Точкестото заварување е брз и економичен метод на спојување. Погодно е за поврзување на тенки компоненти со преклопни споеви кои не бараат херметичка непропустливост. Постојат многу видови на точкесто заварување, како што се отпорно точкесто заварување, лачно точкесто заварување, лепливо точкесто заварување,композитно точкесто заварувањеи ласерско точкасто заварување. Во моментов, отпорното точкасто заварување е широко користено во производството. Земајќи ја автомобилската индустрија како пример, потребни се од 3.000 до 4.000 точки за заварување за време на склопувањето на компонентите на панелот на каросеријата на автомобилот, што бара од 250 до 300 роботи, заедно со помошни системи за контрола и друга помошна опрема. Сепак, отпорното точкасто заварување има слаба флексибилност. Со брзиот економски развој, циклусот на ажурирање на геометриските форми и структури на автомобилските компоненти стана многу краток. Надградбата на нови производи и модели бара нов вид технологија за точкасто заварување што е ефикасна и флексибилна. Затоа, технологијата за ласерско точкасто заварување постепено стана фокус на внимание и се очекува да биде широко применета во автомобилското индустриско производство. Во воздухопловната област, ласерското точкасто заварување се тестира и како алтернативна технологија. Долго време, спојките со преклопување на воздухопловните производи генерално користеа заковување, што вклучува многу производствени процеси и големо работно оптоварување. Со зголемената примена на нови материјали како што се алуминиумски легури, титански легури и композитни материјали, усвојувањето нови технологии за заварување за замена на традиционалните методи на спојување стана мејнстрим тренд. Ова не само што ја подобрува ефикасноста на производството, туку и ја намалува структурната тежина и ги задоволува новите барања за структурен дизајн, што е од големо значење за воздухопловните производи. Високата прецизност и високата флексибилност на ласерското точкесто заварување му даваат значителни предности во практичното производство, особено во авијациската индустрија, каде што може да ги замени традиционалните процеси како што се отпорно точкесто заварување и заковување.
I. Дефиниција и карактеристики на ласерско точкесто заварување
Дефиниција
Ласерското точкесто заварување се однесува на процес на топење и спојување на работни парчиња со користење на еден ласерски импулс (t > 1ms) или серија ласерски импулси на иста позиција.
Ласерското точкесто заварување е во основа слично на другите процеси на ласерско заварување; единствената разлика е во тоа што нема релативно поместување помеѓу ласерскиот зрак и работниот дел за време на точкестото заварување. Ласерското точкесто заварување е поделено на два вида: термичко спроводливо заварување и заварување со клучалка. Кај термичко спроводливото точкесто заварување, ласерот може само да го стопи металот без да го испарува. Овој метод е посоодветен за заварување на метали со дебелина помала од 0,5 mm, како што е Nd:YAG ласерското точкесто заварување на електронски компоненти. Кај точкестото ласерско заварување со клучалка, ласерот може директно да влезе во внатрешноста на материјалот низ клучалката, зголемувајќи ја стапката на искористување на ласерската енергија и постигнувајќи поголема длабочина на пенетрација. Традиционалното отпорно точкесто заварување ги топи работните парчиња за да формираат точки на заварување користејќи топлина на отпор генерирана од електрична струја, додека изворот на топлина на ласерското точкесто заварување доаѓа од ласерското зрачење, што резултира со значително различни форми на точките на заварување.
Параметрите што може да се прилагодат на ласерското точкесто заварување генерално вклучуваат моќност на ласерот, време на точкесто заварување и количина на дефокусирање. За точкесто заварување со пулсен режим, параметрите исто така вклучуваат пулсен бран, фреквенција и работен циклус. Меѓу нив, моќноста на ласерот главно влијае на длабочината на пенетрација на местото на заварување, додека времето на точкесто заварување има поголемо влијание врз страничната големина на местото на заварување. Општо земено, колку е подолго времето на дејство на ласерот, толку е поголема големината на горните и долните површини на местото на заварување и големината на површината на фузија. Промените во количината на дефокусирање главно влијаат на дијаметарот на местото и густината на енергијата што дејствуваат на површината на работното парче, со што имаат значително влијание врз целокупниот облик на местото на заварување.
Карактеристики
- Со ласер како извор на топлина, точкестото заварување нуди голема брзина, висока прецизност, низок внес на топлина и минимална деформација на работното парче.
- Степенот на слобода во позициите на точкесто заварување е значително подобрен, овозможувајќи точкесто заварување во сите позиции и лесно реализирање.еднострано точкесто заварување, со што значително се зголемува слободата на дизајнирање на производите.
- Ласерското точкесто заварување има ниски барања за големината на преклопните споеви. Постојат минимални ограничувања на параметрите како што се бројот на преклопни споеви и растојанието помеѓу точките на заварување, и нема потреба да се зема предвид влијанието на струјното маневрирање.
- За заварување на плочи со нееднаква дебелина, различни материјали и специјални материјали (легури на алуминиум, поцинкувани лимови), ласерското точкесто заварување има подобри резултати од традиционалните методи на точкесто заварување.
- Не бара голем број помошна опрема, може брзо да се прилагоди на промените на производот и да ги задоволи барањата на пазарот.
II. Анализа на дефекти на ласерско точкесто заварување
Пукнатини, пори и спуштање се најчестите дефекти при ласерско точкесто заварување, кои се анализирани еден по еден подолу.
1. Пукнатини
Пукнатините се поделени на површински пукнатини и надолжни пукнатини. Стапките на загревање и ладење за време на ласерското точкесто заварување се многу брзи, што резултира со голем температурен градиент помеѓу загреаната површина и околниот метал, што лесно доведува до формирање на пукнатини. Појавата на пукнатини е тесно поврзана со материјалот; на пример, алуминиумските легури имаат многу поголема тенденција да пукаат за време на ласерското точкесто заварување отколку не'рѓосувачкиот челик. Ефективен метод за сузбивање на формирањето на пукнатини е да се оптимизира пулсната бранова форма за да се контролира брзината на ладење на процесот на стврднување на металот и да се намали внатрешниот стрес.
2. Пори
Порозните дефекти (пори) кај ласерските точки заварувања може да се поделат на мали пори и големи пори. Малите пори се главно предизвикани од намалувањето на растворливоста на водородот во течен метал за време на стврднувањето на металот, како и од брзото испарување на металот во клучалката и нарушувањето на стопениот базен. Големите пори се главно предизвикани од пребрзата брзина на ладење за време на ласерското точкасто заварување, што остава недоволно време металот околу клучалката да се пополни. Општо земено, малите пори се склони кон формирање при точкасто заварување со долг импулс, додека големите пори веројатно се појавуваат при точкасто заварување со краток импулс.
Постојат две локации каде што порите се најверојатно да се појават при ласерско заварување со точка: едната е во близина на зоната на фузија во средината на местото на заварување, а другата е во коренот на заварувањето. Сликите од топење направени со Х-зраци покажуваат дека порите во близина на зоната на фузија се главно предизвикани од стегање кога клучалката се затвора; за порите во коренот на заварувањето, тие главно се формираат со колапс на клучалката поради брзото исчезнување на ласерот по формирањето на клучалката.
3. Опуштање
Спуштањето е очигледен феномен кај ласерското точкесто заварување. Централното спуштање на површината на местото на заварување и акумулацијата на метал околу неа се предизвикани од силата на потиснување генерирана од испарувањето на металот што го турка течниот метал кон површината на местото на заварување. За време на процесот на ладење, акумулираниот метал на површината брзо се стврднува и не може целосно да се наполни. Покрај тоа, загубата на материјал предизвикана од брзото испарување на металот и прскањето е уште еден фактор што придонесува за централно спуштање. Времето на пулсот има значително влијание и врз спуштањето на површината на местото на заварување и врз формирањето на пори. Задоволителни точки на заварување може да се добијат со оптимизирање на брановата форма и времето на пулсот.
4. Влијание на количината на дефокусирање врз точките на заварување
Промените во количината на дефокусирање директно го менуваат дијаметарот на точката и густината на енергијата. Кога количината на дефокусирање се зголемува и во негативна и во позитивна насока, тоа значи дека дијаметарот на точката се зголемува, а густината на енергијата се намалува. За време на ласерското точкасто заварување, постои одредена соодветна врска помеѓу дијаметарот на точката и големината на почетната дупка за клучалката формирана од падот на ласерот врз тест парчето, додека густината на енергијата ја одредува брзината на ширење на стопената точка. Кога апсолутната вредност на количината на дефокусирање е мала, дијаметарот на точката на ласерот е мал, густината на моќноста на ласерот е висока, а брзината на ширење на стопената точка за заварување е брза, но дијаметарот на почетната дупка за клучалката е мал. Напротив, кога количината на дефокусирање е голема, дијаметарот на почетната дупка за клучалката е голем, но брзината на ширење на стопената точка се забавува, а добиената големина на точката на заварување може да не биде голема. Затоа, за време на промената на количината на дефокусирање, сеопфатниот ефект на дијаметарот на точката и густината на површинската моќност на точката на заварување ја одредува големината на точката на заварување.
III. Примена на технологијата за ласерско точкесто заварување
Ласерското точкесто заварување се одликува со голема брзина, голема длабочина на пенетрација, минимална деформација и може да се изврши на собна температура или под посебни услови со едноставна опрема за заварување. Покрај тоа, појавата на високофреквентни пулсни ласери (со фреквенција поголема од 40 импулси во секунда) овозможи широка примена на ласерското точкесто заварување во склопувањето и заварувањето на микро и мали компоненти во масовно автоматизирано производство. При заварување на мали електронски компоненти кои бараат мала зона погодена од топлина - како што е врската помеѓу стакло и метал, врската на споеви во полупроводнички кола чувствителни на топлина и врската помеѓу различни метали во жици - ласерското точкесто заварување е поповолно од традиционалните процеси на точкесто заварување (на пр., отпорно точкесто заварување), со точки на заварување без загадување и висок квалитет на заварување. Слика 6-60 покажува пример за примена на ласерско точкесто заварување во производството на автомобилски фарови: 500W цврст пулсен ласер генерира четири слични точки на заварување со многу висока пулсна фреквенција.
При изведување на високопрецизно точкесто заварување на микроструктури со употреба на висока импулсна енергија, пулсирачките Nd:YAG ласери имаат технички и економски предности. Во повеќето индустриски апликации за точкесто заварување, во основа се користат пулсирачки цврсти ласери со просечна моќност од 50W и импулсна моќност > 2kW. Ласерот може да дејствува директно на обработуваниот дел преку оптички влакна или комбинирани фокусирачки леќи.
Ласерското точкесто заварување е применливо на широк спектар на материјали. На пример, при точкесто заварување на Li батерии, со употреба на Nd:YAG ласерска технологија за точкесто заварувањеПоврзувањето на различни метали е поефикасно од TIG заварувањето и отпорното точкесто заварување. Особено, бидејќи оптичките влакна се користат за пренесување на ласери за време на производството, погодно е брзо и флексибилно движење помеѓу различни работни маси.
Накратко, ласерското точкесто заварување ги има следниве карактеристики:
- Со зголемување на моќноста на ласерот, површинскиот дијаметар на местото на заварување варира нагоре и надолу, додека дијаметарот на површината на фузија и долната површина се зголемува бавно. Промената во обликот на напречниот пресек на местото на заварување не е очигледна. Со зголемување на времетраењето, големината на местото на заварување брзо се зголемува, а стапката на промена на дијаметарот на површината на фузија е поголема од онаа на горните и долните дијаметри на површината. Промената во количината на дефокусирање има значително влијание врз големината на местото на заварување. Таа директно го менува дијаметарот на местото и густината на моќноста на ласерот, а сеопфатниот ефект на овие два фактори ја одредува големината на местото на заварување.
- Во случај на целосна пенетрација, постои очигледно спуштање на површината на ласерското точкасто заварување. Со зголемување на моќноста и времетраењето на ласерот, длабочината на спуштање на површината на точката на заварување се зголемува. Кога времетраењето или големината на празнината е голема, долната површина може да покаже и вдлабнатина.
- Како што се зголемува јазот, целокупната деформација на местото на заварување, централното спуштање и вдлабнувањето стануваат очигледни. Површината на фузија се собира, а цврстината брзо се намалува. Во моментов, во заварувањето на отпорници, батерии и полето на електрониката, најчесто се користи процесот на заварување на две точки истовремено, кој обично се базира на дизајн со два извори на ласерска светлина.
Време на објавување: 27 октомври 2025 година
