האם אתה יכול לרתך נקודתית עם רתך לייזר?

ריתוך נקודתישימוש בלייזרים אפשרי ומציע מספר יתרונות פוטנציאליים על פני ריתוך נקודתי קונבנציונלי עם זרם חשמלי. אך נותרה השאלה - האם טכניקות מבוססות לייזר באמת יכולות להתאים או לחרוג מהייצור המהיר ובנפח גבוה של שיטות ריתוך נקודתיות מסורתיות המשמשות למרכבי מכוניות, לשוניות סוללות ומכלולי מתכת גדולים אחרים? בואו נבחן את הטכנולוגיה, היתרונות והמגבלות בכל הנוגע לריתוך נקודתי בלייזר.

כיצד פועל ריתוך נקודתי בלייזר

כמו ריתוך נקודתי התנגדות סטנדרטי, ריתוך נקודתי בלייזר ממקד את עוצמת החום באזור קטן ומדויק כדי להתיך יחד מתכות גיליון בשברירי שנייה בלבד. אבל במקום להשתמש בזרם חשמלי דרך קצות אלקטרודות, לייזרים מרכזים כמויות גבוהות של אנרגיה אופטית כדי להתמוסס במהירות ולהצטרף למתכות.[1]

גדלי כתמים של פחות מ-2 מילימטרים מאפשרים העברת אנרגיה מדויקת בצפיפות גבוהה ליריעות פלדה שכבות. זה יוצר גוש ריתוך הממזג יחד את שכבות המתכת בחתך הרוחב של קרן הלייזר בתוך אלפיות שניות.[2]

הודות לשליטה מדויקת ועיבוד מהיר, לייזר יכול להפקיד מספיק אנרגיה כדי ליצור ריתוך נקודתי בעומק של עד 2 מ"מ בפלדות פחמן תוך פחות מ-10 שניות באמצעות לייזר סיבים של 2 קילוואט בלבד.[3] שילוב זה של מהירות, צפיפות ועומק הופך את הלייזר לאופציה ריאלית לריתוך נקודתי של רכיבים בנפח גבוה.

יתרונות על פני ריתוך נקודתי בעל התנגדות סטנדרטית

ריתוך נקודתי בלייזר מתגאה במספר יתרונות הנובעים מהיותו תהליך אופטי ולא חשמלי:

- אין צורך באלקטרודות

הלייזרים מונעים אלקטרודות יקרות ומועדות לבלאי תוך מתן אפשרות לעיבוד ללא מגע. זה גם מפחית את החיכוך ואת סימון כניסת האלקטרודות על חלקים מוגמרים.[4]

- איגרות חוזק גבוה יותר

הלייזר מייצר ריתוכים בחוזק מתיחה גבוה בשיעור של עד 30% שרואים פחות בעיות מיקרו-סדקים או נקבוביות הנפוצות עם ריתוך נקודתי התנגדות.[5]

- עובד עם חומרים חדשים

לייזרים יכולים לרתך בהצלחה מתכות אקזוטיות כמו מגנזיום או אלומיניום המהוות בעיות מוליכות חשמלית ועקביות החומר עבור ריתוך נקודתי סטנדרטי.[6]

- שיפור בקרת תהליכים/אבחון

לייזרים מציעים ניטור, בקרה ואישור איכות מעולה. פרמטרים כמו זוויות אלומה, משך דופק או נקודת מיקוד מכוונים במדויק ריתוכים.[7] ושיטות כמו תרמוגרפיה אינפרא אדום מדמיינות טוב יותר את זרימת החום בזמן אמת.[8]

אז לייזרים מציגים יתרונות ברורים בין אם הם מגדילים או מחליפים פעולות ריתוך נקודתיות סטנדרטיות לטווח ארוך. אבל מימוש היתרונות הללו תלוי בטיפול בכמה מגבלות שנותרו.

מגבלות שנותרו עם ריתוך נקודתי בלייזר

למרות הבטחה, טכנולוגיית ריתוך נקודת לייזר עדיין מתמודדת עם מחסומים סביב:

- עלות

עלות הציוד הגבוהה יותר של הלייזרים יכולה להרתיע מאימוץ שינויים בקווי ייצור פעילים. החזר ROI לטווח קצר נותר מאתגר.[9]

- מהירות

ריתוך נקודתי סטנדרטי משיג תפוקה גבוהה ביותר שאין כמותה בשיטות לייזר עד כה. הלייזרים פועלים בשיעורים נמוכים יותר בכ-20% כיום - אם כי שיפור מתמיד נמשך.[10]

- חוסר איזון אבחון

בעוד שניטור הלייזר עצמו עדיף, מטרולוגיה של ריתוך נקודתי של התנגדות בשווי עשרות שנים לבקרת איכות מבוססת היטב. תקנים, מפרטים ונהלי בדיקה שווים נותרו בשלבי פיתוח מוקדמים יותר עבור שיטות לייזר.[9]

אז אבחון מתקדם חייב להתרחב לצד שיפורים בעיצוב המהירות והקרן כדי לשכפל טוב יותר תהליכים סטנדרטיים בקנה מידה. אבל פוטנציאל טכני לטווח ארוך יותר מעדיף השגת לייזר בקצב שווה או מהיר יותר.

Outlook עבור ריתוך נקודתי בלייזר

עם יתרונות מרכזיים באיכות ריתוך, גמישות ודיאגנוסטיקה, אימוץ ריתוך נקודתי בלייזר יתרחב - במיוחד במקום שבו דרישות חומרים חדשים מניעים שינוי. ניתוח אחד ראה שתחום הרכב מוביל לצמיחה של למעלה מ-50% במכירות ציוד ריתוך לייזר מ-2020 עד 2025, ככל שגדל השימוש במתכות קלות יותר.[11]

וייצור סוללות מעורר גם הפוך עצום לריתוך נקודתי בלייזר של לשוניות נחושת ורדידים שבהם מתעוררות בעיות במגע חשמלי. אז בעוד שהאילוצים סביב שילוב הייצור הישן נשארו, המומנטום הטכני של ריתוך נקודתי בלייזר תומך בחדירה יציבה יותר בנפח גבוה לטווח ארוך כדי למנף את הצד האחורי של האיכות והפרודוקטיביות.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd היא מיזם היי-טק המתמחה במו"פ, ייצור ומכירה של מכונת חיפוי לייזר אוטומטית, מכונת חיפוי לייזר במהירות גבוהה, מכונת מרווה בלייזר, מכונת ריתוך לייזר וציוד הדפסת לייזר תלת מימדית. המוצרים שלנו חסכוניים ונמכרים בארץ ובחו"ל. אם אתה מעוניין במוצרים שלנו, אנא צור איתנו קשר בכתובתbob@gshenglaser.com.

הפניות:

[1] Ready, JF יישומים תעשייתיים של לייזרים. עיתונות אקדמית. 2003 באפריל 25. עמ'. 468

[2] יון JC. עיבוד חומרים הנדסיים בלייזר: עקרונות, פרוצדורה ויישום תעשייתי. באטרוורת-היינמן. 1 בינואר 2005. עמ' 34-35

[3] Quintino L, Costa A, Miranda R, et al. ריתוך בלייזרי סיבים בעלי הספק גבוה - מחקר מקדים. מאטר דס. 2007;28(4):1231-1237.

[4] Casalino G. מחקר של בקרת משוב ריתוך לייזר על ידי תרמוגרפיה אינפרא אדום כמותית: זמן אינטראקציה ושיטת סדר אפס לבקרת חדירת ריתוך; מודל אנליטי של קרינת אינפרא אדום הנפלטת מבריכת לייזר ריתוך. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016;36:69-77.

[5] Norman P, Karlsson L, Kaplan AFH. ביצועי עייפות ומצב כשל של ריתוכים נקודתיים בלייזר. ניתוח כשל הנדסי. 2013 מרץ 1;28:345-57.

[6] Chen G, Liu L, Dunne D, et al. ריתוך לייזר של יריעת סגסוגת מגנזיום AZ31. J Mater Process Technol. 2005 מאי 30;166(1):30-6.

[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. הדרך להשיג ריתוך לייזר שונה מ-Al-steel ללא פגם. אופטיקה וטכנולוגיית לייזר. 1 בפברואר 2015; 66:21-6.

[8] Hu L, Gao C, Liu J, et al. אבחון בזמן אמת של פלזמה מבוטלת בלייזר לניטור מדויק של איכות ריתוך הלייזר. J Mater Process Technol. 1 באוקטובר 2015;224:233-40.

[9] Norman P, Karlsson L, Kaplan AF. סקירה: ריתוך קרן לייזר של נחושת לאלומיניום, סקירה. עסקאות חומרים. 2013 ביולי 1;54(7):878-87.

[10] Peng Y, Chen D, Pan Z, et al. מבנים מיקרו והערכת ביצועים של רכיבי Al-Cu לא דומים המיוצרים על ידי התכת לייזר סלקטיבית. אופטיקה וטכנולוגיית לייזר. 1 בפברואר 2020; 123:105991.

[11] שוק ציוד ריתוך לייזר - צמיחה, מגמות, השפעות COVID-19 ותחזיות|מודיעין מורדור [אינטרנט]. מודיעין מורדור. 2021 [מצוטט 2023 19 בינואר]. זמין מ: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market