Увидев в первой статье обычные методы сварки , давайте сосредоточимся на лазере. Этот метод, разработанный в конце 20-го века, имеет много преимуществ. Каковы его применения сегодня? Какие задачи еще предстоит решить этой технологии и благодаря каким инструментам?
Nb: эта статья является второй в серии, посвященной процессам лазерной сварки .
Лазерная сварка, как это работает?
Во второй половине 20-го века использование лазера для сварки зародилось, что представляет собой революцию с технической точки зрения. Энергия, обеспечивающая сплавление соединяемых деталей, здесь передается в лазерном луче, который фокусируется на уровне зоны сварки.
Эта фокусировка позволяет достигать очень высоких уровней плотности энергии, то есть большое количество энергии концентрируется на небольшой поверхности. Эта полностью автоматизированная методика имеет множество преимуществ: повышенное качество и точность, повышенная производительность и скорость выполнения, а также хорошая гибкость. Это также позволяет достичь большей глубины сварки по сравнению с обычными методами.
При лазерной сварке существует два различных типа скоростей :
- Сварка теплопроводностью : свариваемые детали доводятся до жидкого состояния, создают ванну расплава, перемешиваются и затем затвердевают. Деталь получает тепло только за счет теплопроводности, поэтому глубина сварного шва невелика (максимум порядка миллиметра) и меньше ширины сварного шва.
- Глубокая сварка : здесь подведенная энергия позволяет довести расплавленную ванну до кипения: поэтому металл начинает испаряться. Когда пар создается, он создает газообразный капилляр (называемый «замочной скважиной»), то есть своего рода «пузырь», который толкает расплавленный металл из одной стороны в другую. Эта замочная скважина перемещается вдоль сварного шва одновременно с лучом и имеет эффект усиления передачи лазерной энергии за счет эффекта отражения от его стенок. Таким образом, этот режим позволяет добиться гораздо большей глубины шва, чем первый.
В этих процессах, связанных с большими затратами энергии и локализованными высокими температурами, могут появиться дефекты. Одни видны в макроскопическом масштабе, другие - меньших размеров (порядка микрона). Стандарт EN ISO 6520-1 делит их на 6 категорий:
- Трещины : локальный разрыв, в макро- или микроскопическом масштабе, отдельно или в сети
- Полости : газовые пузыри (газовые пузыри, образующиеся в сварном шве), возникающие газовые пузыри называются «ямками».
- Твердые включения : наличие твердого инородного тела в сварном шве.
- Отсутствие плавления и проплавления : не обеспечивается металлургическая непрерывность между соединяемыми металлами.
- Дефекты формы и дефекты размеров : форма внешних частей или геометрия соединения несовершенны.
- Разные дефекты : не принадлежащие ни к одной из категорий, упомянутых выше, например выступы («брызги» на английском языке)
Метод, широко используемый в промышленности
Ежегодные темпы роста рынка лазерных сварочных аппаратов оцениваются в 5% с применением во многих секторах. В частности, эта технология ценится в автомобильной промышленности, где приоритетом производства являются большие объемы и высокие стандарты качества.
В этом секторе лазер используется для сборки деталей шасси, дверных рам, капотов или багажников, а также более сложных деталей, таких как срабатывания подушек безопасности. (4) В целом длина сварных швов, выполненных с использованием этого процесса, может достигать 50 метров на одном автомобиле! Использование лазерных источников в этой отрасли будет расширяться в связи с растущим интересом к электронной мобильности.
Например, этот метод разрабатывается для сварки меди, особенно для аккумуляторов электромобилей. Это приложение сейчас очень динамично, с одним из самых высоких темпов роста в индустрии лазерной сварки.
Помимо автомобильной, лазер используется и в других отраслях, например, в судостроении. Существуют некоторые гибридные процессы, такие как лазерная сварка - MIG/MAG , где сварка осуществляется совместным действием лазерного луча и дуги с присадочным металлом. Этот метод обеспечивает высокое проплавление и высокую скорость при сварке большой длины.
Формирование света для улучшения лазерной сварки
Однако для этого процесса еще предстоит решить некоторые проблемы. Например, для сварки меди возможны два метода, каждый из которых сопряжен со своими проблемами. Поглощение света этим материалом чувствительно к длине волны и варьируется в зависимости от его состояния: в твердом состоянии оно высокое в зеленой и синей длинах волн и низкое в инфракрасном, но увеличивается и становится нечувствительным к длине волны в жидкости. /газообразное состояние.
Таким образом, первая возможность заключается в использовании синих или зеленых лазеров (Nuburu особенно специализируется на сварке меди синими лазерами: Nuburu получила основной патент на сварку меди синим светом | Промышленные лазерные решения ).
Второе решение состоит в использовании мощных инфракрасных лазеров, технология которых к тому же более отработана. Высокая мощность этих лазеров, до 25 кВт, по сравнению с 2 кВт у зеленых или синих лазеров, позволяет преодолеть проблему поглощения в твердом состоянии и увеличивает скорость процесса один раз в режиме замочной скважины.
Формирование лазерного луча обещает стать частью решения этих проблем. Cilabs и ее запатентованная технология многоплоскостного преобразования света (MPLC) предлагают оптимизировать форму лазерного луча для повышения производительности сварки благодаря CANUNDA-HP . CANUNDA-HP уже продемонстрировала устойчивость к 16 кВт и должна позволять использовать до 30 кВт!
Это позволяет работать с высокой мощностью, необходимой для инфракрасной сварки меди, или даже с большой толщиной, необходимой в судостроении. Кроме того, CANUNDA-HP позволяет выполнять все типы формовки: кольцо благодаря стандартному продукту CANUNDA-HP Ring Shaper или даже более интенсивное пятно, окруженное кольцом по запросу, что идеально подходит для сварки меди.
Как упоминалось ранее, лазерная сварка может создавать нестабильность, приводящую к ухудшению качества сварного шва: пористость, неравномерный шов, выступы и т. д. Cailabs также участвует в решении этой проблемы путем формирования луча в рамках различных партнерских отношений:
- Cailabs является частью проекта European Custodian , консорциума из 10 академических и промышленных организаций, занимающихся разработкой процессов лазерной обработки высокой мощности. В рамках этого партнерства решение, разработанное Cilabs, позволит сократить дефекты сварки на 95–98 %, сократить время производства на 70 % и минимизировать затраты на 20 %.
- Cailabs также сотрудничает с Институтом Мопертюи , экспертом в области процессов лазерной сварки. В связи с этим компания Cilabs продемонстрировала, что ее технология, помещенная в промышленную среду, позволяет повысить качество сварных швов по сравнению с использованием лазера без формовки или с другой технологией (волокно с двойной сердцевиной). Использование головки CANUNDA-HP для придания формы кольцу привело к получению более широких и гладких сварных швов и уменьшению разбрызгивания.
