Точкове зварюваннявикористання лазерів є можливим і пропонує кілька потенційних переваг перед звичайним точковим зварюванням електричним струмом. Але залишається відкритим питання: чи можуть технології на основі лазера справді зрівнятися або перевершити високошвидкісне, масове виробництво традиційних методів точкового зварювання, які використовуються для кузовів автомобілів, акумуляторних батарей та інших великих металевих вузлів? Давайте розглянемо технологію, переваги та обмеження лазерного точкового зварювання.
Як працює лазерне точкове зварювання
Подібно до стандартного контактного точкового зварювання, лазерне точкове зварювання фокусує інтенсивність тепла на невеликій точній ділянці, щоб сплавити листовий метал лише за частки секунди. Але замість того, щоб використовувати електричний струм через наконечники електродів, лазери концентрують велику кількість оптичної енергії для швидкого плавлення та з’єднання металів.[1]
Розмір плями менше 2 міліметрів дозволяє точно передавати енергію високої щільності в багатошарові сталеві листи. Це створює зварювальний кусок, який сплавляє шари металу в поперечному перерізі лазерного променя протягом мілісекунд.[2]
Завдяки точному управлінню та швидкій обробці лазер може виділити достатню кількість енергії для створення точкових зварних швів глибиною до 2 мм у вуглецевих сталях менш ніж за 10 секунд, використовуючи лише 2 кіловатний волоконний лазер.[3] Така комбінація швидкості, щільності та глибини робить лазер реалістичним варіантом для точкового зварювання великих об’ємних компонентів.
Переваги перед стандартним контактним точковим зварюванням
Лазерне точкове зварювання має кілька переваг, оскільки це оптичний, а не електричний процес:
- Електроди не потрібні
Лазери усувають дорогі, схильні до зношування електроди, забезпечуючи безконтактну обробку. Це також зменшує тертя та поглиблення електродів на готових деталях.[4]
- З’єднання підвищеної міцності
Лазер створює зварні шви з вищою міцністю на розрив на 30%, при цьому менше мікротріщин або пористості, характерних для контактного точкового зварювання.[5]
- Працює з новими матеріалами
Лазери можуть успішно точково зварювати екзотичні метали, такі як магній або алюміній, які створюють проблеми з електропровідністю та консистенцією матеріалу для стандартного точкового зварювання.[6]
— Покращений контроль/діагностика процесу
Лазери пропонують чудовий моніторинг, контроль і підтвердження якості. Такі параметри, як кути променя, тривалість імпульсу або точка фокусування, точно налаштовують зварні шви.[7] А такі методи, як інфрачервона термографія, краще візуалізують тепловий потік у реальному часі.[8]
Таким чином, лазери мають явні переваги, незалежно від того, чи вони доповнюють або замінюють стандартні операції точкового зварювання в довгостроковій перспективі. Але реалізація цих переваг залежить від вирішення деяких обмежень, що залишилися.
Обмеження, що залишилися з лазерним точковим зварюванням
Хоча технологія лазерного точкового зварювання є багатообіцяючою, все ще стикається з перешкодами навколо:
- Вартість
Вища вартість обладнання для лазерів може стримувати впровадження змін на активних виробничих лініях. Короткострокова рентабельність інвестицій залишається складною.[9]
- Швидкість
Стандартне точкове зварювання забезпечує надзвичайно високу продуктивність, незрівнянну з лазерними методами. Зараз лазери працюють приблизно на 20% нижчими показниками, хоча постійне покращення триває.[10]
- Діагностика дисбалансу
Незважаючи на те, що лазерний моніторинг сам по собі є кращим, метрологія опорного точкового зварювання для контролю якості, яка враховує десятиліття, добре відома. Еквівалентні стандарти, специфікації та процедури тестування залишаються на ранніх стадіях розробки лазерних методів.[9]
Таким чином, вдосконалена діагностика повинна розширюватися разом із покращенням швидкості та формування променя, щоб краще відтворювати стандартні процеси в масштабі. Але довгостроковий технічний потенціал все ще сприяє досягненню лазером однакової або вищої швидкості циклу.
Перспективи лазерного точкового зварювання
Завдяки ключовим перевагам у якості зварних швів, гнучкості та діагностиці впровадження лазерного точкового зварювання буде розширюватися, особливо там, де нові матеріали викликають зміни. Згідно з одним аналізом, з 2020 по 2025 роки продажі лазерного зварювального обладнання в автомобільному секторі зросли на 50% у зв’язку зі збільшенням використання легшого металу.[11]
А виробництво акумуляторів також стимулює величезні переваги для лазерного точкового зварювання мідних пластин і фольги, де виникають проблеми з електричним контактом. Таким чином, незважаючи на те, що обмеження щодо інтеграції традиційного виробництва залишаються, технічний імпульс лазерного точкового зварювання підтримує більш стабільне проникнення великого обсягу в довгостроковій перспективі для підвищення якості та продуктивності.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на дослідженнях і розробках, виробництві та продажі автоматичних лазерних наплавлювальних машин, високошвидкісних лазерних наплавлювальних машин, лазерних гартівних машин, лазерних зварювальних машин і обладнання для лазерного 3D-друку. Наша продукція є економічно ефективною та продається всередині країни та за кордоном. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах, зв'яжіться з нами за адресоюbob@gshenglaser.com.
Література:
[1] Реді, Дж. Ф. Промислове застосування лазерів. Академічна преса. 2003 25 квіт., стор. 468
[2] Ion JC. Лазерна обробка конструкційних матеріалів: принципи, методика та промислове застосування. Баттерворт-Гейнеманн. 1 січня 2005 р. p 34-35
[3] Quintino L, Costa A, Miranda R та ін. Зварювання волоконними лазерами високої потужності - попереднє дослідження. Mater Des. 2007;28(4):1231-1237.
[4] Казаліно Г. Дослідження контролю зворотного зв’язку лазерного зварювання за допомогою кількісної інфрачервоної термографії: час взаємодії та метод нульового порядку для контролю проплавлення зварного шва; аналітичне моделювання інфрачервоного випромінювання від лазерної зварювальної ванни. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016; 36:69-77.
[5] Норман П, Карлссон Л, Каплан А.Ф. Характеристики втоми та режим руйнування точкового лазерного зварювання. Аналіз інженерних відмов. 1 березня 2013 р.; 28:345-57.
[6] Chen G, Liu L, Dunne D та ін. Лазерне зварювання листа магнієвого сплаву AZ31. J Mater Process Technol. 30 травня 2005 р.; 166 (1): 30-6.
[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. Спосіб отримання бездефектного різнорідного лазерного зварювання Al–сталь. Оптика та лазерна техніка. 1 лютого 2015 р.; 66:21-6.
[8] Hu L, Gao C, Liu J та ін. Діагностика плазми лазерної абляції в реальному часі для точного моніторингу якості лазерного зварювання. J Mater Process Technol. 1 жовтня 2015 р.; 224:233-40.
[9] Норман П., Карлссон Л., Каплан А.Ф. Огляд: лазерне зварювання міді з алюмінієм, огляд. Матеріальні операції. 1 липня 2013 р.; 54 (7): 878-87.
[10] Peng Y, Chen D, Pan Z та ін. Мікроструктури та оцінка ефективності різнорідних компонентів Al–Cu, отриманих селективним лазерним плавленням. Оптика та лазерна техніка. 1 лютого 2020 р.; 123: 105991.
[11] Ринок обладнання для лазерного зварювання – зростання, тенденції, вплив COVID-19 та прогнози|Мордорська розвідка [Інтернет]. Мордорська розвідка. 2021 [цитовано 19 січня 2023]. Доступно з: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market