Механизъм и технология за управление. Принцип и характеристики на лазерното заваряване

Тенденцията на развитие и характеристиките на съвременните средства за доставка са висока скорост на работа и лека конструкция. В резултат на това бяха поставени по-високи изисквания за производството на неговите ключови структури, като леко, монолитно, високонадеждно, дълготрайно и евтино зелено производство. За тази цел, висока якост и лека титанова сплав, алуминиева сплав и други типични структурни материали, ток с висока енергийна плътност като източник на заваръчна топлина за производство на високоенергийно заваряване на цялостната структура, един от резултатите от усъвършенстваната производствена технология за отговарят на нуждите на това развитие. Производството на високоенергийно лъчево заваряване с много предимства, известно като обработка на материали и усъвършенствана производствена технология с революционни промени в новата технология, особено в новите леки сплави в ключовата структура на заваръчното производство, има широки перспективи за приложение, от името на един на големите сложни титанови сплави, алуминиеви сплави.
Подсилена стенна плоча или структура на кухина на лазерното високоскоростно и ефективно заваръчно производство. Лазерът е кохерентна светлина с висок интензитет, базирана на принципа на възбудено излъчване на атоми, която произвежда светлина с висок интензитет чрез възбуждане на работното вещество. Освен че се подчинява на всички закони на оптиката, както обикновената светлина, лазерът има редица други характеристики, които не се срещат при никой друг източник на светлина, като добра насоченост, висока яркост и добра монохроматичност. Това е добрата посока на лазера и високата яркост представлява висока концентрация на енергия в пространството и времето, може да се предава на дълги разстояния и има висока енергия или висок интензитет, в областта на обработката на материали (включително заваряване) може да се разглежда като идеален източник на топлина. Прилагането на лазера като нова енергия значително разширява полето на приложение на обработката на материали, лазерното заваряване е един от важните аспекти на лазерното приложение.
Лазерното заваряване е вид използване след фокусиране с висока енергийна плътност (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) на лазерния лъч като източник на топлина за загряване на топенето на детайла специален метод за заваряване с топене. Това е заваряване в стопилка, базирано на фототермичен ефект, който предполага, че лазерът се абсорбира от материала и се превръща в топлинна енергия, необходима за заваряване. Обикновено различните интензитети на лазерна светлина върху повърхността на материала водят до различни физични явления, включително повишаване на повърхностната температура, топене, изпаряване, образуване на малки дупки и генериране на фотоплазма и т.н. Тези физични явления определят заваряването процес термично действие механизъм, така че лазерното заваряване на съществуването на топлопроводимост заваряване и дълбоко топене заваряване заваряване режим на два вида заваряване. Преходът между двата режима зависи главно от плътността на мощността на лазерното петно, действащо върху материала.
За даден материал има специфичен праг на плътност на мощността (0.5x10^6 до 10^7 W/cm за повечето стомани). Когато плътността на мощността на лазера, приложена към материала, е под този праг, лазерната енергия се абсорбира от повърхността на материала и бързо се прехвърля във вътрешността на материала, образувайки топлопроводим заваръчен шев с относително голяма ширина и дълбочина. Когато плътността на мощността на лазера, приложена към материала, е по-висока от прага, повърхността на детайла е твърде късно да предаде топлина към материала вътре, лазерната енергия ще накара повърхността на материала бързо да се затопли, стопи и изпари. И тъй като лазерната енергия продължава да се захранва, се образуват малки дупки по посока на дебелината на проникване. Дупката е заобиколена от басейн с течна метална стопилка и дупката е пълна с високотемпературни метални пари и плазма. Силата на разширяване на високотемпературните метални пари и плазма действа заедно с гравитацията и повърхностното напрежение на течния метал около отвора, за да поддържа стабилното съществуване на отвора. Малките дупки се движат по посока на заваряване, задната разтопена вана бързо се охлажда и втвърдява и се образува дълбока разтопена заварка с относително голяма дълбочина и ширина. Следователно режимът на лазерно заваряване е свързан с плътността на лазерната мощност и енергията на заваръчната линия, които определят механизма на термично действие.
Когато плътността на мощността на лазера е по-ниска от 10 ^ 6 W / cm, лазерното нагряване е ограничено до металната повърхност, може да достигне прага на топене на повечето метали, но без изпаряване, този път металът в непрекъснатото действие на лазера (достатъчно линейна енергия), до режим на заваряване с топлопроводимост за образуване на заварка, механизъм за образуване на заварка и конвенционално заваряване в стопилка. Лазерното термопроводимо заваряване обикновено се използва при заваряване на електронни компоненти и заваряване на ултратънки материали. Когато плътността на мощността на лазера е по-висока от 10^6W/cm, лазерът кара метала да се стопи и изпари мигновено, ако линейната енергия е достатъчна, силата на металните пари създава малки дупки в разтопения метал и процесът на заваряване образува заваръчния шев в режим на заваряване в дълбока стопилка с ефект на малки отвори. Дълбокият отвор за заваряване на стопилка е заобиколен от разтопен метал, пълен с високотемпературни метални пари и плазма, дупката на процеса на заваряване от силата на металните пари и гравитацията на течния метал и баланса на повърхностното напрежение за поддържане на малкия отвор в лазера и термичното свързване на материала термичното действие на лазерното дълбоко заваряване при режим на термично действие на механизма, използвано главно в степента на по-голяма от 1 mm структура на заваряването.
В сравнение с традиционните методи за електродъгово заваряване, технологията за лазерно заваряване има уникални предимства и е усъвършенствана технология за заваряване.
Технологията за лазерно заваряване се разви бързо през последните няколко десетилетия, като постепенно еволюира от заваряване с импулсна вълна до заваряване с непрекъсната вълна, висока мощност на дебела плоча, многостанционно заваряване и се използва широко в авиацията, космонавтиката, автомобилостроенето, високоскоростното заваряване железопътни линии и други области. В производството на военни самолети се наблюдава значителен ръст в приложението на лазерно заваряване на алуминиеви сплави и титанови сплави, които представляват съответно повече от 60% и 20% от структурното тегло на модерните изтребители. Технологията за лазерно заваряване може да замени традиционния метод на занитване, значително намаляване на теглото, намаляване на разходите и подобряване на използването на материала. Например, стенната плоча на фюзелажа на Airbus A380 чрез лазерно заваряване може да намали теглото с 15%, 15% намаляване на разходите.
В Китай широкомащабното структурно заваряване на подсилена стенна плоча става все по-популярно в самолетите и военноморските приложения. В сравнение с методите за механична обработка и занитване, лазерното заваряване не само спестява материали, но също така подобрява лекотата на компонентите и технологичността, съкращава цикъла на обработка и намалява производствените разходи. Процесът на лазерно заваряване обаче е сложен, включващ бързо нагряване, охлаждане, фазови промени на материала, особено за алуминиеви и титанови сплави, поради високата отразяваща способност, високата топлопроводимост и повърхностното напрежение и други характеристики, което води до технически предизвикателства като контрол на качеството на заварките и стабилност, стабилност на процеса на заваряване, контролът на дефектите не е зрял, структурната форма не отговаря на стандартите и други проблеми са видни. Основната причина за тези проблеми се крие в липсата на основни изследвания върху заваряемостта и механичните свойства на титанови сплави и алуминиеви сплави, което води до устойчивост на умора на ставите, контрол на напрежението и деформацията и т.н. Трудно е да се изпълнят високите изисквания за надеждност на леките сплавни компоненти и има голяма разлика с международното ниво.