Svařování tepelným vedením a svařování hlubokým průvarem

1. Definice a charakteristiky laserového svařování tepelnou vodivostí

Laserové svařování tepelnou vodivostí je metoda laserové svařování. Tento režim svařování má malou hloubku průniku a malý poměr hloubky k šířce. Pokud je hustota výkonu menší než 10^4~10^5 W/cm2, je klasifikováno jako vodivé svařování, které se vyznačuje malou hloubkou roztavení. a nižší rychlost svařování.

Při tepelně vodivém svařování působí energie laserového záření na povrch materiálu a energie laserového záření se přeměňuje na teplo na povrchu. Povrchové teplo difunduje do interiéru tepelným vedením, kde se materiál roztaví a vytvoří roztavenou lázeň. v oblasti spojení mezi dvěma materiály.Tavenina se pohybuje vpřed spolu s laserovým paprskem a roztavený kov v roztavené lázni se nepohybuje dopředu.Jak se laserový paprsek pohybuje dopředu, roztavený kov v roztavené lázni tuhne a tvoří se svar spojující dva kusy materiálu.

Energie laserového záření působí pouze na povrch materiálu a tavení podkladového materiálu se provádí vedením tepla. Poté, co je laserová energie absorbována tenkou vrstvou 10~100nm na povrchu a roztavena, povrchová teplota pokračuje zvýšit, což způsobí, že se izoterma teploty tání šíří hluboko do materiálu. Maximální povrchová teplota může dosáhnout pouze teploty odpařování. Hloubka tání, které lze tímto způsobem dosáhnout, je proto omezena teplotou odpařování a tepelnou vodivostí. Používá se především pro svařování tenkých (cca 1mm) a malých dílů.

Hustota výkonu paprsku používaného při svařování je nízká. Poté, co obrobek absorbuje laser, musí teplota dosáhnout pouze bodu tání povrchu a poté je teplo přeneseno do vnitřku obrobku, aby se tepelným vedením vytvořila roztavená lázeň, takže je to ekonomické. Kromě toho je svarový šev hladký a bez pórů a lze jej použít pro svařování vzhledových dílů.

Typickými aplikacemi jsou svařování nerezových dřezů, kovových vlnovců, svařování kovových potrubních tvarovek atd.

2. Definice a charakteristiky laserového svařování s hlubokým průvarem

Když je hustota výkonu větší než 10^5~10^7 W/cm2, je kovový povrch vlivem tepla konkávní do "otvorů" a vytváří se hluboko pronikající svařování, které se vyznačuje vysokou rychlostí svařování a velkým poměrem stran.

Metalurgický fyzikální proces laserového svařování hlubokou penetrací je velmi podobný procesu svařování elektronovým paprskem, to znamená, že mechanismus přeměny energie je dokončen prostřednictvím struktury „malé díry“. Při ozáření paprskem s dostatečně vysokou hustotou výkonu se materiál odpaří na tvoří malé dírky.Tento malý otvor naplněný párou je jako černé těleso, pohlcuje téměř veškerou energii dopadajícího světla a rovnovážná teplota v díře dosahuje asi 25,000 XNUMX stupňů. Teplo se přenáší z vnější stěny tohoto vysokoteplotního Malý otvor je naplněn vysokoteplotní párou generovanou kontinuálním odpařováním materiálu stěny při ozařování paprskem. Stěny malého otvoru jsou obklopeny roztaveným kovem a tekutý kov je obklopen pevnými materiály. Proud kapaliny vně stěny otvoru a povrchové napětí vrstvy stěny jsou ve fázi s kontinuálně generovaným tlakem páry v dutině otvoru. a udržovat dynamickou rovnováhu. Světelný paprsek nepřetržitě vstupuje do malého otvoru a materiál vně malého otvoru nepřetržitě proudí. Jak se světelný paprsek pohybuje, malý otvor je vždy ve stabilním stavu toku. To znamená, že malý otvor a roztavený kov obklopující stěnu otvoru se pohybují vpřed s dopřednou rychlostí pilotního paprsku. Roztavený kov vyplní mezeru po odstranění malého otvoru a odpovídajícím způsobem kondenzuje a vytvoří se svar. To vše se děje tak rychle, že rychlost svařování může snadno dosáhnout několika metrů za minutu.

Hluboké penetrační svařování materiálů vyžaduje velmi vysoký výkon laseru. Na rozdíl od tepelně vodivého svařování, hluboké penetrační svařování nejen taví kov, ale také kov odpařuje. Roztavený kov je vypouštěn pod tlakem kovových par a tvoří malé otvory. Laserový paprsek pokračuje v osvětlování spodní části otvoru, což způsobuje, že se otvor prodlužuje, dokud se tlak par uvnitř otvoru nevyrovná s povrchovým napětím a gravitací tekutého kovu. Po svařování hlubokou penetrací se vytvoří úzký a rovnoměrný svar. a jeho hloubka bude obecně větší než šířka svaru. Tento proces se vyznačuje vysokou rychlostí zpracování a malou tepelně ovlivněnou zónou, takže deformace materiálu je malá.

Typickými aplikacemi jsou svařování tlustých ocelových plechů (10-25 mm) a svařování hliníkových plášťů napájecích baterií.

3.Charakteristiky laserového hloubkového penetračního svařování

Vysoký poměr stran. Vzhledem k tomu, že se roztavený kov tvoří kolem válcové komory vysokoteplotní páry a rozšiřuje se směrem k obrobku, svar se stává hlubokým a úzkým.

Minimální tepelný příkon. Protože teplota uvnitř malého otvoru je velmi vysoká, proces tavení probíhá extrémně rychle, přívod tepla do obrobku je velmi nízký a tepelná deformace a tepelně ovlivněná zóna jsou malé.

Vysoká hustota. Protože malé otvory vyplněné vysokoteplotní parou přispívají k promíchávání svařovací lázně a úniku plynu, což vede k penetračnímu svaru bez pórů. Vysoká rychlost ochlazování po svařování může snadno zjemnit strukturu svaru.

Silné svary. Vzhledem k horkému zdroji tepla a plné absorpci nekovových součástí se snižuje obsah nečistot, mění se velikost vměstků a jejich distribuce v tavné lázni. Proces svařování nevyžaduje elektrody ani přídavné dráty a zóna tavení je méně znečištěný, takže pevnost a houževnatost svaru je přinejmenším stejná nebo dokonce vyšší než u základního kovu.

Přesné ovládání. Protože je zaostřený světelný bod malý, svarový šev může být umístěn s vysokou přesností. Výstup laseru nemá žádnou "setrvačnost" a lze jej zastavit a znovu spustit při vysokých rychlostech. Složité obrobky lze svařovat pomocí technologie CNC posuvu paprsku.

Bezkontaktní proces atmosférického svařování.Protože energie pochází z fotonového paprsku a nedochází k fyzickému kontaktu s obrobkem, nepůsobí na obrobek žádná vnější síla. Navíc magnetismus a vzduch nemají žádný vliv na laserové světlo.

Výhody laserového svařování hlubokou penetrací:

1）Protože fokusovaný laser má mnohem vyšší hustotu výkonu než konvenční metody, má za následek vysokou rychlost svařování, malou tepelně ovlivněnou oblast a malou deformaci a může také svařovat obtížně svařitelné materiály, jako je titan.
2）Protože se paprsek snadno přenáší a ovládá, není třeba často vyměňovat svařovací pistole a trysky a pro svařování elektronovým paprskem není potřeba vakuum, což výrazně snižuje prostoje a pomocnou dobu, takže faktor zatížení a efektivita výroby jsou vysoké.
3） Díky čisticímu efektu a vysoké rychlosti chlazení má svarový šev vysokou pevnost, houževnatost a celkový výkon.
4） Vzhledem k nízkému průměrnému tepelnému příkonu a vysoké přesnosti zpracování lze snížit náklady na přepracování; kromě toho jsou provozní náklady laserového svařování také nízké, což může snížit náklady na zpracování obrobku.
5） Může účinně ovládat intenzitu paprsku a jemné polohování a je snadné realizovat automatický provoz.

Nevýhody laserového svařování hlubokou penetrací:

1) Hloubka svařování je omezená.

2) Sestava obrobku vyžaduje vysoké požadavky.

3) Jednorázová investice do laserového systému je poměrně vysoká