Mekanisme og kontrolteknologi Princip og karakteristika ved lasersvejsning

Udviklingstrenden og karakteristika ved moderne leveringsmidler er højhastighedsdrift og letvægtsstruktur. Som følge heraf er der blevet stillet højere krav til fremstillingen af ​​dets nøglestrukturer, såsom letvægts, monolitisk, høj pålidelighed, lang levetid og lavpris grøn fremstilling. Til dette formål, høj styrke og letvægts titanlegering, aluminiumslegering og andre typiske strukturelle materialer, høj energitæthed strålestrøm som svejsevarmekilden til højenergistrålesvejsning fremstilling af den overordnede struktur, et af resultaterne af avanceret fremstillingsteknologi til opfylde behovene i denne udvikling. Fremstilling af højenergistrålesvejsning med mange fordele, kendt som materialebearbejdning og avanceret fremstillingsteknologi med revolutionerende ændringer i den nye teknologi, især i de nye letvægtslegeringer i nøglestrukturen for svejseproduktionen har brede muligheder for anvendelse, på vegne af en af de store komplekse titanlegeringer, aluminiumslegeringer.
Forstærket vægplade eller hulrumsstruktur af laseren højhastigheds og effektiv svejsefremstilling. Laser er et højintensitets kohærent lys baseret på princippet om exciteret stråling af atomer, som frembringer et højintensitetslys ved at excitere det arbejdende stof. Udover at adlyde alle optikkens love, som almindeligt lys gør, har laseren en række andre egenskaber, der ikke findes i nogen anden lyskilde, såsom god retningsbestemthed, høj lysstyrke og god monokromaticitet. Det er laserens gode retning og høj lysstyrke udgør en høj koncentration af energi i rum og tid, kan transmitteres over lange afstande og har en høj energi eller høj intensitet, inden for materialebearbejdning (herunder svejsning) kan betragtes som en ideel varmekilde. Anvendelsen af ​​laser som en ny energi udvider i høj grad anvendelsesområdet for materialebearbejdning. Lasersvejsning er et af de vigtige aspekter af laseranvendelse.
Lasersvejsning er en slags brug efter fokusering med høj energitæthed (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) af laserstrålen som varmekilde til opvarmning af smeltningen af ​​emnets specielle smeltesvejsemetode. Det er en smeltesvejsning baseret på den fototermiske effekt, som forudsætter, at laseren absorberes af materialet og omdannes til den varmeenergi, der kræves til svejsningen. Normalt fører forskellige intensiteter af laserlys på overfladen af ​​materialet til forskellige fysiske fænomener, herunder overfladetemperaturstigning, smeltning, fordampning, dannelse af små huller og dannelse af fotoplasma osv. Disse fysiske fænomener bestemmer svejsningen proces termisk handling mekanisme, således at laser svejsning af eksistensen af ​​varmeledning svejsning og dybtsmeltende svejsning svejsning tilstand af de to former for svejsning. Overgangen mellem de to tilstande afhænger hovedsageligt af effekttætheden af ​​laserpletten, der virker på materialet.
For et givet materiale er der en specifik effekttæthedstærskel (0.5x10^6 til 10^7 W/cm for de fleste ståltyper). Når lasereffekttætheden påført materialet er under denne tærskel, absorberes laserenergien af ​​materialets overflade og overføres hurtigt til materialets indre og danner en termisk ledende svejsning med en relativt stor bredde og dybde. Når lasereffekttætheden påført materialet er højere end tærsklen, er overfladen af ​​emnet for sent til at overføre varme til materialet indeni, laserenergien vil få materialets overflade til at opvarme, smelte og fordampe hurtigt. Og efterhånden som laserenergien bliver ved med at blive tilført, dannes der små huller i retning af gennemtrængningstykkelsen. Hullet er omgivet af et flydende metalsmeltebassin, og hullet er fyldt med højtemperatur metaldamp og plasma. Ekspansionskraften af ​​højtemperatur-metaldampen og -plasmaet virker i forbindelse med tyngdekraften og overfladespændingen af ​​det flydende metal omkring hullet for at opretholde hullets stabile eksistens. De små huller bevæger sig langs svejseretningen, det bagerste smeltebassin afkøles hurtigt og størkner, og der dannes en dyb smeltet svejsning med en relativt stor dybde og bredde. Derfor er lasersvejsetilstanden relateret til lasereffekttætheden og svejselinjeenergien, der bestemmer den termiske virkningsmekanisme.
Når lasereffekttætheden er lavere end 10 ^ 6 W / cm, er laseropvarmning begrænset til metaloverfladen, kan nå smeltetærsklen for de fleste metaller, men ingen fordampning, denne gang metallet i den kontinuerlige virkning af laseren (nok linjeenergi), til termisk ledningssvejsetilstand for at danne en svejsning, svejsedannelsesmekanisme og konventionel smeltesvejsning. Termisk ledningssvejsning med laser bruges generelt til tætningssvejsning af elektroniske komponenter og svejsning af ultratynde materialer. Når lasereffekttætheden er højere end 10^6W/cm, får laseren metallet til at smelte og fordampe øjeblikkeligt, hvis linjeenergien er nok, producerer metaldampkraften små huller i det smeltede metal, og svejseprocessen danner svejsningen i tilstanden med dybdesmeltesvejsning med virkningen af ​​små huller. Dybt smelte svejsehul er omgivet af smeltet metal, fyldt med højtemperatur metaldamp og plasma, svejseproces hul af metal dampkraft og flydende metal tyngdekraft og overfladespændingsbalance for at opretholde det lille hul i laseren og den termiske kobling af materialet er den termiske virkning af laseren dyb smelte svejsning tilstand af den termiske virkning af mekanismen, hovedsagelig brugt i graden af ​​mere end 1 mm struktur af svejsningen.
Sammenlignet med traditionelle buesvejsemetoder har lasersvejseteknologien unikke fordele og er en avanceret svejseteknologi.
Lasersvejseteknologi har udviklet sig hurtigt i de sidste par årtier og har gradvist udviklet sig fra pulserende bølgesvejsning til kontinuerlig bølgesvejsning, højeffekt tyk plade, multistationssvejsning og er blevet meget brugt i luftfart, rumfart, bilindustrien, højhastighedstog. jernbaner og andre marker. Inden for fremstilling af militærfly har der været en betydelig vækst i anvendelsen af ​​lasersvejsning af aluminiumlegeringer og titanlegeringer, som tegner sig for henholdsvis mere end 60 % og 20 % af den strukturelle vægt af avancerede jagerfly. Lasersvejseteknologi kan erstatte den traditionelle nittemetode, betydelig vægtreduktion, omkostningsreduktion og forbedre materialeudnyttelsen. For eksempel kan Airbus A380 skrogvægplade gennem lasersvejsning reducere vægten med 15%, 15% omkostningsreduktion.
I Kina bliver storstilet strukturel svejsning af forstærket vægplade mere og mere populær i fly- og flådeanvendelser. Sammenlignet med mekanisk bearbejdning og nitningsmetoder sparer lasersvejsning ikke kun materialer, men forbedrer også komponentens letvægt og fremstillingsevne, forkorter forarbejdningscyklussen og reducerer produktionsomkostningerne. Imidlertid er lasersvejseprocessen kompleks, der involverer hurtig opvarmning, afkøling, materialefaseændringer, især for aluminiumlegeringer og titanlegeringer, på grund af høj reflektivitet, høj termisk ledningsevne og overfladespænding og andre karakteristika, hvilket bringer tekniske udfordringer såsom kontrol af svejsekvalitet og stabilitet, svejseprocesstabilitet, fejlkontrol er ikke moden, strukturel form opfylder ikke standarderne og andre problemer er fremtrædende. Grundårsagen til disse problemer ligger i manglen på grundforskning i svejsbarheden og mekaniske egenskaber af titanlegeringer og aluminiumslegeringer, hvilket resulterer i udmattelseslevetid, spændings- og deformationskontrol osv. Det er vanskeligt at opfylde de høje pålidelighedskrav til letvægts legeringskomponenter, og der er et stort kløft til det internationale niveau.