiooniliste kaarkeevitusmeetoditega on laserkeevitustehnoloogial ainulaadsed eelised ja see on arenenud keevitustehnoloogia.
Laserkeevitustehnoloogia on viimastel aastakümnetel kiiresti arenenud, arenenud järk-järgult impulsslaine keevitusest pidevlaine, suure võimsusega paksu plaadi keevitamiseks, mitme jaama keevitamiseks ning seda on laialdaselt kasutatud lennunduses, kosmosetööstuses, autotööstuses ja kiirkeevituses. raudteed ja muud põllud. Sõjaväelennukite tootmises on märgatavalt kasvanud alumiiniumisulamite ja titaanisulamite laserkeevitamise kasutamine, mis moodustavad vastavalt rohkem kui 60% ja 20% täiustatud hävitajate konstruktsioonimassist. Laserkeevitustehnoloogia võib asendada traditsioonilise neetimismeetodi, vähendada oluliselt kaalu, vähendada kulusid ja parandada materjalide kasutamist. Näiteks Airbus A380 kere seinaplaat võib laserkeevituse abil vähendada kaalu 15%, kulusid 15%.
Hiinas on õhusõidukites ja mereväes üha populaarsemaks muutumas tugevdatud seinaplaadi suuremahuline struktuurne keevitamine. Võrreldes mehaanilise töötlemise ja neetimismeetoditega ei säästa laserkeevitus mitte ainult materjale, vaid parandab ka komponentide kerget kaalu ja valmistatavust, lühendab töötlemistsüklit ja vähendab tootmiskulusid. Laserkeevitusprotsess on aga keeruline, hõlmates kiiret kuumutamist, jahutamist, materjali faasimuutusi, eriti alumiiniumi- ja titaanisulamite puhul, tänu suurele peegelduvusele, kõrgele soojusjuhtivusele ja pindpinevusele ning muudele omadustele, mis toob kaasa tehnilisi väljakutseid, nagu keevisõmbluse kvaliteedikontroll. ja stabiilsus, keevitusprotsessi stabiilsus, defektide kontroll ei ole küps, konstruktsiooni kuju ei vasta standarditele ja muud probleemid on silmapaistvad. Nende probleemide algpõhjus seisneb titaani- ja alumiiniumsulamite keevitatavust ja mehaanilisi omadusi käsitlevate alusuuringute puudumises, mille tulemuseks on liigeste väsimine, pinge ja deformatsiooni kontroll jne. Kergekaalu kõrgeid töökindlusnõudeid on raske täita. sulamist komponente ja rahvusvahelise tasemega on suur vahe.