Mikro- ja väikeste osade keevitusmeetodid Laserkeevitus on tõhus ja täpne keevitusmeetod, mis kasutab soojusallikana suure energiatihedusega laserkiirt. See on üks lasermaterjalide töötlemise tehnoloogia olulisi rakendusi. 1970. aastatel kasutati seda peamiselt õhukeseinaliste materjalide keevitamiseks ja madala kiirusega keevitamiseks ning keevitusprotsess kuulus soojusjuhtivuse tüüpi. Täpsemalt kuumutab laserkiirgus töödeldava detaili pinda ja pinnal olev soojus hajub soojusjuhtivuse kaudu sissepoole. Laserimpulsside laiuse, energia, tippvõimsuse ja kordumissageduse parameetrite juhtimise abil sulatatakse töödeldav detail, moodustades spetsiifilise sulavanni. Tänu oma ainulaadsetele eelistele on seda edukalt rakendatudMikro- ja väikeste detailide täppiskeevitus.Hiina laserkeevitustehnoloogia on maailma edumeelsete seas. Sellel on tehnoloogia ja võimekus moodustada laseriga keerukaid titaanisulamist komponente üle 12 ruutmeetri suurusel pinnal ning seda on rakendatud mitmete kodumaiste lennundusalaste uurimisprojektide prototüüpide ja toodete valmistamisel. 2013. aasta oktoobris võitis Hiina keevitusekspert Brooki auhinna, mis on keevitusvaldkonna kõrgeim akadeemiline auhind, mis kinnitas Hiina maailmatasemel laserkeevitustaseme.
## Arenduslugu Maailma esimene laserkiir genereeriti 1960. aastal rubiinkristallide ergastamisel välklambi abil. Kristalli soojusmahtuvuse tõttu suutis see toota ainult väga lühikesi madala sagedusega impulsskiiri. Kuigi hetkeline impulsi tippenergia võis ulatuda kuni 10^6 vatti, kuulus see siiski madala energiatarbega väljundvõimsuste hulka. Neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaadist (Nd:YAG) kristallvarras, mille ergutuselemendiks oli neodüüm (Nd), suudab genereerida pideva ühelainepikkusega laserkiire võimsusega 1–8 kW. YAG-laseri lainepikkusega 1,06 μm saab lasertöötluspeaga ühendada painduva optilise kiu abil, millel on paindlik seadmepaigutus ja mis sobib 0,5–6 mm paksuste detailide keevitamiseks. CO₂-laser, mis kasutab ergastina süsinikdioksiidi (lainepikkusega 10,6 μm), suudab saavutada kuni 25 kW väljundenergiat ja teostada 2 mm paksuste plaatide ühekäigulist täisläbikeevitust. Seda on laialdaselt kasutatud metallitöötluses tööstussektoris. 1980. aastate keskel äratas laserkeevitus kui uus tehnoloogia laialdast tähelepanu Euroopas, Ameerika Ühendriikides ja Jaapanis. 1985. aastal tegid ThyssenKrupp Steel AG (Saksamaa) ja Volkswagen AG (Saksamaa) koostööd, et edukalt kasutusele võtta maailma esimene laserkeevitatud toorik Audi 100 kerel. 1990. aastatel hakkasid suured autotootjad Euroopas, Põhja-Ameerikas ja Jaapanis laserkeevitatud toorikute tehnoloogiat laialdaselt kasutama autokerede tootmisel. Nii laborite kui ka autotootjate praktiline kogemus on tõestanud, et laserkeevitatud toorikuid saab edukalt rakendada autokerede tootmisel. Laserkeevitus kasutab laserenergiat mitme erineva materjali, paksuse ja kattega terase, roostevaba terase, alumiiniumisulamite jne automaatseks ühendamiseks ja keevitamiseks integreeritud plaadiks, profiiliks või sandwich-paneeliks. See vastab komponentide erinevatele materjalinõuetele ning saavutab kerged seadmed, millel on võimalikult väike kaal, optimaalne struktuur ja parim jõudlus. Arenenud riikides, nagu Euroopa ja Ameerika Ühendriigid,laserkeevitus rätsepatöönaei kasutata mitte ainult transpordivahendite tootmises, vaid seda rakendatakse laialdaselt ka sellistes valdkondades nagu ehitus, sillad, kodumasinate plaatide keevitamine ja terasplaatide keevitamine valtsimisliinidel (plaatide ühendus pideva valtsimise korral). Maailmakuulsate laserkeevitusettevõtete hulka kuuluvad Soudonic (Šveits), ArcelorMittal Group (Prantsusmaa), ThyssenKrupp TWB (Saksamaa), Servo-Robot (Kanada) ja Precitec (Saksamaa). Laserkeevitatud toorikute tehnoloogia rakendamine Hiinas on just alanud. 25. oktoobril 2002 võeti ametlikult kasutusele Hiina esimene professionaalne laserkeevitatud toorikute kaubanduslik tootmisliin. Selle võttis kasutusele Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding ettevõttelt ThyssenKrupp TWB (Saksamaa). Hiljem hakkasid tootmisse järjestikku kuuluma Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. ja teised ettevõtted. 2003. aastal mõistsid välisriigid kahekiirelise CO₂ lasertäidistraadiga keevitamise jaYAG-laseriga täitetraadiga keevitamineA318 alumiiniumsulamist alumise seinapaneeli konstruktsiooni jaoks. See tehnoloogia asendas traditsioonilise neetidega konstruktsiooni, vähendades lennukikere kaalu 20% ja säästes 20% kuludest. Gong Shuili uskus, et laserkeevitustehnoloogial on oluline roll Hiina traditsioonilise lennundustööstuse ümberkujundamisel ja täiustamisel. Ta kandideeris kohe mitmetele seotud eel-uuringuprojektidele, organiseeris uurimisrühma ja võttis juhtrolli „topeltkiire laserkeevitus” tehnoloogia juurutamisel Hiina uurimisprojektidesse. Alguses plaanis ta seda tehnoloogiat rakendada lennukitootmises. Hiina ekspertide meeskond teatas esialgsest tehnoloogiast lennukite projekteerimisinstituudile ja reklaamis topeltkiire laserkeevitus eeliseid ja teostatavust. Pärast mitmeid kontrolle ja hindamisi otsustas projekteerimisinstituut rakendada seda tehnoloogiat teatud lennuki ribiliste seinapaneelide tootmisel, saavutades esialgse eesmärgi rakendada „topeltkiire laserkeevitus” tehnoloogiat lennukitootmises. See tegi läbimurde võtmetehnoloogiates, nagu kergmetallide laserkeevituse täppisjuhtimine, töötas välja integreeritud ja uuendusliku kahekiirelise lasertäidisetraadi hübriidkeevitusseadme, lõi Hiina esimese suure võimsusega kahekiirelise lasertäidisetraadi keevitusplatvormi, realiseeris suurte õhukeseinaliste konstruktsioonide T-liidete kahekiirelise ja kahepoolse sünkroonkeevituse ning rakendas seda esmakordselt edukalt lennunduse ribiliste seinapaneelide võtmekonstruktsioonide keevitamisel, mängides olulist rolli Hiina uute lennukite väljatöötamisel. 2003. aastal läbis HG Laseri esimene kodumaine suuremahuline online-ribakeevituse täielik komplekt offline-sertifikaadi. See seade integreerib laserlõikuse, keevitamise ja kuumtöötluse, muutes HG Laseri üheks neljandaks ettevõtteks maailmas, mis on võimeline selliseid seadmeid tootma. 2004. aastal võitis HG Laser Farley Laserlabi projekt „Suure võimsusega laserlõikuse, keevituse ja kombineeritud lõike-keevituse töötlemise tehnoloogia ja seadmed“ riikliku teaduse ja tehnoloogia arengu auhinna teise auhinna, tehes sellest ainsa laseriettevõtte Hiinas, millel on selle tehnoloogia ja seadmete teadus- ja arendusvõimekus. Tööstusliku lasertööstuse kiire arenguga on turg esitanud lasertöötlustehnoloogiale kõrgemad nõudmised. Lasertehnoloogia on järk-järgult nihkunud ühekordsest rakendusest mitmekesisemate rakenduste poole. Lasertöötluse osas ei piirdu see enam ühekordse lõikamise või keevitamisega. Turu nõudlus integreeritud lasertöötlusseadmete järele, mis ühendavad lõikamise ja keevitamise, suureneb ning seetõttu on tekkinud integreeritud laserlõikus- ja keevitusseadmed. HG Laser Farley Laserlab töötas välja integreeritud lõike- ja keevitusmasina Walc9030, mille ülisuur formaat on 9 × 3 meetrit ja mis on praegu maailma suurima formaadiga integreeritud laserlõikus- ja keevitusseade. Walc9030 on suureformaadiline lõike- ja keevitusseade, mis integreerib...laserlõikuse ja laserkeevituse funktsioonidSee on varustatud professionaalse lõikepea ja keevituspeaga ning kaks töötluspead jagavad ühte kiirt. Numbriline juhtimistehnoloogia tagab, et need ei sega üksteist. Seade suudab samaaegselt läbi viia kahte protsessi, mis nõuavad lõikamist ja keevitamist. See saab vabalt vahetada esmalt lõikamise ja seejärel keevitamise või esmalt keevitamise ja seejärel lõikamise vahel, realiseerides nii laserlõikuse kui ka keevitamise funktsioone ühe seadmega ilma lisaseadmete vajaduseta. See säästab rakenduste tootjate seadmete kulusid, parandab töötlemise efektiivsust ja töötlemisulatust. Lisaks on lõikamise ja keevitamise integreerimise tõttu töötlemise täpsus täielikult tagatud ning seadme jõudlus on tõhus ja stabiilne. Lisaks on see ületanud plaatide termilise deformatsiooni raskused ülisuurte plaatide rätsepatöötlemisel ja saavutanud stabiilse ülipikkade optiliste radade saavutamise. See suudab korraga keevitada kahte 6 meetri pikkust ja 1,5 meetri laiust tasast plaati ning keevitatud pind on sile ja tasane ilma täiendava järeltöötluseta. Samal ajal saab see lõigata 3 meetri laiuseid, üle 6 meetri pikkusi ja alla 20 mm paksuseid plaate ühe vormimisprotsessiga ilma sekundaarse positsioneerimiseta. Hiina Teaduste Akadeemia Shenyangi Automatiseerimisinstituut tegi rahvusvahelist koostööd IHI Corporationiga (Jaapan). Järgides riiklikku teadus- ja tehnoloogiaarenduse strateegiat „sissejuhatus, seedimine, imendumine ja taasinnovatsioon“, ületas see mitu võtmetehnoloogiat.laserkeevitus rätsepatööna, arendas 2006. aasta septembris välja Hiina esimese komplekti täielikke laseriga rätsepatöötlemise keevitusliine ning töötas edukalt välja robotiseeritud laserkeevitussüsteemi, mis realiseerib tasapinnaliste ja ruumiliste kõverate laserkeevitust. 2013. aasta oktoobris võitis Hiina keevitusekspert Brooki auhinna, mis on keevituse valdkonna kõrgeim akadeemiline auhind. Keevitusinstituut (TWI, Ühendkuningriik) soovitab ja nimetab igal aastal kandidaate enam kui 4000 liikmesüksuse hulgast enam kui 120 riigist ning annab selle auhinna lõpuks ühele eksperdile, tunnustades tema silmapaistvat panust keevitamise või ühendamise teadusesse ja tehnoloogiasse ning selle tööstuslikku rakendamisse. See auhind ei ole mitte ainult Gong Shuili ja tema meeskonna tunnustus, vaid ka kinnitus AVIC-i rollile materjalide ühendamise tehnoloogia edendamisel.
## Struktuurilised parameetrid
### Töövahendid See koosneb optilisest ostsillaatorist ja keskkonnast, mis asetatakse ostsillaatori õõnsuse mõlemas otsas peeglite vahele. Kui keskkond ergastab kõrge energiaga olekusse, hakkab see tekitama faasis valguslaineid, mis peegelduvad edasi-tagasi mõlema otsa peeglite vahel, moodustades fotoelektrilise aheldamise efekti. See võimendab valguslaineid ja kui energia on piisav, kiirgatakse laser. Laserit võib defineerida ka kui seadet, mis muundab primaarenergiaallikaid, nagu elektrienergia, keemiline energia, soojusenergia, valgusenergia või tuumaenergia, kindla optilise sagedusega (ultraviolettvalgus, nähtav valgus või infrapunavalgus) elektromagnetiliseks kiirguskiireks. Seda muundamist saab hõlpsasti läbi viia teatud tahketes, vedelates või gaasilistes keskkondades. Kui need keskkonnad ergastatakse aatomite või molekulide kujul, tekitavad nad peaaegu sama faasi ja peaaegu ühe lainepikkusega valguskiire – laseri. Tänu oma faasis olemisele ja ühele lainepikkusele on hajumisnurk väga väike ning seda saab enne keevitamist, lõikamist ja kuumtöötlust tugevalt kontsentreerituna edastada pika vahemaa taha. ### Laserite klassifikatsioon Keevitamiseks kasutatakse peamiselt kahte tüüpi lasereid: CO₂-lasereid ja Nd:YAG-lasereid. Nii CO₂- kui ka Nd:YAG-laserid on palja silmaga nähtamatu infrapunavalgus. Nd:YAG-laseri tekitatud kiir on peamiselt lähiinfrapunavalgus lainepikkusega 1,06 μm. Soojusjuhtidel on selle lainepikkusega valguse puhul suhteliselt kõrge neeldumiskiirus ja enamiku metallide puhul on peegeldusvõime 20–30%. Lähiinfrapunakiirt saab standardsete optiliste läätsede abil fokuseerida 0,25 mm läbimõõdule. CO₂-laseri kiir on kauginfrapunavalgus lainepikkusega 10,6 μm. Enamiku metallide peegeldusvõime seda tüüpi valguse puhul on 80–90%, seega on kiire fokuseerimiseks 0,75–1,0 mm läbimõõdule vaja spetsiaalseid optilisi läätsi. Nd:YAG-laserite võimsus võib üldiselt ulatuda umbes 4000–6000 W-ni ja maksimaalne võimsus on nüüdseks jõudnud 10 000 W-ni. Seevastu CO₂-laserite võimsus võib kergesti ulatuda 20 000 W-ni või isegi kõrgemale. Suure võimsusega CO₂-laserid lahendavad suure peegeldusvõime probleemi võtmeaugu efekti abil. Kui valguslaigu poolt kiiritatud materjali pind sulab, moodustub võtmeauk. See auruga täidetud võtmeauk on nagu must keha, mis neelab peaaegu kogu langeva valguse energia. Võtmeaugu sees saavutatakse tasakaalutemperatuur umbes 25 000 °C-ni ja peegeldusvõime väheneb kiiresti mõne mikrosekundi jooksul. Kuigi CO₂-laserite arendusfookuses on endiselt seadmete arendamine ja uurimistöö, ei ole enam tegemist maksimaalse väljundvõimsuse suurendamisega, vaid kiire kvaliteedi ja fokuseerimise parandamisega. Lisaks, kui argooni kasutatakse kaitsegaasina CO₂-laserkeevitamisel võimsusega üle 10 kW, tekitab see sageli tugeva plasma, mis vähendab läbitungimissügavust. Seetõttu kasutatakse suure võimsusega CO₂-laserkeevitamisel sageli kaitsegaasina heeliumi, mis plasmat ei tekita. Dioodlaserite kombinatsioonide rakendamine suure võimsusega Nd:YAG-kristallide ergastamiseks on oluline uurimis- ja arendusteema, mis parandab oluliselt laserkiirte kvaliteeti ja võimaldab tõhusamat lasertöötlust. Otseste dioodimassiivide kasutamine laserite ergastamiseks ja väljastamiseks lähiinfrapuna piirkonnas on saavutanud keskmise võimsuse 1 kW ja fotoelektrilise muundamise efektiivsuse ligi 50%. Dioodidel on ka pikem kasutusiga (10 000 tundi), mis aitab vähendada laserseadmete hoolduskulusid. Samuti edeneb dioodpumbaga tahkislaserite (DPSSL) arendamine.
Postituse aeg: 27. august 2025
