Механизм и технология управления, принцип и характеристики лазерной сварки

Тенденцией развития и характеристиками современных средств доставки являются высокая скорость работы и легкая конструкция. В результате к изготовлению его ключевых конструкций были выдвинуты более высокие требования, такие как легкое, монолитное, высоконадежное, долговечное и недорогое «зеленое» производство. С этой целью высокопрочный и легкий титановый сплав, алюминиевый сплав и другие типичные конструкционные материалы, ток луча с высокой плотностью энергии в качестве источника сварочного тепла при изготовлении высокоэнергетической лучевой сварки всей конструкции являются одним из результатов передовой технологии производства. соответствовать потребностям этого развития. Производство высокоэнергетической лучевой сварки со многими преимуществами, известными как обработка материалов и передовые технологии производства с революционными изменениями в новой технологии, особенно в новых легких сплавах в ключевой структуре сварочного производства, имеет широкие перспективы для применения, от имени одного крупных сложных титановых сплавов, алюминиевых сплавов.
Усиленная стеновая пластина или полостная конструкция, изготовленная с помощью лазерной высокоскоростной и эффективной сварки. Лазер — это когерентный свет высокой интенсивности, основанный на принципе возбужденного излучения атомов, который производит свет высокой интенсивности за счет возбуждения рабочего вещества. Помимо того, что он подчиняется всем законам оптики, как обычный свет, он обладает рядом других характеристик, которых нет ни в одном другом источнике света, таких как хорошая направленность, высокая яркость и хорошая монохроматичность. Хорошее направление лазера и высокая яркость представляют собой высокую концентрацию энергии в пространстве и времени, могут передаваться на большие расстояния и имеют высокую энергию или высокую интенсивность, что в области обработки материалов (включая сварку) можно рассматривать как идеальный источник тепла. Применение лазера как новой энергии значительно расширяет область применения обработки материалов. Лазерная сварка является одним из важных аспектов применения лазера.
Лазерная сварка представляет собой разновидность использования после фокусировки с высокой плотностью энергии (10^6~10^12 Вт/см) лазерного луча в качестве источника тепла для нагрева плавления заготовки специальным методом сварки плавлением. Это сварка расплавом, основанная на фототермическом эффекте, предполагающая поглощение лазера материалом и преобразование в тепловую энергию, необходимую для сварки. Обычно различная интенсивность лазерного света на поверхности материала приводит к различным физическим явлениям, включая повышение температуры поверхности, плавление, испарение, образование небольших отверстий, генерацию фотоплазмы и т. д. Эти физические явления определяют процесс сварки. процесс термического механизма действия, так что лазерная сварка существования сварки теплопроводности и режима сварки глубокого плавления двух видов сварки. Переход между двумя режимами зависит главным образом от плотности мощности лазерного пятна, воздействующего на материал.
Для данного материала существует определенный порог плотности мощности (0, от 5x10^6 до 10^7 Вт/см для большинства сталей). Когда плотность мощности лазера, приложенного к материалу, ниже этого порога, энергия лазера поглощается поверхностью материала и быстро передается внутрь материала, образуя теплопроводящий сварной шов относительно большой ширины и глубины. Когда плотность мощности лазера, приложенная к материалу, превышает пороговое значение, поверхность заготовки слишком поздно передает тепло материалу внутри, энергия лазера приводит к быстрому нагреву, плавлению и испарению поверхности материала. По мере того как энергия лазера продолжает поступать, в направлении толщины проникновения образуются небольшие отверстия. Отверстие окружено ванной расплава жидкого металла и заполнено высокотемпературными парами металла и плазмой. Сила расширения паров и плазмы высокотемпературного металла действует в сочетании с гравитацией и поверхностным натяжением жидкого металла вокруг отверстия, поддерживая стабильное существование отверстия. Маленькие отверстия движутся в направлении сварки, задняя сварочная ванна быстро охлаждается и затвердевает, и образуется глубокий расплавленный шов относительно большой глубины и ширины. Таким образом, режим лазерной сварки связан с плотностью мощности лазера и энергией сварочной линии, которые определяют механизм теплового воздействия.
Когда плотность мощности лазера ниже 10^6 Вт/см, лазерный нагрев ограничивается поверхностью металла, может достигать порога плавления большинства металлов, но без испарения, на этот раз металл при непрерывном воздействии лазера (достаточно энергия линии), режим теплопроводной сварки для формирования сварного шва, механизм формирования сварного шва и обычная сварка расплавом. Лазерная теплопроводная сварка обычно используется при сварке герметизирующих электронных компонентов и сварке сверхтонких материалов. Когда плотность мощности лазера превышает 10^6 Вт/см, лазер мгновенно плавит и испаряет металл. Если энергии линии достаточно, сила паров металла создает крошечные отверстия в расплавленном металле, и в процессе сварки образуется сварной шов. в режиме сварки глубоким расплавом с эффектом мелких отверстий. Отверстие для сварки глубокого расплава окружено расплавленным металлом, заполнено высокотемпературными металлическими парами и плазмой, отверстие процесса сварки за счет силы пара металла, гравитации жидкого металла и баланса поверхностного натяжения для поддержания небольшого отверстия в лазере и термического соединения материала. термическое воздействие лазерной сварки глубоким расплавом, режим теплового воздействия механизма, в основном используется при толщине сварной структуры более 1 мм.
По сравнению с традиционными методами дуговой сварки технология лазерной сварки имеет уникальные преимущества и является передовой технологией сварки.
Технология лазерной сварки быстро развивалась за последние несколько десятилетий, постепенно переходя от импульсно-волновой сварки к непрерывной сварке толстых листов высокой мощности, многостанционной сварке, и широко использовалась в авиации, аэрокосмической, автомобильной, высокоскоростной сварке. железные дороги и другие отрасли. В военном авиастроении значительно возросло применение лазерной сварки алюминиевых и титановых сплавов, на долю которых приходится более 60% и 20% конструкционной массы перспективных истребителей соответственно. Технология лазерной сварки может заменить традиционный метод клепки, значительно снизить вес, снизить затраты и улучшить использование материала. Например, стеновая пластина фюзеляжа Airbus A380 с помощью лазерной сварки может снизить вес на 15%, а стоимость снизиться на 15%.
В Китае крупномасштабная конструкционная сварка усиленных стеновых панелей становится все более популярной в авиации и военно-морском флоте. По сравнению с механической обработкой и методами клепки лазерная сварка не только экономит материалы, но и повышает вес и технологичность деталей, сокращает цикл обработки и снижает производственные затраты. Однако процесс лазерной сварки сложен и включает в себя быстрый нагрев, охлаждение, фазовые изменения материала, особенно для алюминиевых и титановых сплавов, из-за высокой отражательной способности, высокой теплопроводности, поверхностного натяжения и других характеристик, что создает технические проблемы, такие как контроль качества сварки. и стабильность, стабильность сварочного процесса, контроль дефектов не является зрелым, форма конструкции не соответствует стандартам и другие проблемы. Основная причина этих проблем заключается в отсутствии фундаментальных исследований свариваемости и механических свойств титановых и алюминиевых сплавов, что приводит к усталостной долговечности соединений, контролю напряжений и деформаций и т. д. Трудно удовлетворить высокие требования надежности легких материалов. компоненты сплава, и существует большой разрыв с международным уровнем.