Кропкавая зварка — гэта хуткасны і эканамічна эфектыўны метад злучэння. Яна падыходзіць для злучэння тонкіх пласціністых кампанентаў з нахлестам, якія не патрабуюць герметычнасці. Існуе мноства відаў кропкавай зваркі, такіх як кантактная кропкавая зварка, дугавая кропкавая зварка, клеевая кропкавая зварка,кампазітная кропкавая зварка, і лазерная кропкавая зварка. У цяперашні час кантактная кропкавая зварка шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці. У аўтамабільнай прамысловасці, напрыклад, падчас зборкі кампанентаў кузава аўтамабіля патрабуецца ад 3000 да 4000 кропак зваркі, што патрабуе ад 250 да 300 робатаў, а таксама дапаможных сістэм кіравання і іншага дапаможнага абсталявання. Аднак кантактная кропкавая зварка мае нізкую гнуткасць. З хуткім эканамічным развіццём цыкл абнаўлення геаметрычных формаў і структур аўтамабільных кампанентаў стаў вельмі кароткім. Мадэрнізацыя новых прадуктаў і мадэляў патрабуе новага тыпу тэхналогіі кропкавай зваркі, якая з'яўляецца эфектыўнай і гнуткай. Такім чынам, тэхналогія лазернай кропкавай зваркі паступова трапляе ў цэнтр увагі і, як чакаецца, будзе шырока ўжывацца ў аўтамабільнай прамысловай вытворчасці. У аэракасмічнай галіне лазерная кропкавая зварка таксама праходзіць выпрабаванні ў якасці альтэрнатыўнай тэхналогіі. Доўгі час для злучэнняў унахлест аэракасмічнай прадукцыі звычайна выкарыстоўвалася заклёпванне, што ўключае ў сябе мноства вытворчых працэсаў і вялікую нагрузку. З ростам ужывання новых матэрыялаў, такіх як алюмініевыя сплавы, тытанавыя сплавы і кампазітныя матэрыялы, укараненне новых тэхналогій зваркі для замены традыцыйных метадаў злучэння стала асноўнай тэндэнцыяй. Гэта не толькі павышае эфектыўнасць вытворчасці, але і зніжае вагу канструкцыі і адпавядае новым патрабаванням да канструкцыйнага праектавання, што мае вялікае значэнне для аэракасмічнай прадукцыі. Высокая дакладнасць і высокая гнуткасць лазернай кропкавай зваркі даюць ёй значныя перавагі ў практычнай вытворчасці, асабліва ў авіяцыйнай прамысловасці, дзе яна можа замяніць традыцыйныя працэсы, такія як кантактная кропкавая зварка і клёпкі.
I. Вызначэнне і характарыстыкі лазернай кропкавай зваркі
Вызначэнне
Лазерная кропкавая зварка — гэта працэс плаўлення і злучэння дэталяў з дапамогай аднаго лазернага імпульсу (t > 1 мс) або серыі лазерных імпульсаў у адным і тым жа месцы.
Лазерная кропкавая зварка ў асноўным падобная на іншыя працэсы лазернай зваркі; адзінае адрозненне заключаецца ў тым, што падчас кропкавай зваркі няма адноснага зрушэння паміж лазерным прамянём і дэталлю. Лазерная кропкавая зварка падзяляецца на два тыпы: цеплаправодная зварка і зварка тыпу «замочная свідравіна». Пры цеплаправоднай кропкавай зварцы лазер можа толькі плавіць метал, не выпараючы яго. Гэты метад больш падыходзіць для зваркі металаў таўшчынёй менш за 0,5 мм, такіх як кропкавая зварка электронных кампанентаў Nd:YAG лазерам. Пры кропкавай зварцы тыпу «замочная свідравіна» лазер можа непасрэдна пранікаць унутр матэрыялу праз «замочную свідравіну», павялічваючы каэфіцыент выкарыстання лазернай энергіі і дасягаючы большай глыбіні пранікнення. Традыцыйная кантактная кропкавая зварка плавіць дэталі для ўтварэння зварных плям з выкарыстаннем цяпла, якое выпрацоўваецца электрычным токам, у той час як крыніцай цяпла лазернай кропкавай зваркі з'яўляецца лазернае выпраменьванне, што прыводзіць да значна розных формаў зварных плям.
Рэгуляваныя параметры лазернай кропкавай зваркі звычайна ўключаюць магутнасць лазера, час кропкавай зваркі і ступень расфакусоўкі. Для кропкавай зваркі ў імпульсным рэжыме параметры таксама ўключаюць форму хвалі імпульсу, частату і каэфіцыент запаўнення. Сярод іх магутнасць лазера ў асноўным уплывае на глыбіню пранікнення зварной плямы, у той час як час кропкавай зваркі больш уплывае на папярочны памер зварной плямы. Як правіла, чым даўжэйшы час дзеяння лазера, тым большы памер верхняй і ніжняй паверхняў зварной плямы і памер паверхні сплаўлення. Змены ступені расфакусоўкі ў асноўным уплываюць на дыяметр плямы і шчыльнасць энергіі, якая дзейнічае на паверхню апрацоўванай дэталі, тым самым аказваючы значны ўплыў на агульную форму зварной плямы.
Характарыстыкі
- З дапамогай лазера ў якасці крыніцы цяпла кропкавая зварка забяспечвае высокую хуткасць, высокую дакладнасць, нізкае цеплаўкладанне і мінімальную дэфармацыю дэталі.
- Ступень свабоды ў пазіцыях кропкавай зваркі значна палепшана, што дазваляе выконваць кропкавую зварку ва ўсіх пазіцыях і лёгка рэалізоўваць яе.аднабаковая кропкавая зварка, тым самым значна пашыраючы свабоду дызайну прадуктаў.
- Лазерная кропкавая зварка мае нізкія патрабаванні да памеру нахлесточных злучэнняў. Існуюць мінімальныя абмежаванні на такія параметры, як колькасць нахлесточных злучэнняў і адлегласць паміж кропкамі зваркі, і няма неабходнасці ўлічваць уплыў шунтавання току.
- Для зваркі пласцін неаднолькавай таўшчыні, разнастайных матэрыялаў і спецыяльных матэрыялаў (алюмініевых сплаваў, ацынкаваных лістоў) лазерная кропкавая зварка працуе лепш, чым традыцыйныя метады кропкавай зваркі.
- Яно не патрабуе вялікай колькасці дапаможнага абсталявання, можа хутка адаптавацца да зменаў у прадукце і задавальняць патрабаванні рынку.
II. Аналіз дэфектаў лазернай кропкавай зваркі
Трэшчыны, пары і прагіны — найбольш распаўсюджаныя дэфекты пры лазернай кропкавай зварцы, якія будуць прааналізаваны ніжэй.
1. Расколіны
Расколіны падзяляюцца на паверхневыя і падоўжныя. Хуткасці нагрэву і астуджэння падчас лазернай кропкавай зваркі вельмі высокія, што прыводзіць да вялікага градыенту тэмператур паміж нагрэтай зонай і навакольным металам, што лёгка прыводзіць да ўтварэння расколін. Узнікненне расколін цесна звязана з матэрыялам; напрыклад, алюмініевыя сплавы маюць значна большую схільнасць да расколін падчас лазернай кропкавай зваркі, чым нержавеючая сталь. Эфектыўным метадам падаўлення ўтварэння расколін з'яўляецца аптымізацыя формы імпульснай хвалі для кантролю хуткасці астуджэння ў працэсе зацвярдзення металу і зніжэння ўнутраных напружанняў.
2. Поры
Парыстыя дэфекты (поры) у лазернай кропкавай зварцы можна падзяліць на дробныя і буйныя. Дробныя пары ў асноўным выкліканыя зніжэннем растваральнасці вадароду ў вадкім метале падчас яго зацвярдзення, а таксама хуткім выпарэннем металу ў замочнай адтуліне і парушэннем расплаўленай ванны. Вялікія пары ў асноўным з'яўляюцца з-за занадта хуткай хуткасці астуджэння падчас лазернай кропкавай зваркі, з-за чаго метал вакол замочнай адтуліны не мае дастаткова часу для запаўнення. Як правіла, дробныя пары схільныя да ўтварэння пры доўгаімпульснай кропкавай зварцы, у той час як буйныя пары, верагодна, узнікаюць пры кароткаімпульснай кропкавай зварцы.
Пры лазернай кропкавай зварцы найбольш верагодна з'яўленне пор: адно — паблізу зоны сплаўлення ў сярэдзіне плямы зваркі, а другое — у корані шва. Здымкі плаўлення, атрыманыя з дапамогай рэнтгенаўскага даследавання, паказваюць, што поры паблізу зоны сплаўлення ў асноўным выкліканыя звужэннем пры зачыненні замочнай адтуліны; поры ў корані шва ўтвараюцца ў асноўным з-за разбурэння замочнай адтуліны з-за хуткага знікнення лазера пасля ўтварэння замочнай адтуліны.
3. Правісанне
Прагінанне — відавочная з'ява пры лазернай кропкавай зварцы. Цэнтральнае прагінанне на паверхні зварной плямы і назапашванне металу вакол яе выклікаюцца сілай аддачы, якая ўзнікае пры выпарэнні металу, што выштурхвае вадкі метал да паверхні зварной плямы. Падчас працэсу астуджэння назапашаны метал на паверхні хутка застывае і не можа быць цалкам запоўнены. Акрамя таго, страта матэрыялу, выкліканая хуткім выпарэннем і распырскваннем металу, з'яўляецца яшчэ адным фактарам, які спрыяе цэнтральнаму прагіну. Час імпульсу аказвае значны ўплыў як на прагінанне паверхні зварной плямы, так і на ўтварэнне пор. Здавальняючыя зварныя плямы можна атрымаць, аптымізаваўшы форму хвалі імпульсу і час.
4. Уплыў ступені расфакусоўкі на зварныя плямы
Змены ступені расфакусоўкі непасрэдна ўплываюць на дыяметр плямы і шчыльнасць энергіі. Калі ступень расфакусоўкі павялічваецца як у адмоўным, так і ў станоўчым напрамках, гэта азначае павелічэнне дыяметра плямы, а памяншэнне шчыльнасці энергіі. Падчас лазернай кропкавай зваркі існуе пэўная залежнасць паміж дыяметрам плямы і памерам пачатковай замочнай адтуліны, утворанай лазерам, які падае на выпрабавальны ўзор, у той час як шчыльнасць энергіі вызначае хуткасць пашырэння расплаўленай ванны. Калі абсалютнае значэнне ступені расфакусоўкі малое, дыяметр лазернай плямы малы, шчыльнасць магутнасці лазера высокая, і хуткасць пашырэння расплаўленай ванны зварной плямы высокая, але дыяметр пачатковай замочнай адтуліны малы. І наадварот, калі ступень расфакусоўкі вялікая, дыяметр пачатковай замочнай адтуліны вялікі, але хуткасць пашырэння расплаўленай ванны запавольваецца, і атрыманы памер зварной плямы можа быць невялікім. Такім чынам, пры змене ступені расфакусоўкі комплексны ўплыў дыяметра плямы і шчыльнасці паверхневай магутнасці зварной плямы вызначае памер зварной плямы.
III. Ужыванне тэхналогіі лазернай кропкавай зваркі
Лазерная кропкавая зварка характарызуецца высокай хуткасцю, вялікай глыбінёй пранікнення, мінімальнай дэфармацыяй і можа выконвацца пры пакаёвай тэмпературы або ў спецыяльных умовах з дапамогай простага зварачнага абсталявання. Акрамя таго, з'яўленне высокачастотных імпульсных лазераў (з частатой вышэй за 40 імпульсаў у секунду) дазволіла шырока ўжываць лазерную кропкавую зварку пры зборцы і зварцы мікра- і дробных кампанентаў у масавай аўтаматызаванай вытворчасці. Пры зварцы невялікіх электронных кампанентаў, якія патрабуюць невялікай зоны цеплавога ўздзеяння, такіх як злучэнне паміж шклом і металам, злучэнне стыкаў у цеплаадчувальных паўправадніковых схемах і злучэнне паміж рознымі металамі ў правадах, лазерная кропкавая зварка мае больш пераваг, чым традыцыйныя працэсы кропкавай зваркі (напрыклад, кантактная кропкавая зварка), бо мае чыстыя зварныя кропкі і высокую якасць зваркі. На малюнку 6-60 паказаны прыклад прымянення лазернай кропкавай зваркі ў вытворчасці аўтамабільных фар: цвёрдацельны імпульсны лазер магутнасцю 500 Вт генеруе чатыры падобныя зварныя кропкі з вельмі высокай частатой імпульсаў.
Пры выкананні высокадакладнай кропкавай зваркі мікраструктур з выкарыстаннем высокай энергіі імпульсаў імпульсныя Nd:YAG-лазеры маюць тэхнічныя і эканамічныя перавагі. У большасці прамысловых прымяненняў кропкавай зваркі ў асноўным выкарыстоўваюцца імпульсныя цвёрдацельныя лазеры са сярэдняй магутнасцю 50 Вт і магутнасцю імпульсаў > 2 кВт. Лазер можа ўздзейнічаць непасрэдна на апрацоўваную дэталь праз аптычныя валокны або камбінаваныя факусуючыя лінзы.
Лазерная кропкавая зварка прымяняецца да шырокага спектру матэрыялаў. Напрыклад, пры кропкавай зварцы літыевых акумулятараў з выкарыстаннем Nd:Тэхналогія кропкавай зваркі YAG-лазерамЗлучэнне розных металаў больш эфектыўнае, чым зварка TIG і кропкавая зварка кантактным рэчывам. У прыватнасці, паколькі для перадачы лазераў падчас вытворчасці выкарыстоўваюцца аптычныя валокны, зручна хутка і гнутка перамяшчацца паміж рознымі рабочымі сталамі.
Карацей кажучы, лазерная кропкавая зварка мае наступныя характарыстыкі:
- З павелічэннем магутнасці лазера дыяметр паверхні зварной плямы вагаецца ўверх і ўніз, у той час як дыяметр паверхні сплаўлення і ніжняй паверхні павялічваюцца павольна. Змена формы папярочнага сячэння зварной плямы непрыкметная. Па меры павелічэння працягласці выпраменьвання памер зварной плямы павялічваецца хутка, і хуткасць змены дыяметра паверхні сплаўлення большая, чым дыяметраў верхняй і ніжняй паверхняў. Змена ступені расфакусоўкі аказвае значны ўплыў на памер зварной плямы. Гэта непасрэдна змяняе дыяметр плямы і шчыльнасць магутнасці лазера, і комплексны ўплыў гэтых двух фактараў вызначае памер зварной плямы.
- У выпадку поўнага праварвання на паверхні лазернай кропкавай зваркі назіраюцца відавочныя прагіны. З павелічэннем магутнасці і працягласці лазера глыбіня прагінаў на паверхні зварной плямы павялічваецца. Пры вялікім працягласці або памеры зазору ніжняя паверхня таксама можа мець паглыбленне.
- Па меры павелічэння зазору становяцца відавочнымі агульная дэфармацыя зварной плямы, цэнтральнае прагінанне і ўвагнутасць. Паверхня сплаўлення сціскаецца, і трываласць хутка зніжаецца. У цяперашні час пры зварцы рэзістараў, батарэй і ў электроннай галіне звычайна выкарыстоўваецца працэс адначасовай зваркі двух кропак, які звычайна выкарыстоўвае канструкцыю з двума крыніцамі лазернага выпраменьвання.
Час публікацыі: 27 кастрычніка 2025 г.
