Анализ пяти процессов лазерной сварки в промышленном производстве 

Анализ пяти процессов лазерной сварки в промышленном производстве

В связи с быстрым развитием мирового производства сварочные технологии применяются все шире, а уровень их применения постоянно повышается. Постоянно появляются новые сварочные процессы и методы, а также быстро развивается специализированное сварочное оборудование. В то же время отечественные и зарубежные производители сварочного оборудования демонстрируют свои возможности различными способами, особенно представляя широкий ассортимент продукции и передовых технологий на выставках. От дуговой сварки углем в конце прошлого века до наших дней, которая существует чуть более ста лет, были разработаны сотни методов, и уровень сварочных технологий достиг новых высот. Сварные конструкции развиваются в сторону более крупных, сложных и высокопараметрических конструкций.

Принцип обработки в технологии лазерной сварки

Лазерное излучение нагревает обрабатываемую поверхность. Тепло с поверхности рассеивается внутрь за счет теплопроводности. Путем управления параметрами лазера, такими как ширина, энергия, пиковая мощность и частота повторения лазерного импульса, заготовка расплавляется, образуя определенную зону расплава.

Лазерная сварка может осуществляться с использованием непрерывных или импульсных лазерных лучей. Принцип лазерной сварки можно разделить на сварку с теплопроводностью и лазерную сварку с глубоким проплавлением. Сварка с плотностью мощности менее 10-10 Вт/см² характеризуется сваркой с теплопроводностью, неглубоким проплавлением и низкой скоростью сварки. С плотностью мощности более 10-10 Вт/см² происходит вогнутость металлической поверхности в «полости» из-за нагрева, что приводит к сварке с глубоким проплавлением, высокой скоростью сварки и большим соотношением глубины к ширине.

Технология лазерной сварки широко используется в высокоточных производственных областях, таких как автомобилестроение, судостроение, авиастроение и высокоскоростные железные дороги, значительно улучшая качество жизни людей и выводя бытовую технику в эру высокоточного производства.

Особенно после того, как технология бесшовной сварки Volkswagen с использованием лазера длиной 42 метра значительно улучшила общую целостность и стабильность кузовов автомобилей, ведущий производитель бытовой техники Haier Group выпустил свою первую стиральную машину, изготовленную с использованием технологии бесшовной лазерной сварки. Передовые лазерные технологии могут кардинально изменить жизнь людей.

Принцип обработки при лазерной гибридной сварке

Лазерная гибридная сварка сочетает в себе лазерную сварку и технологию MIG-сварки для достижения оптимальных результатов сварки, быстрого образования перемычек и в настоящее время является самым передовым методом сварки.

Преимущества лазерной гибридной сварки: высокая скорость, минимальная термическая деформация, малая зона термического воздействия и гарантированные структурные и механические свойства металла сварного шва. Помимо сварки тонколистовых автомобильных конструкционных элементов, лазерная гибридная сварка подходит для многих других применений. Например, она может применяться при производстве бетононасосов и стрел мобильных кранов, процессах, требующих высокопрочной стали. Традиционные методы часто увеличивают затраты из-за необходимости вспомогательных процессов (таких как предварительный нагрев). Кроме того, эта технология может применяться в производстве железнодорожных вагонов и обычных стальных конструкций (таких как мосты и топливные баки).

Принцип процесса сварки трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием использует теплоту трения и теплоту пластической деформации в качестве источника сварочного тепла. В процессе сварки трением с перемешиванием цилиндрическая или иная по форме (например, резьбовой цилиндр) игла для перемешивания вводится в место соединения заготовки. Высокоскоростное вращение сварочной головки вызывает трение между иглой и материалом заготовки, тем самым повышая температуру и размягчая материал в месте соединения.

В процессе сварки трением с перемешиванием заготовка должна быть жестко закреплена на опорной подушке. Сварочная головка вращается с высокой скоростью, перемещаясь относительно заготовки вдоль места соединения.

Сварка трением с перемешиванием включает в себя введение выступающей части сварочной головки в материал для создания трения и перемешивания. Плечо сварочной головки генерирует тепло за счет трения с поверхностью заготовки, предотвращая перелив пластичного материала и удаляя поверхностные оксидные пленки.

В конце сварного шва, полученного методом сварки трением с перемешиванием, остается сквозное отверстие. Обычно это отверстие можно удалить или заделать другими методами сварки.

Сварка трением с перемешиванием позволяет сваривать разнородные материалы, такие как металлы, керамика и пластмассы. Она обеспечивает высокое качество сварного шва, менее подвержена дефектам, легко механизируется и автоматизируется, гарантирует стабильное качество, а также является экономически эффективной и действенной.

Принцип процесса электронно-лучевой сварки

Электронно-лучевая сварка — это метод сварки, использующий тепло, генерируемое при бомбардировке заготовки, помещенной в вакуумную или невакуумную среду, ускоренным и сфокусированным электронным пучком.

Электронно-лучевая сварка широко используется в аэрокосмической, атомной, оборонной и военной, автомобильной и электротехнической промышленности благодаря своим преимуществам, включая отсутствие необходимости в сварочных электродах, низкий риск окисления, хорошую повторяемость процесса и минимальную термическую деформацию.

Электроны выходят из эмиттера (катода) в электронной пушке. Под действием ускоряющего напряжения электроны ускоряются до скорости 0,3–0,7 скорости света, обладая определенной кинетической энергией. Затем, через электростатические и электромагнитные линзы в электронной пушке, они фокусируются в электронный пучок с высокой плотностью мощности. Этот электронный пучок воздействует на поверхность заготовки, преобразуя кинетическую энергию электронов в тепловую энергию, вызывая быстрое плавление и испарение металла. Под действием паров металла под высоким давлением в поверхности заготовки быстро «просверливается» небольшое отверстие, также известное как «замочная скважина». По мере движения электронного пучка относительно заготовки расплавленный металл обтекает «замочную скважину» в задней части расплавленной ванны, где охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов.

Электронный пучок обладает высокой проникающей способностью и чрезвычайно высокой плотностью мощности, что приводит к большому соотношению глубины сварного шва к ширине, достигающему 50:1. Это позволяет осуществлять однократное формование материалов большой толщины с максимальной толщиной сварного шва 300 мм. Сварка обеспечивает хорошую доступность, высокую скорость сварки (обычно выше 1 м/мин), небольшую зону термического воздействия, минимальную деформацию при сварке и высокую точность сварки. Энергия электронного луча регулируется, а толщина свариваемого металла может варьироваться от 0,05 мм до 300 мм. Достигается однократная сварка без снятия фаски, что недостижимо при других методах сварки. Электронно-лучевая сварка может применяться для широкого спектра материалов и особенно подходит для сварки реактивных металлов, тугоплавких металлов и заготовок с высокими требованиями к качеству.

Принцип ультразвуковой сварки металлов

Ультразвуковая сварка металлов — это особый метод, использующий энергию механических колебаний ультразвуковых частот для соединения однородных или разнородных металлов. Во время ультразвуковой сварки к заготовке не подается ток, и не используется высокотемпературный источник тепла. Вместо этого, под статическим давлением, энергия колебаний рамы преобразуется в работу трения, энергию деформации и ограниченное повышение температуры. Металлургическая связь между свариваемыми деталями представляет собой сварку в твердом состоянии, достигаемую без расплавления основного материала. Она эффективно преодолевает разбрызгивание и окисление, возникающие при контактной сварке. Ультразвуковые сварочные аппараты позволяют выполнять одноточечную сварку, многоточечную сварку и сварку коротких полос на тонких проволоках или листах цветных металлов, таких как медь, серебро, алюминий и никель. Они широко используются для сварки выводов тиристоров, элементов предохранителей, электрических выводов, электродов и контактов литиевых батарей.

Ультразвуковая сварка металлов использует высокочастотные вибрационные волны, передаваемые на поверхность свариваемого металла. Под давлением две металлические поверхности трутся друг о друга, образуя сплав между молекулярными слоями. Преимуществами ультразвуковой сварки металлов являются скорость, энергосбережение, высокая прочность сплавления, хорошая проводимость, отсутствие искр и практически холодная обработка. Недостатками являются то, что свариваемые металлические детали не могут быть слишком толстыми (обычно менее или равны 5 мм), точка сварки не может быть слишком большой, и требуется высокое давление.

Лазерная сварка имеет свои преимущества, характеристики и области применения. В настоящее время все больше компаний используют лазерные сварочные аппараты. Благодаря своим уникальным преимуществам, они успешно применяются для прецизионной сварки микро- и мелких деталей. Появление мощного лазерного оборудования открыло новые возможности для лазерной сварки. Достигнута сварка с глубоким проплавлением на основе эффекта «замочной скважины», которая все шире используется в таких отраслях, как машиностроение, автомобилестроение и металлургия. Компания Wuhan Jinmi Laser занимается исследованиями и производством передового лазерного оборудования для учебных заведений, предоставляя студентам высокофункциональное и простое в эксплуатации промышленное лазерное оборудование. Сочетая передовые отечественные и зарубежные технологии, компания поставляет оборудование для лазерной сварки, резки, наплавки и маркировки китайским университетам и военным предприятиям.