A lézeres hegesztés két anyag összekapcsolásának módszere, amelynek során koncentrált hőforrásként lézersugarat használnak az anyagok megolvasztására és olvasztására azok érintkezési pontján. A hagyományos hegesztési technikákkal szemben olyan előnyöket kínál, mint a gyorsabb sebesség, az egyszerűbb automatizálás, a jobb minőség és pontosság, valamint a kibővített anyagválaszték.Hideg lézeres hegesztésA lézeres hegesztési módszerek egy részhalmazára utal, amelyek sokkal kisebb hőbevitelt igényelnek, mint a hagyományos lézerhegesztés. De hogyan működik, és melyek a manapság használt fő hideglézeres hegesztési technikák?
Alacsonyabb hőbevitel
Definíció szerint a hideg lézeres hegesztés lényegesen kisebb lézerteljesítmény-sűrűséget és hőbevitelt használ, mint a melegebb fúziós hegesztési módszerek. Ez lehetővé teszi a hőérzékenyebb anyagok, például műanyagok vagy vékony fóliák összekapcsolását, kisebb deformációval, égéssel vagy egyéb hőkárosodással, mint a forróbb lézerhegesztéssel.[1]
A tipikus hideglézeres hegesztési technikák a hagyományos lézeres hegesztés során felhasznált energia mindössze 25-30%-át biztosítják. Ez 1 megawatt/négyzetcentiméter alatti teljesítménysűrűséggel és 2500 °F alatti csúcshőmérsékletnek felel meg a kötési vonal felületein.[2]
Az alacsonyabb hő minimálisra csökkenti az alkatrészek deformálódását és a hegesztett alkatrészek kockázatos metallurgiai változásait. Sikeres kötéseket tesz lehetővé erősen visszaverő anyagokban, például alumíniumban vagy rézben, amelyek általában nagyobb mennyiségű lézerenergiát térítenek el, ahelyett, hogy elnyelnék azt.[3]
Fő hideglézeres hegesztési technikák
A három fő hidegtechnikai lézerhegesztési kategória a következők:
1. Kis teljesítménysűrűségű lézerhegesztés
Ez magában foglalja a szabványos szilárdtest-lézerek vagy szálas lézerek teljesítménysűrűségének csökkentését 0,5 megawatt/cm2-re vagy az alá. Akár 0,5 mm mélységű hegesztést tesz lehetővé, miközben minimálisra csökkenti a hőbevitelt és az érzékeny ötvözetek metallurgiai hatását.[4]
2. Pásztázó lézeres hegesztés
Ez a módszer gyorsan oszcillálja vagy pásztázza a lézersugarat a varraton, miközben impulzusos tüzelést végez. A szélesebb sugár és a gyors mozgás kombinációja korlátozza a hőbevitelt annak ellenére, hogy a teljesítménysűrűség meghaladja a 2 megawatt/cm2-t. Megkönnyíti az egzotikus repülőgép-ötvözetek és akkumulátorfülek hegesztését.[5]
3. Lézeres mikrohegesztés
Ez infravörös lézerdiódákat használ, amelyek hullámhosszát a polimerek abszorpciós csúcsaira hangolják. A 15 0 watt alatti emisszió gondos szabályozása keskeny, 0,1 mm-nél kisebb mélységű hegesztési varratokat hoz létre, de elég erős az olyan alkatrészekhez, mint az orvosi katéterek és a mikroelektronika.[6],[7]
Előnyök a szabványos lézerhegesztéssel szemben
Míg a maximális hegesztési sebesség és hegesztési mélység korlátozott, a hideglézeres technikák előnyei, többek között:
- Minimalizálja az alkatrésztorzulást és a káros kohászati változásokat
- Az érzékeny ötvözetek hőkárosodásának és kedélyvesztésének elkerülése
- Erős precíziós kötések elősegítése erősen tükröződő és vezetőképes anyagokban, amelyek korábban nem hegeszthetők
- Hőre lágyuló műanyagok és eltérő polimer anyagpárok összekapcsolása, amelyek hajlamosak a hődegradációra
- Lehetővé teszi rendkívül vékony fóliák automatikus hegesztését 0,05 mm vastagságig [8]
A hideg lézeres hegesztés tehát egy fontos rést tölt be – megkönnyíti a fémek, műanyagok és anyagkeverékek bonyolult összekapcsolását, ami nem kompatibilis a melegebb hagyományos lézerhegesztési módszerekkel.
Alkalmazások kihasználása
A repülőgépipar, az elektronikai és az orvostechnikai eszközök gyártása különösen a hideglézeres hegesztési megoldásokat alkalmazza, hogy kihasználja az olyan előnyöket, mint az igényes anyagkötések minimális torzítása a kis, bonyolult alkatrészeken.
Példa alkalmazások:
- A pacemaker titán házainak hermetikus tömítése [9]
- Külső vákuumkamrák hegesztése tömegspektrométerekhez [10]
- Nikkelfólia tekercsek összekapcsolása elektromos generátorokban a mágneses tulajdonságok megőrzése mellett [11]
- Polimerek tömítése gyógyszerkijuttató tapaszokban hővel cseppfolyósító ragasztók nélkül [12]
Így a hideglézeres technikák a kisebb méretekben történő munkavégzés során kritikus kötéseket tesznek lehetővé űrminőségű ötvözetekben, diagnosztikai műszerekben és életmentő orvosi alkatrészekben, ahol az alapanyag tulajdonságainak és méreteinek megőrzése a legfontosabb.
Összefoglalva
A hideglézeres hegesztés csökkentett energiasűrűségű lézertechnikákat alkalmaz, amelyek korlátozzák a hőbevitelt a precíziós hegesztés során. A hőmérséklet alacsonyan tartása minimálisra csökkenti az alkatrészek torzulását és a kohászati károsodást, miközben lehetővé teszi az erősen visszaverő és hőérzékeny alkatrészek kötéseit, amelyek korábban a forró ömlesztési hegesztés határain kívül esnek. Noha mikroméretekben dolgozik, a hideglézer lehetővé teszi egzotikus és eltérő anyagpárok bonyolult összekapcsolását, amelyek kritikusak a műholdaktól a sebészeti implantátumokig.
A Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. egy csúcstechnológiás vállalkozás, amely automata lézeres burkológépek, nagy sebességű lézeres burkológépek, lézeres kioltógépek, lézerhegesztőgépek és lézeres 3D nyomtató berendezések K+F-re, gyártására és értékesítésére szakosodott. Termékeink költséghatékonyak, és belföldön és külföldön is értékesíthetők. Ha felkeltette érdeklődését termékeink, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot a telefonszámonbob@gshenglaser.com.
Referenciák:
[1] Katayama, S. Handbook of Laser Welding Technologies. Woodhead Kiadó. 2013. p. 342.
[2] Mérnöki anyagok ionos JC lézeres feldolgozása: alapelvek, eljárás és ipari alkalmazás. Elsevier. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Lézerhegesztés: Gyakorlati útmutató. Woodhead Kiadó. 1992. 88. o.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Eltérő anyagok összekapcsolásának technikái: fémek és polimerek. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Átlátszó polimerek lézeres hegesztésének fejlett technikái. Physics Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. A lézersugaras hegesztési technológia fejlődése és legújabb innovációi. Optika és lézerek a mérnöki szakban. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Polimerek lézeres hegesztése nagy intenzitású lézerekkel. Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Lézeres hegesztési jelenségek vékonyfóliás hegesztésben. Journal of Laser Applications. 2011. június 1., 23(2):022005.
[9] L illetőleg T, Roos E. Titánötvözetek fúziós hegesztésének vizsgálata pacemakerekhez. Orvostechnikai eszközök anyagai II: a Materials & Processes for Medical Devices konferencia előadásai. 2004. nov. 8. p. 12-6.
[10] Synowicki RA. Hegesztett titán vákuumkamrák anyagproblémák tömegspektrometriás alkalmazásokban. 18. tématalálkozó a fúziós energia tudományáról. 1999. október 28.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Elektromos acélok lézeres hegesztése és technológiai következményei az AC mágneses magokon. IEEE Transactions on Magnetics. 1992. szept. 28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Lézertranszmissziós hegesztési eljárás alkalmazása protetikai eszközök tömítésére beültetés céljából. US 06/938,069 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés. 1974. december 4.