Kimpalan laser

Dalam kaedah kimpalan laser, pancaran cahaya pekat dengan ketumpatan tenaga tinggi (diameter rasuk 0.1 ... 2 mm) digunakan untuk menyambung bahagian. Mengikut jenis pancaran cahaya, kimpalan laser boleh berdenyut dan berterusan. Sambungan titik dikimpal dengan cara berdenyut, untuk jahitan berterusan sinaran berkala atau berterusan digunakan. Kimpalan nadi juga digunakan apabila perlu untuk memastikan ubah bentuk minimum daripada pemanasan suhu dan ketepatan yang tinggi, secara berterusan — untuk kimpalan berkelajuan tinggi dalam pengeluaran bersiri atau besar-besaran.

Kimpalan laser digunakan untuk menyambung pelbagai bahan: keluli, titanium, aluminium, logam refraktori, tembaga, aloi logam, logam berharga, dwilogam, dengan ketebalan puluhan hingga beberapa milimeter. Walau bagaimanapun, kimpalan laser logam reflektif seperti aluminium dan tembaga agak sukar. Kimpalan laser logam ditunjukkan dalam rajah. 2.

Kimpalan logam aktif dilakukan menggunakan gas pelindung dalam bentuk jet yang diarahkan di kawasan pendedahan kepada pancaran cahaya.

Foto 1 — Kimpalan dalam laser keadaan pepejal: 1 — medium aktif (delima, garnet, neodymium), 2 — lampu pam, 3 — cermin legap, 4 — cermin lut sinar, 5 — gentian optik, 6 — sistem optik, 7 — perincian, 8 — pancaran laser pada titik fokus, 9, 10 — pemisah pancaran laser.

Foto 2 — Kebolehkimpalan bahan

Mengikut kedalaman penembusan, terdapat tiga jenis kimpalan laser:

1) kimpalan mikro (kurang daripada 100 mikron),

2) kimpalan mini (0.1 ... 1 mm),

3) kimpalan makro (lebih daripada 1 mm).

Oleh kerana kedalaman penembusan biasanya tidak melebihi 4 mm, kimpalan laser digunakan secara meluas terutamanya dalam pembuatan alat ketepatan, dalam pembuatan peranti elektronik, jam tangan, dalam pembinaan pesawat, dalam industri automotif, dalam kimpalan paip, dan juga digunakan secara meluas dalam industri perhiasan.

Sebelum mengimpal punggung dan bertindih, pastikan jurang 0.1 ... 0.2 mm. Dengan jurang yang besar, keletihan dan kekurangan sintesis mungkin berlaku.

Parameter utama mod kimpalan laser ialah:

1) tempoh nadi dan tenaga,

2) kekerapan nadi,

3) diameter pancaran cahaya,

4) jarak dari bahagian terkecil rasuk fokus ke permukaan,

5) kelajuan kimpalan. Ia mencapai 5 mm / s. Untuk meningkatkan kelajuan, frekuensi nadi meningkat atau mod berterusan digunakan.

Industri menggunakan 2 jenis laser untuk kimpalan laser:

1) keadaan pepejal - laser ruby, neodymium dan YAG (berdasarkan yttrium aluminium garnet);

2) gas CO2 laser.

Baru-baru ini, mesin kimpalan laser juga muncul, unsur aktifnya adalah gentian optik yang diperbuat daripada kuarza.Laser sedemikian membolehkan kimpalan bahan "bermasalah" - tembaga dan loyang dengan pemantulan tinggi, titanium.

Keupayaan pelbagai mesin kimpalan laser ditunjukkan dalam Jadual 1 dan 2.

Contoh mod kimpalan laser gas CO2 ditunjukkan dalam Jadual 3.

Jadual 1 — Ketebalan kepingan dan kuasa laser kimpalan

Jadual 2 — Kebolehgunaan laser

Jadual 3 — Mod kimpalan punggung laser dengan laser gas

Diameter pancaran laser biasanya 0.3 mm. Kimpalan punggung yang dikimpal dengan rasuk yang lebih kecil daripada 0.3 mm mungkin mempunyai kekurangan lekatan dan kekurangan penembusan. Kimpalan dengan laser sehingga 10 kW biasanya dilakukan tanpa pengisi.

Oleh kerana kawasan kecil yang terjejas oleh haba semasa kimpalan laser, kimpalan menyejuk dengan cepat. Ini boleh membawa kesan negatif dan positif terhadap kualiti sambungan yang dikimpal. Banyak logam memberikan sifat fizikal dan mekanikal terbaik dengan penyejukan pantas sendi. Walau bagaimanapun, apabila mengimpal keluli tahan karat, ini boleh menyebabkan keretakan kimpalan. Meningkatkan lebar nadi kepada 10 ms dan pemanasan awal membantu untuk menghapuskan fenomena ini.

Dengan pilihan bahan dan mod kimpalan yang tepat, kimpalan laser menghasilkan jahitan dengan kualiti tertinggi.

Sistem laser boleh dibahagikan kepada 3 kategori:

1) Peranti penutup. Dalam peranti sedemikian, bahan kerja diletakkan di dalam ruang tertutup khas yang mengandungi suasana neutral pelindung dan pancaran laser. Pengimpal boleh mengawal dan memantau proses kimpalan menggunakan sistem optik khas.

2) Peranti yang dimaksudkan untuk kimpalan luar.Pancaran laser mempunyai beberapa darjah kebebasan dan menghasilkan pergerakan yang diprogramkan. Zon kimpalan dilindungi oleh aliran gas.

3) Peranti yang dimaksudkan untuk kimpalan laser manual. Obor laser sangat serupa dengan obor kimpalan TIG. Pancaran laser dihantar ke obor menggunakan gentian optik. Semasa mengimpal, pengimpal memegang obor laser dalam satu tangan dan bahan pengisi di tangan yang lain.

Jadual 4 — Perbandingan pelbagai jenis kimpalan laser

Kelebihan kimpalan laser termasuk:

1) kawasan kecil kesan haba pancaran laser pada bahan dan, akibatnya, ubah bentuk haba yang tidak ketara;

2) kemungkinan mengimpal di tempat yang sukar dicapai, dalam persekitaran yang telus kepada sinaran laser (kaca, cecair, gas);

3) kimpalan bahan magnetik;

4) diameter kecil pancaran cahaya, kemungkinan kimpalan mikro, jahitan kimpalan sempit dengan ciri estetik yang baik;

5) keupayaan untuk mengautomasikan proses;

6) manipulasi fleksibel pancaran cahaya melalui penghantaran optik;

7) fleksibiliti peralatan laser (kemungkinan penggunaan untuk kimpalan dan pemotongan laser, penandaan dan penggerudian);

8) kemungkinan mengimpal bahan yang berbeza.

Kelemahan kimpalan laser:

1. Kos tinggi dan kerumitan peralatan laser.

2. Keperluan tinggi untuk penyediaan, pembersihan tepi kimpalan.

3. Ketidakmungkinan mengimpal bahagian berdinding tebal, kuasa tidak mencukupi.Meningkatkan kuasa laser kimpalan adalah terhad oleh fakta bahawa dengan kesan pancaran laser yang lebih kuat pada logam, ia secara aktif bertaburan di zon kimpalan, yang merosakkan sistem optik peranti dan menyahaktifkan laser dalam masa beberapa jam. .