Точечная сваркаИспользование лазеров возможно и дает ряд потенциальных преимуществ по сравнению с обычной точечной сваркой электрическим током. Но остается вопрос: могут ли лазерные методы действительно соответствовать или превосходить высокоскоростное и крупносерийное производство традиционных методов точечной сварки, используемых для кузовов автомобилей, аккумуляторных батарей и других крупных металлических узлов? Давайте рассмотрим технологию, преимущества и ограничения лазерной точечной сварки.
Как работает лазерная точечная сварка
Как и стандартная точечная сварка сопротивлением, лазерная точечная сварка фокусирует интенсивность тепла на небольшой точной площади, что позволяет сплавлять листы металлов всего за доли секунды. Но вместо того, чтобы использовать электрический ток через кончики электродов, лазеры концентрируют большое количество оптической энергии для быстрого плавления и соединения металлов.[1]
Размер пятна менее 2 миллиметров обеспечивает точную передачу энергии с высокой плотностью на многослойные стальные листы. Это создает сварочный шарик, соединяющий слои металла в поперечном сечении лазерного луча за миллисекунды.[2]
Благодаря точному управлению и быстрой обработке лазер может выделять достаточно энергии для создания точечных сварных швов глубиной до 2 мм в углеродистых сталях менее чем за 10 секунд, используя всего лишь 2-киловаттный волоконный лазер.[3] Такое сочетание скорости, плотности и глубины делает лазер реалистичным вариантом для точечной сварки крупногабаритных компонентов.
Преимущества по сравнению со стандартной точечной сваркой сопротивлением
Лазерная точечная сварка имеет ряд преимуществ, обусловленных тем, что это оптический, а не электрический процесс:
- Электроды не нужны
Лазеры устраняют необходимость использования дорогостоящих, подверженных износу электродов, обеспечивая при этом бесконтактную обработку. Это также уменьшает трение и образование вмятин электрода на готовых деталях.[4]
- Облигации более высокой прочности
Лазер обеспечивает сварные швы, прочность на разрыв которых на 30 % выше, что позволяет избежать проблем с микротрещинами и пористостью, характерных для контактной точечной сварки.[5]
- Работает с новыми материалами
Лазеры могут успешно точечно сваривать экзотические металлы, такие как магний или алюминий, которые создают проблемы с электропроводностью и консистенцией материала при стандартной точечной сварке.[6]
- Улучшенный контроль/диагностика процесса
Лазеры обеспечивают превосходный мониторинг, контроль и подтверждение качества. Такие параметры, как углы луча, длительность импульса или точка фокусировки, точно настраивают сварные швы.[7] А такие методы, как инфракрасная термография, лучше визуализируют тепловой поток в реальном времени.[8]
Таким образом, лазеры представляют явные преимущества, дополняя или заменяя стандартные операции точечной сварки в долгосрочной перспективе. Но реализация этих преимуществ зависит от устранения некоторых оставшихся ограничений.
Остающиеся ограничения при использовании лазерной точечной сварки
Несмотря на многообещающие результаты, технология лазерной точечной сварки по-прежнему сталкивается с препятствиями:
- Расходы
Более высокая стоимость лазерного оборудования может сдерживать внедрение изменений на действующих производственных линиях. Краткосрочная рентабельность инвестиций остается сложной задачей.[9]
- Скорость
Стандартная точечная сварка обеспечивает чрезвычайно высокую производительность, не имеющую аналогов до сих пор с помощью лазерных методов. В настоящее время лазеры работают примерно на 20% ниже, хотя устойчивое улучшение продолжается.[10]
- Диагностика дисбаланса
Несмотря на то, что лазерный мониторинг сам по себе является превосходным, метрология контактной точечной сварки, накопленная за десятилетия, для контроля качества хорошо зарекомендовала себя. Эквивалентные стандарты, спецификации и процедуры испытаний остаются на ранних стадиях разработки лазерных методов.[9]
Таким образом, передовая диагностика должна расширяться вместе с улучшением скорости и формы луча, чтобы лучше воспроизводить стандартные процессы в масштабе. Но долгосрочный технический потенциал по-прежнему благоприятствует достижению лазером равной или более высокой скорости цикла.
Перспективы лазерной точечной сварки
Благодаря ключевым преимуществам в качестве сварки, гибкости и диагностике внедрение лазерной точечной сварки будет расширяться, особенно там, где новые материалы требуют изменений. Согласно одному анализу, в автомобильном секторе продажи оборудования для лазерной сварки вырастут более чем на 50% в период с 2020 по 2025 год по мере увеличения использования более легких металлов.[11]
А производство аккумуляторов также дает огромный потенциал для лазерной точечной сварки медных вкладок и фольги там, где возникают проблемы с электрическим контактом. Таким образом, хотя ограничения, связанные с интеграцией устаревшего производства, сохраняются, технический импульс лазерной точечной сварки поддерживает более стабильное крупномасштабное проплавление в долгосрочной перспективе, что повышает качество и производительность.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже автоматических машин для лазерной наплавки, высокоскоростных машин для лазерной наплавки, машин для лазерной закалки, машин для лазерной сварки и оборудования для лазерной 3D-печати. Наша продукция экономически эффективна и продается внутри страны и за рубежом. Если вы заинтересованы в нашей продукции, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресуbob@gshenglaser.com.
Использованная литература:
[1] Риди, Дж. Ф. Промышленное применение лазеров. Академическая пресса. 25 апреля 2003 г. с. 468
[2] Ион Дж.К. Лазерная обработка конструкционных материалов: принципы, методика и промышленное применение. Баттерворт-Хайнеманн. 1 января 2005 г. р 34-35
[3] Квинтино Л., Коста А., Миранда Р. и др. Сварка мощными волоконными лазерами – предварительное исследование. Матер Дес. 2007;28(4):1231-1237.
[4] Казалино Г. Исследование контроля обратной связи лазерной сварки с помощью количественной инфракрасной термографии: время взаимодействия и метод нулевого порядка для контроля проплавления сварного шва; аналитическое моделирование инфракрасного излучения лазерной сварочной ванны. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016;36:69-77.
[5] Норман П., Карлссон Л., Каплан АФХ. Усталостные характеристики и режим разрушения лазерной точечной сварки. Анализ инженерных отказов. 1 марта 2013 г.; 28: 345-57.
[6] Чен Г., Лю Л., Данн Д. и др. Лазерная сварка листа магниевого сплава AZ31. J Mater Process Technol. 30 мая 2005 г.;166(1):30-6.
[7] Гао С., Ху Л., Лю Дж., Йе Х., Чен Г. Способ получения бездефектной лазерной сварки разнородной стали с алюминием. Оптика и лазерные технологии. 1 февраля 2015 г.; 66:21-6.
[8] Ху Л., Гао С., Лю Дж. и др. Диагностика лазерной абляции плазмы в режиме реального времени для точного контроля качества лазерной сварки. J Mater Process Technol. 1 октября 2015 г.;224:233-40.
[9] Норман П., Карлссон Л., Каплан А.Ф. Обзор: лазерная сварка меди с алюминием, обзор. Операции с материалами. 1 июля 2013 г.;54(7):878-87.
[10] Пэн Ю, Чен Д, Пань З и др. Микроструктура и оценка характеристик разнородных компонентов Al–Cu, полученных методом селективного лазерного плавления. Оптика и лазерные технологии. 1 февраля 2020 г.; 123: 105991.
[11] Рынок оборудования для лазерной сварки – рост, тенденции, влияние COVID-19 и прогнозы|Разведка Мордора [Интернет]. Мордорская разведка. 2021 г. [цитировано 19 января 2023 г.]. Доступно по адресу: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market.