Лазерното заваряване е метод за свързване на два материала чрез използване на лазерен лъч като концентриран топлинен източник за стопяване и сливане на материалите в тяхната контактна точка. Той предлага предимства пред традиционните техники за заваряване като по-бърза скорост, по-лесна автоматизация, подобрено качество и прецизност и разширени възможности за материали.Студено лазерно заваряванесе отнася до подгрупа от методи за лазерно заваряване, които включват много по-ниско входяща топлина в сравнение със стандартното лазерно заваряване. Но как работи и какви са основните техники за студено лазерно заваряване, използвани днес?
По-ниско входяща топлина
По дефиниция, студеното лазерно заваряване използва значително по-малко лазерна плътност на мощността и входяща топлина, отколкото методите за заваряване с по-горещ синтез. Това позволява по-чувствителни на топлина материали като пластмаси или тънки фолиа да бъдат съединени с по-малко деформации, изгаряне или други топлинни повреди в сравнение с по-горещо лазерно заваряване.[1]
Типичните техники за студено лазерно заваряване осигуряват само 25-30% от енергията, използвана при конвенционалното лазерно заваряване. Това се равнява на плътност на мощността под 1 мегават на квадратен сантиметър и пикови температури под 2500 градуса F на повърхностите на линията на свързване.[2]
По-ниската топлина минимизира изкривяването на детайлите и рисковите металургични промени в компонентите, които се заваряват. Той също така позволява успешни връзки в силно отразяващи материали като алуминий или мед, които обикновено биха отклонили по-големи количества лазерна енергия, вместо да я абсорбират.[3]
Основни техники за студено лазерно заваряване
Трите основни категории лазерно заваряване, считани за студени техники, включват:
1. Лазерно заваряване с ниска мощност
Това включва намаляване на плътността на мощността на стандартните твърдотелни или оптични лазери до 0.5 мегавата на cm2 или по-малко. Позволява заварки с дълбочина до 0.5 mm, като същевременно минимизира подаването на топлина и металургичното въздействие върху чувствителните сплави.[4]
2. Сканиращо лазерно заваряване
Този метод бързо осцилира или сканира лазерния лъч върху шева, докато импулсира. Комбинацията от по-широк лъч и бързо движение ограничава входящата топлина въпреки използването на плътност на мощността над 2 мегавата на cm2. Той улеснява заваряването на екзотични аерокосмически сплави и батерии.[5]
3. Лазерно микрозаваряване
Това използва инфрачервени лазерни диоди, излъчващи дължини на вълните, настроени към пиковете на абсорбция на полимерите. Внимателното контролиране на емисиите под 150 вата създава тесни заварки с дълбочина под 0,1 mm, но достатъчно здрави за компоненти като медицински катетри и микроелектроника.[6],[7]
Предимства спрямо стандартното лазерно заваряване
Въпреки че максималните скорости и дълбочини на заваряване са ограничени, студените лазерни техники предлагат предимства, включително:
- Минимизиране на изкривяването на детайлите и вредните металургични промени
- Избягване на топлинни щети и загуба на температура в чувствителни сплави
- Улесняване на силни прецизни връзки в силно отразяващи и проводими материали, които преди това не са били заварявани
- Съединяване на двойки термопластични и полимерни различни материали, склонни към термично разграждане
- Позволява автоматизирано заваряване на изключително тънки фолиа до 0.05 mm дебелина [8]
Така че студеното лазерно заваряване запълва важна ниша - улеснява сложното свързване на метали, пластмаси и смеси от материали, несъвместими с по-горещите конвенционални методи за лазерно заваряване.
Приложения, които се възползват
Авиокосмическата, електронната и медицинската промишленост по-специално възприемат решения за студено лазерно заваряване, за да се възползват от предимствата като позволяване на взискателни материални съединения с минимално изкривяване на малки, сложни компоненти.
Примерните приложения включват:
- Херметично запечатване на титаниеви корпуси на пейсмейкър [9]
- Заваръчни външни вакуумни камери за масспектрометри [10]
- Свързване на намотки от никелово фолио в електрически генератори при запазване на магнитните свойства [11]
- Запечатващи полимери в пластири за доставяне на лекарства без втечняващи топлината лепила [12]
Така че, докато работят в по-малки мащаби, студените лазерни техники позволяват критични за мисията връзки в сплави от космически клас, диагностични инструменти и животоспасяващи медицински компоненти, където поддържането на свойствата и размерите на основния материал е от първостепенно значение.
В обобщение
Студеното лазерно заваряване използва лазерни техники с намалена енергийна плътност, които ограничават входящата топлина по време на прецизно заваряване. Поддържането на ниски температури минимизира изкривяването на частите и металургичните щети, като същевременно позволява свързване в силно отразяващи и термично чувствителни компоненти, които преди това бяха забранени за заваряване с горещо топене. Въпреки че работи в микромащаби, студеният лазер позволява сложно свързване на двойки от екзотични и различни материали, критични за приложения от сателити до хирургически импланти.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. е високотехнологично предприятие, специализирано в научноизследователска и развойна дейност, производство и продажба на автоматична машина за лазерно облицоване, високоскоростна лазерна машина за облицовка, машина за лазерно охлаждане, машина за лазерно заваряване и оборудване за лазерно 3D принтиране. Нашите продукти са рентабилни и се продават в страната и чужбина. Ако се интересувате от нашите продукти, моля свържете се с нас наbob@gshenglaser.com.
Препратки:
[1] Катаяма, С. Наръчник за технологии за лазерно заваряване. Издателство Woodhead. 2013. стр. 342.
[2] Ion JC лазерна обработка на инженерни материали: принципи, процедура и промишлено приложение. Elsevier. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Лазерно заваряване: Практическо ръководство. Издателство Woodhead. 1992. стр. 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Техники за свързване на различни материали: метали и полимери. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Усъвършенствани техники за лазерно заваряване на прозрачни полимери. Процедура по физика. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Напредък и скорошни иновации в технологията за заваряване с лазерен лъч. Оптика и лазери в техниката. 2021 г.; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Лазерно заваряване на полимери с помощта на високоинтензивни лазери. Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019;14(1):1-6.
[8] Катаяма С. Явления на лазерно заваряване при заваряване на тънко фолио. Журнал за лазерни приложения. 2011 юни 1;23(2):022005.
[9] L съответно ampe T, Roos E. Изследвания върху заваряване чрез стопяване на титанови сплави за пейсмейкъри. Материали за медицински устройства II: доклади от конференцията за материали и процеси за медицински изделия. 8 ноември 2004 г., стр. 12-6.
[10] Synowicki RA. Проблеми с материалите за заварени титанови вакуумни камери в приложения за масспектрометрия. 18-та тематична среща за науката за енергията от термоядрения синтез. 1999 28 октомври.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Лазерно заваряване на електрически стомани и неговите технологични последици върху променливотокови магнитни ядра. IEEE Transactions on Magnetics. 1992 септември;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Използване на процес на лазерно трансмисионно заваряване за запечатване на протезни устройства за имплантиране. Заявка за патент на САЩ US 06/938,069. 1974 4 декември.