Лазер нуры белән эретеп ябыштыру да, дуга белән эретеп ябыштыру да сәнәгать җитештерүендә күптәннән кулланыла һәм материалларны тоташтыру технологиясе өлкәсендә киң кулланылыш бирә. Бу процессларның һәрберсенең үз куллану өлкәләре бар, алар эш кисәгенә энергия ташуның физик процесслары һәм алынырга мөмкин булган энергия агымнары белән тасвирлана. Энергия лазер нуры чыганагыннан эшкәртү өчен материалга югары энергияле инфракызыл когерент нурланыш ярдәмендә, оптик җепсел кабель ярдәмендә тапшырыла. Дуга эретеп ябыштыру өчен кирәкле җылылыкны эш кисәгенә дуга колоннасы аша агучы югары электр тогы ярдәмендә тапшыра. Лазер нурланышы бик тар җылылык тәэсире зонасына китерә, эретеп ябыштыру тирәнлегенең җөй киңлегенә зур нисбәте бар (тирән эретеп ябыштыру эффекты). Лазер белән эретеп ябыштыру процессының араларны күперләү сәләте бик түбән, фокус диаметры кечкенә булу сәбәпле, ләкин икенче яктан, ул бик югары эретеп ябыштыру тизлегенә ирешә ала. Дуга белән эретеп ябыштыру процессының энергия тыгызлыгы күпкә түбәнрәк, ләкин эш кисәге өслегендә зуррак фокус ноктасы барлыкка китерә һәм эшкәртү тизлегенең акрынрак булуы белән характерлана. Бу ике процессны берләштереп, файдалы синергиягә ирешергә мөмкин. Ниһаять, бу сыйфат өстенлекләренә дә, җитештерү-инженерлык өстенлекләренә дә, шулай ук чыгымнарның нәтиҗәлелеген арттыруга да ирешергә мөмкинлек бирә. Бу процесс автомобиль сәнәгатендә дә кызыклы һәм икътисади яктан җәлеп итүчән кушымталар тәкъдим итә, чөнки эретеп ябыштыруларда югарырак түземлекләр рөхсәт ителә, югарырак тоташтыру тизлеге мөмкин һәм бик яхшы механик/технологик параметрларга ирешеп була.
1. Кереш сүз:
1970 еллардан бирле лазер нурын һәм дуганы берләштереп эретеп ябыштыру процессын ничек башкару билгеле, ләкин аннан соң озак вакыт дәвамында бернинди дә үсеш эшләре башкарылмады. Күптән түгел тикшеренүчеләр бу темага яңадан игътибар иттеләр һәм дуганың өстенлекләрен лазерның өстенлекләре белән гибрид эретеп ябыштыру процессында берләштерергә тырыштылар. Башта лазер чыганаклары сәнәгатьтә куллану өчен яраклылыгын исбатларга тиеш булса, хәзерге вакытта алар күп кенә җитештерү предприятиеләрендә стандарт технологик җиһазлар булып тора.
Лазер белән эретеп ябыштыруны башка эретеп ябыштыру процессы белән берләштерү "гибрид эретеп ябыштыру процессы" дип атала. Бу лазер нуры һәм дуга бер үк вакытта бер эретеп ябыштыру зонасында эшли, бер-берсенә тәэсир итә һәм ярдәм итә дигәнне аңлата.
2. Лазер:
Лазер белән эретеп ябыштыру өчен югары лазер көче генә түгел, ә югары сыйфатлы нур да кирәк, ул теләгән "тирән эретеп ябыштыру эффектын" алу өчен кулланыла. Нәтиҗәдә, югарырак сыйфатлы нурны кечерәк фокус диаметры яки зуррак фокус аралыгы алу өчен кулланырга мөмкин.
Хәзерге вакытта башланган үсеш проектлары өчен 4 кВт лазер нуры куәтенә ия лампа белән насосланган каты халәтле лазер кулланыла. Лазер нуры 600 мкм пыяла җепселләре аша тапшырыла.
Лазер нуры пыяла җепсел аша тапшырыла, анда башы һәм ахыры су белән суытыла. Лазер нуры эш кисәгенә фокус аралыгы 200 мм булган фокуслау модуле ярдәмендә проекцияләнә.
3. Лазер гибрид процессы:
Металл эшләнмәләрне эретеп ябыштыру өчен, Nd:YAG лазер нуры 106 Вт/см2 тан югары интенсивлыкка юнәлтелгән. Лазер нуры материал өслегенә бәрелгәч, ул бу урынны парга әйләнү температурасына кадәр җылыта, һәм металл пары чыгып тору сәбәпле, эретеп ябыштыру металлында пар куышлыгы барлыкка килә. Эретеп ябыштыруның аерылып торган үзенчәлеге - аның тирәнлек-киңлек нисбәте югары. Ирекле янучы дуганың энергия агымы тыгызлыгы 104 Вт/см2 тан бераз югарырак. 1 нче рәсемдә гибрид эретеп ябыштыруның төп принцибы күрсәтелгән. Лазер нуры
Монда сурәтләнгәнчә, дугадан килгән җылылыктан тыш, җөйнең өске өлешендәге эретеп ябыштыру металлына җылылык бирә. Ике аерым эретеп ябыштыру процессы бер-бер артлы эшли торган эзлекле конфигурациядән аермалы буларак, гибрид эретеп ябыштыру бер үк процесс зонасында бер үк вакытта эшли торган ике эретеп ябыштыру процессының комбинациясе буларак каралырга мөмкин. Кайсы дуга яки лазер процессы кулланылуына һәм процесс параметрларына карап, процесслар бер-берсенә төрле дәрәҗәдә һәм төрлечә тәэсир итәчәк [1, 2].
Лазер процессы һәм дуга процессы берләшүе аркасында, эретеп ябыштыру тирәнлеге дә, эретеп ябыштыру тизлеге дә арта (үзе генә кулланылган теләсә кайсы процесс белән чагыштырганда). Пар куышлыгыннан чыккан металл пары дуга плазмасына кире тәэсир итә. Эшкәртү плазмасында Nd:YAG лазер нурланышының абсорбциясе бик аз булып кала. Ике көч керү нисбәте сайлануына карап, гомуми процессның характеры лазер яки дуга ярдәмендә зуррак яки кечерәк дәрәҗәдә билгеләнергә мөмкин [3,4].
1 нче рәсем: Схематик күренеш: Лазерлы гибрид эретеп ябыштыру
Лазер нурланышының сеңүенә эш кисәге өслегенең температурасы зур йогынты ясый. Лазер белән эретеп ябыштыру процессы башланганчы, башлангыч чагылышны җиңәргә кирәк, бигрәк тә алюминий өслекләрдә. Моңа махсус башлау программасы белән эретеп ябыштыруны башлап җибәрү юлы белән ирешергә мөмкин. Парга әйләнү температурасына җиткәннән соң, пар куышлыгы барлыкка килә, нәтиҗәдә, нурланыш энергиясенең барысы да диярлек эш кисәгенә керә ала. Моның өчен кирәкле энергия температурага бәйле сеңү һәм югалган энергия күләме белән билгеләнә.
эшләнгән кисәкнең калган өлешенә үткәрү юлы белән. LaserHybrid эретеп ябыштыруда парга әйләнү эшләнгән кисәк өслегеннән генә түгел, ә тутыргыч чыбыктан да бара, бу күбрәк металл пары булуын аңлата, бу үз чиратында лазер нурланышы керүен җиңеләйтә. Бу шулай ук процессның өзелүен булдырмый [5, 6, 7, 8, 9].
4. Автомобиль куллану:
Рама технологиясен куллану аркасында, корыч автомобиль кузовы белән чагыштырганда, авырлыкны 43% ка киметү мөмкин.
2 нче рәсем: Audi Space A2 концепциясе рамкасы
Audi A2 Space рамкасы 30 м лазердан (2 нче рәсемдә сары полосалар) һәм 20 м MIG эретеп ябыштыру озынлыгыннан тора. Моннан тыш, 1700 заклепка да кулланыла.
3 нче рәсем: Audi-A2 автомобилендә профильләрне һәм тоташтыру ысулларын чагыштыру
4 нче рәсемдә ALMg3 коелган материалының AlMgSi катлам материалы белән LaserHybrid эретеп ябыштыру тоташуы күрсәтелгән. Тутыргыч чыбык - AlSi5, ә кулланыла торган саклаучы газ - аргон. Лазер көче арткан саен, тирәнрәк үтеп керү мөмкин. Лазер нурын дуга белән шулай берләштергәндә, лазер нурын эретеп ябыштыру процессына караганда зуррак эретеп ябыштыру бассейны барлыкка килә. Бу компонентларны киңрәк аралар белән эретеп ябыштыру мөмкинлеген бирә.
4 нче рәсем: 0,5 мм ара белән капланган тоташу
Автомобиль сәнәгатендә тоташтыргычларны әзерләүсез каплап эретеп ябыштыруның күп кулланылышлары бар. Хәзерге вакытта бу эретеп ябыштыру эше өчен иң заманча процесс - AA 6xxx эретмәсенең кайнар ярылуы аркасында салкын тутыргыч чыбык белән лазер белән эретеп ябыштыру. Тоташтыргыч чыбык белән эретеп ябыштырганда, лазер энергиясенең күп өлеше шул тутыргыч чыбыкны эретү өчен югалачак.
Киләсе рәсемдә 2,4 м/мин тизлектәге капланышлы тоташудагы LaserHybrid һәм Laser эретеп ябыштыру арасындагы аермалар күрсәтелгән. Лазер белән эретеп ябыштыру очрагында, эретеп ябыштыру җебен тутыру мөмкинлеге юк, һәм аскы кисем барлыкка килә. Шулай ук, нигез материалына бик аз гына үтеп керү бар. Эреп ябыштыру җебенең киңлеге бик кечкенә, шуңа күрә түбән тарту көче көтелә. LaserHybrid белән эретеп ябыштыру очрагында,
өстәмә материал эретеп ябыштыру бассейнына күчерелә. Аскы кисем MIG процессыннан алынган чыбык белән тутырыла, һәм хәзер лазер энергиясенең бер өлеше саклана. Бу экономияләнгән лазер энергиясе төп материалга үтеп керүне арттыру өчен кулланылырга мөмкин, һәм эретеп ябыштыру җепләренең киңлеге санлы симуляциядән таләп ителгән материал калынлыгыннан зуррак.
5 нче рәсем. LaserHybrid һәм тутыргыч чыбыксыз лазер белән эретеп ябыштыруны чагыштыру
LaserHybrid эретеп ябыштыру процедурасы ярдәмендә 4 мм га кадәр калынлыктагы алюминий, корыч һәм дат басмас корыч материалларын эретеп ябыштырырга мөмкин. Әгәр калынлык бик югары булса, тулы үтеп керү мөмкин түгел. Цинк белән капланган материалларны тоташтыру өчен лазер белән эретеп ябыштыру процессын куллану да отышлырак.
Автомобиль сәнәгатендә өстәмә кулланылышлар - көч җайланмалары, күчәрләр һәм автомобиль кузовлары, анда лазер гибрид эретеп ябыштыру процессы яраклы булырга мөмкин.
Эретеп ябыштыру башы:
Эретеп ябыштыру башы кечкенә геометрик үлчәмнәргә ия булырга тиеш, бу эретеп ябыштырылачак компонентларга, бигрәк тә авто-корпус өлкәсендә, яхшы керү мөмкинлеген тәэмин итәрлек итеп эшләнергә тиеш. Моннан тыш, ул робот башына яраклы аерыла торган тоташуны һәм барлык декарт координаталарында фокус аралыгы һәм фонарь туктату аралыгы кебек процесс үзгәрүчәннәрен көйләү мөмкинлеген тәэмин итәрлек итеп эшләнгән булырга тиеш. 5 нче рәсемдә процесс барган вакытта эретеп ябыштыру башы күрсәтелгән. Эретеп ябыштыру процессы вакытында барлыкка килгән сиптерү саклагыч пыяланың пычрануын арттыра. Кварц пыяласы ике яктан да чагылышка каршы материал белән капланган һәм лазер оптик системасын зыяннан саклау өчен эшләнгән.
Пычрану дәрәҗәсенә карап, пыялага җыелган сиптерү эш кисәгенә тәэсир итүче лазер көчен 90% ка кадәр киметергә мөмкин. Көчлерәк пычрану, гадәттә, саклагыч пыяланың җимерелүенә китерә, чөнки нурланыш энергиясенең зур өлеше аннары пыяла тарафыннан үзенә сеңдерелә, бу пыяладагы термик көчәнешләргә китерә. Бу эретеп ябыштыру башы һәм эретеп ябыштыру җиһазлары белән аны LaserHybrid эретеп ябыштыру, лазер белән эретеп ябыштыру, MSG эретеп ябыштыру һәм башка максатларда кулланырга мөмкин.Лазер белән кайнар чыбык белән дәвалау.
6 нчы рәсем: Эретеп ябыштыру башы һәм процессы
5. Лазер гибрид эретеп ябыштыруның өстенлекләре:
Дуга һәм лазер нурын берләштерү нәтиҗәсендә түбәндәге өстенлекләр барлыкка килә: Лазерлы гибридлы эретеп ябыштыруның лазерлы эретеп ябыштыруга караганда өстенлекләре:
• процессның югарырак тотрыклылыгы
• югарырак күперчәнлек
• тирәнрәк үтеп керү
• капитал салу чыгымнары кимрәк
• зуррак сыгылучанлык
Лазерлы гибридлы эретеп ябыштыруның MIG эретеп ябыштыруга караганда өстенлекләре:
• югарырак эретеп ябыштыру тизлеге
• югарырак эретеп ябыштыру тизлегендә тирәнрәк үтеп керү
• түбәнрәк җылылык керүе
• югарырак тарту ныклыгы
• таррак эретеп ябыштыру җөйләре
7 нче рәсем: Ике процессны берләштерүнең өстенлекләре
Дугалы эретеп ябыштыру процессы арзан энергия чыганагы, яхшы күперләү сәләте һәм тутыргыч металлар өстәп структурага йогынты ясау мөмкинлеге белән характерлана. Лазер нуры процессының үзенчәлекләре, киресенчә, зур эретеп ябыштыру тирәнлеге, югары эретеп ябыштыру тизлеге, түбән җылылык йөкләмәсе һәм тар эретеп ябыштыру җөйләре. Билгеле бер нур тыгызлыгыннан югарырак булганда, лазер нуры металл материалларда "тирән эретеп ябыштыру эффекты" тудыра, бу лазер көче җитәрлек югары булган очракта зуррак стена калынлыгы булган компонентларны эретеп ябыштырырга мөмкинлек бирә. Шулай итеп, лазер гибридлы эретеп ябыштыру югарырак эретеп ябыштыру тизлеген, дуга һәм лазер нуры арасындагы үзара бәйләнеш аркасында процесс тотрыклылыгын, җылылык нәтиҗәлелеген һәм эш кисәгенә зуррак түземлелекне тәэмин итә. Эретеп ябыштыру бассейны MIG процессына караганда кечерәк булганлыктан, җылылык керүе азрак һәм шулай итеп җылылык тәэсире зонасы кечерәк. Бу азрак эретеп ябыштыру дигән сүз.
бозылу, бу эретеп ябыштырудан соң башкарылырга тиешле турылау эшләре күләмен киметә.
Ике аерым эретеп ябыштыру пулы булганда, дугадан соң килгән җылылык керүе лазер нурының - эретеп ябыштырылган өлкәнең - бигрәк тә корыч очрагында - эретеп ябыштырудан соң чыныктыру эшкәртүен аңлата, бу катылык кыйммәтләрен җөй буенча тигезрәк тарата. 6 нчы рәсемдә берләштерелгән (ягъни гибрид) процессның өстенлекләре кыскача күрсәтелгән.
Хәзер гибрид эретеп ябыштыруның лазер эретеп ябыштыруга караганда икътисади өстенлекләренә күчсәк, түбәндәге сүзләрне әйтергә мөмкин: эретеп ябыштыру җөеме өлешчә лазер эретеп ябыштырудан, өлешчә MIG эретеп ябыштырудан тора. Гибрид процесс лазер нурының көчен киметергә мөмкинлек бирә, димәк, лазер нуры аппаратының нәтиҗәлелеге нибары 3% булганлыктан, лазер чыганагының энергия куллануын шактый киметергә мөмкин. Башкача әйткәндә: эш кисәгенә тәэсир итүче лазер нуры көчен 1 кВт киметү электр челтәреннән кулланыла торган энергияне якынча 35 кВА киметүгә китерә.
Лазер нуры җайланмасы һәр 1 кВт өчен якынча 0,1 м евро тора.лазер нуры көчеБер мисал гына китерик, гибрид процессны куллану 4 кВт нур көче булган җайланма урынына 2 кВт лазер нуры аппаратын кулланырга мөмкинлек биргән очракта, бу инвестиция чыгымнарында 0,2 миллион евро экономияләүгә китерә. Ләкин монда гибрид процесс өчен якынча 20 000 евро торган MIG аппараты кирәк булачагын истә тотарга кирәк.
Югарырак эретеп ябыштыру тизлеге аркасында, җитештерү вакытын да, эретеп ябыштыру чыгымнарын да киметергә мөмкин.
6. Лазерлы кайнар чыбык белән пышкылау:
Лазер нурын тутыргыч чыбык белән берләштерүнең тагын бер мөмкинлеге - LaserHotwire процессы [10]. Бу процедурада тутыргыч чыбык шул ук энергия чыганагы белән алдан җылытыла, аны ... өчен кулланырга мөмкин.Лазер гибрид эретеп ябыштыру процессыТутыргыч чыбыкның ток көчәнеше 100 А дан 220 А га кадәр. Чыбыкның күчү тизлеге пышкылау җепләренең кисемтәсенә һәм пышкылау тизлегенә бәйле. Пышкылау, тутыргыч металл күләме аша, охшаш пышкылау җөйләренә караганда җиңелрәк эшкәртелә торган калып материалы тәкъдим итә. Лазерлы детальләрне пышкылау аша ремонт эшләрен пышкылау тоташтыргычларына караганда җиңелрәк башкарырга мөмкин. LaserHotwire пышкылауның бер өстенлеге - пышкылау зонасының яхшы коррозиягә чыдамлыгы.
Тутыргыч металлар буларак, SG-CuSi3 кебек арзан бакыр нигезендәге эретмәләр кулланыла, ә аргон саклаучы газ булып хезмәт итә.
8 нче рәсем: Схема рәвешендә күрсәтелгәнЛазер белән кайнар чыбык белән дәвалау:
Киләсе рәсемдә лазер белән кайнар чыбык белән каешланган материалның кисемтәсе күрсәтелгән. Цинк белән капланган материал 3 м/мин тизлек белән каешланган, ә тутыргыч чыбыкның ток көчәнеше 205 А. Җылылык керүе бик түбән, шуңа күрә каешлау процессы нәтиҗәсендә бозылу түбән була.
7. Кыскача мәгълүмат:
Лазер гибрид эретеп ябыштыру - металл эшкәртү сәнәгатендә киң куллану өлкәләре өчен синергия тәкъдим итүче бөтенләй яңа технология, бигрәк тә кирәкле компонентлар өчен толерантлыкка ирешү мөмкин булмаган яки финанс яктан отышлы булмаган очракларда.лазер нуры белән эретеп ябыштыруКуллануның күпкә киңрәк диапазоны һәм берләштерелгән процессның югары мөмкинлекләре инвестиция чыгымнарын киметү, җитештерү вакытын кыскарту, җитештерү чыгымнарын киметү һәм җитештерүчәнлекне арттыру ягыннан көндәшлеккә сәләтлелекне арттыруга китерә.
Лазер-гибрид процессы шулай ук алюминийны эретеп ябыштыруга яңа ысул тәкъдим итә. Ләкин, каты халәтле лазерларның югарырак чыгару куәтләре аркасында, гамәлдә кулланыла алырлык тотрыклы процесс чагыштырмача күптән түгел генә мөмкин булды. Күп санлы тикшеренүләр лазер-дуга-гибрид эретеп ябыштыру процессларының нигезләрен тикшерде. "Гибрид эретеп ябыштыру процессы" дигәндә, без лазер нуры белән эретеп ябыштыру һәм дуга белән эретеп ябыштыру процессының берләшүен күздә тотабыз, анда бары тик бер генә процесс зонасы (плазма һәм эретү) бар. Төп тикшеренүләр күрсәткәнчә, ике процессны берләштереп, синергиягә ирешеп була торган һәм һәр аерым процессның кимчелекләрен компенсацияләргә мөмкин булган процесс мөмкин, нәтиҗәдә күп төрле материаллар һәм конструкцияләр өчен эретеп ябыштыру мөмкинлекләре, эретеп ябыштыру сәләте һәм ышанычлылыгы арта. Аерым алганда, бу алюминий эретмәләре өчен күрсәтелгән. Уңайлы процесс параметрларын сайлап, геометрия һәм структура төзелеше кебек эретеп ябыштыру үзенчәлекләренә сайлап йогынты ясарга мөмкин. Дуга белән эретеп ябыштыру процессы тутыргыч металл өстәп, күперчәнлекне арттыра; ул шулай ук эретеп ябыштыру җөйләренең киңлеген билгели һәм шулай итеп кирәкле эш кисәген әзерләү күләмен киметә. Моннан тыш, процесслар арасындагы үзара бәйләнешләр процессның нәтиҗәлелеген сизелерлек арттыра. Бу берләштерелгән процесс шулай ук лазер белән эретеп ябыштыру процессына караганда күпкә азрак инвестиция чыгымнарын таләп итә.
Лазер белән кайнар чыбык белән эретү процессын, бигрәк тә цинк белән капланган материаллар өчен, яхшы коррозиягә чыдамлык алу өчен кулланырга мөмкин.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 18 апреле
