Метады зваркі мікра- і дробных дэталяў Лазерная зварка — гэта эфектыўны і дакладны метад зваркі, які выкарыстоўвае лазерны прамень высокай шчыльнасці энергіі ў якасці крыніцы цяпла. Гэта адно з важных прымяненняў тэхналогіі лазернай апрацоўкі матэрыялаў. У 1970-х гадах яна ў асноўным выкарыстоўвалася для зваркі тонкасценных матэрыялаў і нізкахуткаснай зваркі, прычым працэс зваркі адносіўся да тыпу цеплаправоднасці. У прыватнасці, лазернае выпраменьванне награвае паверхню дэталі, і цяпло на паверхні дыфузіруе ўнутр праз цеплаправоднасць. Кантралюючы такія параметры, як шырыня, энергія, пікавая магутнасць і частата паўтарэння лазерных імпульсаў, дэталь плавіцца, утвараючы спецыфічную расплаўленую ванну. Дзякуючы сваім унікальным перавагам, яна паспяхова ўжываецца для...дакладная зварка мікра- і дробных дэталяў.Кітайская тэхналогія лазернай зваркі знаходзіцца сярод самых перадавых у свеце. Яна дазваляе вырабляць складаныя кампаненты з тытанавых сплаваў плошчай больш за 12 квадратных метраў з дапамогай лазера і выкарыстоўваецца ў прататыпах і вытворчасці прадуктаў у рамках шматлікіх айчынных авіяцыйных даследчых праектаў. У кастрычніку 2013 года кітайскі эксперт па зварцы атрымаў прэмію Брука, вышэйшую акадэмічную ўзнагароду ў галіне зваркі, што пацвердзіла сусветны ўзровень лазернай зваркі Кітая.
## Гісторыя распрацоўкі Першы ў свеце лазерны прамень быў згенераваны ў 1960 годзе шляхам узбуджэння рубінавых крышталяў з дапамогай лямпы-імпульса. Абмежаваны цеплавой магутнасцю крышталя, ён мог генераваць толькі вельмі кароткія імпульсныя прамяні з нізкай частатой. Нягледзячы на тое, што імгненная пікавая энергія імпульсу магла дасягаць 10^6 Вт, яна ўсё роўна належала да нізкаэнергетычных. Крышталічны стрыжань з легаванага неадымам ітрыевага алюмініевага граната (Nd:YAG) з неадымам (Nd) у якасці ўзбуджальнага элемента можа генераваць бесперапынны лазерны прамень адной даўжыні хвалі магутнасцю 1-8 кВт. YAG-лазер з даўжынёй хвалі 1,06 мкм можа быць падключаны да лазернай апрацоўчай галоўкі праз гнуткае аптычнае валакно, што дазваляе выкарыстоўваць гнуткую кампаноўку абсталявання і падыходзіць для зваркі дэталяў таўшчынёй 0,5-6 мм. CO₂-лазер, які выкарыстоўвае вуглякіслы газ у якасці ўзбуджальніка (з даўжынёй хвалі 10,6 мкм), можа дасягнуць выходнай энергіі да 25 кВт і ажыццяўляць аднапраходную зварку з поўным пранікненнем пласцін таўшчынёй 2 мм. Ён шырока выкарыстоўваецца ў металаапрацоўцы ў прамысловым сектары. У сярэдзіне 1980-х гадоў лазерная зварка, як новая тэхналогія, прыцягнула шырокую ўвагу ў Еўропе, ЗША і Японіі. У 1985 годзе ThyssenKrupp Steel AG (Германія) і Volkswagen AG (Германія) сумесна паспяхова ўкаранілі першую ў свеце лазерна звараную загатоўку на кузаве Audi 100. У 1990-х гадах буйныя вытворцы аўтамабіляў у Еўропе, Паўночнай Амерыцы і Японіі пачалі шырока выкарыстоўваць тэхналогію лазерна звараных загатовак у вытворчасці кузаваў аўтамабіляў. Практычны вопыт як лабараторый, так і вытворцаў аўтамабіляў даказаў, што лазерна звараныя загатоўкі могуць быць паспяхова прыменены ў вытворчасці кузаваў аўтамабіляў. Лазерная зварка на заказ выкарыстоўвае лазерную энергію для аўтаматычнага зрошчвання і зварвання некалькіх відаў сталі, нержавеючай сталі, алюмініевых сплаваў і г.д. з рознымі матэрыяламі, таўшчынёй і пакрыццямі ў адзіную пласціну, профіль або сэндвіч-панэль. Гэта адпавядае розным патрабаванням да характарыстык матэрыялаў кампанентаў і дазваляе атрымаць лёгкае абсталяванне з найменшай вагой, аптымальнай структурай і найлепшымі характарыстыкамі. У развітых краінах, такіх як Еўропа і ЗША,лазерная зварка па замовевыкарыстоўваецца не толькі ў вытворчасці транспартнага абсталявання, але і шырока ўжываецца ў такіх галінах, як будаўніцтва, масты, вытворчасць зварных лістоў бытавой тэхнікі і зварка сталёвых лістоў на пракатных лініях (злучэнне лістоў пры бесперапыннай пракатцы). Сярод сусветна вядомых прадпрыемстваў па лазернай зварцы - Soudonic (Швейцарыя), ArcelorMittal Group (Францыя), ThyssenKrupp TWB (Германія), Servo-Robot (Канада) і Precitec (Германія). Ужыванне тэхналогіі лазернай зваркі нарыхтовак у Кітаі толькі пачалося. 25 кастрычніка 2002 года была афіцыйна ўведзена ў эксплуатацыю першая ў Кітаі прафесійная камерцыйная вытворчая лінія для лазернай зваркі нарыхтовак. Яна была прадстаўлена кампаніяй Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding ад ThyssenKrupp TWB (Германія). Пазней былі паслядоўна ўведзены ў эксплуатацыю Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. і іншыя прадпрыемствы. У 2003 годзе замежныя краіны рэалізавалі двухпрамянёвую зварку CO₂ лазерам з дапамогай прысадачнага дроту і...Зварка прысадачным дротам YAG-лазерадля канструкцыі ніжняй сценкі з алюмініевага сплаву A318. Гэтая тэхналогія замяніла традыцыйную клепаную канструкцыю, знізіўшы вагу фюзеляжа самалёта на 20% і зэканоміўшы 20% выдаткаў. Гун Шуйлі лічыў, што тэхналогія лазернай зваркі адыграе значную ролю ў трансфармацыі і мадэрнізацыі традыцыйнай авіяцыйнай прамысловасці Кітая. Ён неадкладна падаў заяўку на шэраг адпаведных пераддаследчых праектаў, арганізаваў даследчую групу і ўзяў на сябе ініцыятыву ва ўкараненні тэхналогіі «двухпрамянёвай лазернай зваркі» ў даследчыя праекты ў Кітаі. З самага пачатку ён планаваў ужыць гэтую тэхналогію ў авіябудаванні. Кітайская экспертная група паведаміла аб папярэдняй тэхналогіі ў інстытут праектавання самалётаў і прарэкламавала перавагі і магчымасць двухпрамянёвай лазернай зваркі. Пасля шматлікіх праверак і ацэнак праектны інстытут вырашыў ужыць гэтую тэхналогію для вырабу рабрыстых сценкавых панэляў для пэўнага самалёта, дасягнуўшы першапачатковай мэты прымянення тэхналогіі «двухпрамянёвай лазернай зваркі» ў авіябудаванні. Кампанія распрацавала ключавыя тэхналогіі, такія як дакладнае кіраванне лазернай зваркай прысадачнага дроту для лёгкіх сплаваў, распрацавала інтэграваную і інавацыйную гібрыдную прыладу для двухпрамянёвай лазернай зваркі прысадачнага дроту, стварыла першую ў Кітаі магутнай двухпрамянёвай платформу для лазернай зваркі прысадачнага дроту, рэалізавала двухпрамянёвую і двухбаковую сінхронную зварку Т-вобразных злучэнняў у вялікіх тонкасценных канструкцыях і ўпершыню паспяхова ўжыла яе для зваркі ключавых канструкцыйных дэталяў авіяцыйных рэбрыстых сценных панэляў, што адыграла важную ролю ў распрацоўцы новых самалётаў Кітая. У 2003 годзе першы айчынны буйны камплект абсталявання для лінейнай зваркі палос, прадастаўлены HG Laser, прайшоў аўтаномную прыёмку. Гэта абсталяванне аб'ядноўвае лазерную рэзку, зварку і тэрмічную апрацоўку, што робіць HG Laser адным з чацвёртых у свеце прадпрыемстваў, здольных вырабляць такое абсталяванне. У 2004 годзе праект «Магутная лазерная рэзка, зварка і камбінаваная тэхналогія і абсталяванне для рэзкі і зваркі» кампаніі HG Laser Farley Laserlab атрымаў другую прэмію Нацыянальнай прэміі за прагрэс у навуцы і тэхналогіях, што зрабіла яго адзіным лазерным прадпрыемствам у Кітаі з магчымасцямі даследаванняў і распрацовак гэтай тэхналогіі і абсталявання. З хуткім развіццём прамысловай лазернай прамысловасці рынак высунуў больш высокія патрабаванні да тэхналогіі лазернай апрацоўкі. Лазерная тэхналогія паступова перайшла ад аднаразовага прымянення да дыверсіфікаванага прымянення. Што тычыцца лазернай апрацоўкі, яна больш не абмяжоўваецца адзінарнай рэзкай або зваркай. Попыт на рынку інтэграванага абсталявання для лазернай апрацоўкі, якое спалучае рэзку і зварку, расце, і таму з'явілася інтэграванае абсталяванне для лазернай рэзкі і зваркі. HG Laser Farley Laserlab распрацавала інтэграваную машыну для рэзкі і зваркі Walc9030 звышвялікага фармату 9×3 метры, якая ў цяперашні час з'яўляецца найбуйнейшым у свеце інтэграваным абсталяваннем для лазернай рэзкі і зваркі. Walc9030 - гэта абсталяванне для рэзкі і зваркі вялікага фармату, якое інтэгруе...функцыі лазернай рэзкі і лазернай зваркіЁн абсталяваны прафесійнай рэжучай галоўкай і зварачнай галоўкай, прычым дзве апрацоўчыя галоўкі выкарыстоўваюць адзін прамень. Тэхналогія лікавага праграмнага кіравання гарантуе, што яны не перашкаджаюць адна адной. Абсталяванне можа адначасова выконваць два працэсы, якія патрабуюць рэзкі і зваркі. Яно можа свабодна пераключацца паміж спачатку рэзкай, а потым зваркай, або спачатку зваркай, а потым рэзкай, рэалізуючы функцыі лазернай рэзкі і зваркі з дапамогай аднаго абсталявання без неабходнасці дадатковага абсталявання. Гэта эканоміць выдаткі на абсталяванне для вытворцаў прымянення, павышае эфектыўнасць апрацоўкі і дыяпазон апрацоўкі. Больш за тое, дзякуючы інтэграцыі рэзкі і зваркі, дакладнасць апрацоўкі цалкам гарантавана, а праца абсталявання эфектыўная і стабільная. Акрамя таго, яно пераадолела цяжкасці цеплавой дэфармацыі пласцін падчас зваркі звышвялікіх пласцін і стабільна рэалізуе звышдоўгія аптычныя шляхі. Яно можа зварваць дзве плоскія пласціны даўжынёй 6 метраў і шырынёй 1,5 метра адначасова, прычым звараная паверхня гладкая і роўная без дадатковай пасляапрацоўкі. У той жа час яно можа рэзаць пласціны шырынёй 3 метры, даўжынёй больш за 6 метраў і таўшчынёй менш за 20 мм за адзін працэс фармавання без другаснага пазіцыянавання. Шэньянскі інстытут аўтаматызацыі Кітайскай акадэміі навук ажыццяўляў міжнароднае супрацоўніцтва з карпарацыяй IHI (Японія). Прытрымліваючыся нацыянальнай стратэгіі навукова-тэхналагічнага развіцця «ўкараненне, засваенне, паглынанне і рэінавацыя», ён пераадолеў некалькі ключавых тэхналогійлазерная зварка па замове, распрацавала першы ў Кітаі камплект поўных вытворчых ліній для лазернай зваркі па індывідуальных параметрах у верасні 2006 года і паспяхова распрацавала рабатызаваную сістэму лазернай зваркі, якая рэалізуе лазерную зварку плоскіх і прасторавых крывых. У кастрычніку 2013 года кітайскі эксперт па зварцы атрымаў прэмію Брука, найвышэйшую акадэмічную ўзнагароду ў галіне зваркі. Інстытут зваркі (TWI, Вялікабрытанія) штогод рэкамендуе і вылучае кандыдатаў з больш чым 4000 адзінак-членаў у больш чым 120 краінах і, нарэшце, прысуджае гэтую прэмію аднаму эксперту ў знак прызнання яго выдатнага ўкладу ў навуку і тэхналогію зваркі або злучэння і іх прамысловае прымяненне. Гэтая ўзнагарода з'яўляецца не толькі прызнаннем Гун Шуйлі і яго каманды, але і пацвярджэннем ролі AVIC у садзейнічанні прагрэсу ў тэхналогіі злучэння матэрыялаў.
## Структурныя параметры
### Працоўнае абсталяванне Яно складаецца з аптычнага генератара і асяроддзя, размешчанага паміж люстэркамі на абодвух канцах рэзанатара. Калі асяроддзе ўзбуджаецца да высокаэнергетычнага стану, яно пачынае генераваць сінфазныя светлавыя хвалі, якія адлюстроўваюцца паміж люстэркамі на абодвух канцах, утвараючы эфект фотаэлектрычнай канкатэнацыі. Гэта ўзмацняе светлавыя хвалі, і калі атрымліваецца дастаткова энергіі, выпраменьваецца лазер. Лазер таксама можна вызначыць як прыладу, якая пераўтварае першасныя крыніцы энергіі, такія як электрычная энергія, хімічная энергія, цеплавая энергія, светлавая энергія або ядзерная энергія, у электрамагнітныя прамяні выпраменьвання пэўных аптычных частот (ультрафіялетавае святло, бачнае святло або інфрачырвонае святло). Гэта пераўтварэнне можна лёгка ажыццявіць у пэўных цвёрдых, вадкіх або газападобных асяроддзях. Калі гэтыя асяроддзі ўзбуджаюцца ў выглядзе атамаў або малекул, яны ствараюць светлавы прамень з амаль аднолькавай фазай і амаль адной даўжынёй хвалі - лазер. Дзякуючы ўласцівасці сінфазнасці і адной даўжыні хвалі, кут разыходжання вельмі малы, і ён можа перадавацца на вялікую адлегласць, перш чым быць высока канцэнтраваным для выканання такіх функцый, як зварка, рэзка і тэрмічная апрацоўка. ### Класіфікацыя лазераў Для зваркі выкарыстоўваюцца два асноўныя тыпы лазераў: CO₂-лазеры і Nd:YAG-лазеры. Як CO₂-лазеры, так і Nd:YAG-лазеры — гэта нябачнае для няўзброенага вока інфрачырвонае святло. Прамень, які генеруецца Nd:YAG-лазерам, у асноўным уяўляе сабой блізкае інфрачырвонае святло з даўжынёй хвалі 1,06 мкм. Цеплаправоднікі маюць адносна высокі каэфіцыент паглынання святла гэтай даўжыні хвалі, і для большасці металаў каэфіцыент адлюстравання складае 20%-30%. Блізкі інфрачырвоны прамень можна сфакусаваць да дыяметра 0,25 мм з дапамогай стандартных аптычных лінзаў. Прамень CO₂-лазера — гэта далёкае інфрачырвонае святло з даўжынёй хвалі 10,6 мкм. Большасць металаў маюць каэфіцыент адлюстравання 80%-90% для гэтага тыпу святла, таму для факусоўкі прамяня да дыяметра 0,75-1,0 мм патрабуюцца спецыяльныя аптычныя лінзы. Магутнасць Nd:YAG-лазераў звычайна можа дасягаць каля 4000-6000 Вт, а максімальная магутнасць цяпер дасягнула 10 000 Вт. І наадварот, магутнасць CO₂-лазераў можа лёгка дасягаць 20 000 Вт і нават вышэй. Магутныя CO₂-лазеры вырашаюць праблему высокай адбівальнай здольнасці за кошт эфекту замочнай свідравіны. Калі паверхня матэрыялу, апрамененая светлавой плямай, плавіцца, утвараецца замочная свідравіна. Гэтая замочная свідравіна, запоўненая парай, падобная на чорнае цела, якое паглынае амаль усю энергію падаючага святла. Раўнаважная тэмпература ўнутры замочнай свідравіны дасягае каля 25 000°C, і адбівальная здольнасць хутка зніжаецца на працягу некалькіх мікрасекунд. Нягледзячы на тое, што распрацоўка CO₂-лазераў па-ранейшаму сканцэнтравана на распрацоўцы абсталявання і даследаваннях, гаворка ідзе ўжо не пра павелічэнне максімальнай выходнай магутнасці, а пра тое, як палепшыць якасць прамяня і яго факусоўку. Акрамя таго, калі аргон выкарыстоўваецца ў якасці ахоўнага газу для зваркі CO₂-лазерам магутнасцю больш за 10 кВт, ён часта індукуе моцную плазму, што памяншае глыбіню пранікнення. Таму гелій, які не генеруе плазму, часта выкарыстоўваецца ў якасці ахоўнага газу для зваркі CO₂-лазерам высокай магутнасці. Ужыванне камбінацый дыёдных лазераў для ўзбуджэння магутных крышталяў Nd:YAG з'яўляецца важнай тэмай даследаванняў і распрацовак, якая значна палепшыць якасць лазерных прамянёў і забяспечыць больш эфектыўную лазерную апрацоўку. Выкарыстанне прамых дыёдных масіваў для ўзбуджэння і вываду лазераў у блізкім інфрачырвоным дыяпазоне дазволіла дасягнуць сярэдняй магутнасці 1 кВт і эфектыўнасці фотаэлектрычнага пераўтварэння амаль 50%. Дыёды таксама маюць больш працяглы тэрмін службы (10 000 гадзін), што дапамагае знізіць выдаткі на абслугоўванне лазернага абсталявання. Распрацоўка абсталявання для цвёрдацельных лазераў з дыёднай накачкай (DPSSL) таксама прасоўваецца наперад.
Час публікацыі: 27 жніўня 2025 г.
