Тачкасто заваривање је брза и исплатива метода спајања. Погодно је за спајање танкоплочних компоненти са преклопним спојевима који не захтевају херметичку непропусност. Постоји много врста тачкастог заваривања, као што су отпорно тачкасто заваривање, електролучно тачкасто заваривање, лепљиво тачкасто заваривање,композитно тачкасто заваривање, и ласерско тачкасто заваривање. Тренутно се отпорно тачкасто заваривање широко користи у производњи. Узимајући аутомобилску индустрију као пример, потребно је 3.000 до 4.000 тачака завара током склапања компоненти каросерије аутомобила, што захтева 250 до 300 робота, заједно са пратећим управљачким системима и другом помоћном опремом. Међутим, отпорно тачкасто заваривање има малу флексибилност. Са брзим економским развојем, циклус ажурирања геометријских облика и структура аутомобилских компоненти постао је веома кратак. Надоградња нових производа и модела захтева нову врсту технологије тачкастог заваривања која је ефикасна и флексибилна. Стога је технологија ласерског тачкастог заваривања постепено постала фокус пажње и очекује се да ће се широко примењивати у аутомобилској индустријској производњи. У области ваздухопловства, ласерско тачкасто заваривање се такође тестира као алтернативна технологија. Дуго времена, преклопни спојеви ваздухопловних производа углавном су користили закивање, што укључује многе производне процесе и велико оптерећење посла. Са све већом применом нових материјала као што су легуре алуминијума, легуре титанијума и композитни материјали, усвајање нових технологија заваривања ради замене традиционалних метода спајања постало је главни тренд. Ово не само да побољшава ефикасност производње, већ и смањује структурну тежину и испуњава нове захтеве структурног дизајна, што је од великог значаја за ваздухопловне производе. Висока прецизност и велика флексибилност ласерског тачкастог заваривања дају му значајне предности у практичној производњи, посебно у ваздухопловној индустрији, где може да замени традиционалне процесе као што су тачкасто заваривање отпором и закивање.
I. Дефиниција и карактеристике ласерског тачкастог заваривања
Дефиниција
Ласерско тачкасто заваривање односи се на процес топљења и спајања радних предмета коришћењем једног ласерског импулса (t > 1ms) или низа ласерских импулса на истој позицији.
Ласерско тачкасто заваривање је у основи слично другим поступцима ласерског заваривања; једина разлика је у томе што нема релативног померања између ласерског зрака и радног предмета током тачкастог заваривања. Ласерско тачкасто заваривање се дели на две врсте: термопроводно заваривање и заваривање кључаоницом. Код термопроводног тачкастог заваривања, ласер може само да топи метал без његовог испаравања. Ова метода је погоднија за заваривање метала дебљине мање од 0,5 мм, као што је Nd:YAG ласерско тачкасто заваривање електронских компоненти. Код ласерског тачкастог заваривања кључаоницом, ласер може директно да уђе у унутрашњост материјала кроз кључаоницу, повећавајући стопу искоришћења ласерске енергије и постижући већу дубину продирања. Традиционално отпорно тачкасто заваривање топи радне предмете да би се формирале тачке завара користећи отпорну топлоту генерисану електричном струјом, док извор топлоте ласерског тачкастог заваривања долази од ласерског зрачења, што резултира значајно различитим облицима тачака завара.
Подесиви параметри ласерског тачкастог заваривања генерално укључују снагу ласера, време тачкастог заваривања и количину дефокусирања. За тачкасто заваривање помоћу импулсног режима, параметри такође укључују облик импулсног таласа, фреквенцију и радни циклус. Међу њима, снага ласера углавном утиче на дубину продирања тачке завара, док време тачкастог заваривања има већи утицај на бочну величину тачке завара. Генерално, што је дуже време деловања ласера, већа је величина горње и доње површине тачке завара и величина површине топљења. Промене у количини дефокусирања углавном утичу на пречник тачке и густину енергије која делује на површину радног предмета, што има значајан утицај на укупни облик тачке завара.
Карактеристике
- Са ласером као извором топлоте, тачкасто заваривање нуди велику брзину, високу прецизност, низак унос топлоте и минималну деформацију радног предмета.
- Степен слободе у положајима тачкастог заваривања је знатно побољшан, омогућавајући тачкасто заваривање у свим положајима и лако га је реализовати.једнострано тачкасто заваривање, чиме се значајно повећава слобода дизајна производа.
- Ласерско тачкасто заваривање има ниске захтеве за величину преклопних спојева. Постоје минимална ограничења у погледу параметара као што су број преклопних спојева и растојање између места завара, и нема потребе да се разматра утицај струјног маневра.
- За заваривање плоча неједнаке дебљине, различитих материјала и специјалних материјала (алуминијумске легуре, поцинковани лимови), ласерско тачкасто заваривање је боље од традиционалних метода тачкастог заваривања.
- Не захтева велики број помоћне опреме, може се брзо прилагодити променама производа и задовољити захтеве тржишта.
II. Анализа дефеката ласерског тачкастог заваривања
Пукотине, поре и улегања су најчешћи дефекти код ласерског тачкастог заваривања, који су анализирани један по један у наставку.
1. Пукотине
Пукотине се деле на површинске пукотине и уздужне пукотине. Брзине загревања и хлађења током ласерског тачкастог заваривања су веома велике, што резултира великим температурним градијентом између загрејане површине и околног метала, што лако доводи до стварања пукотина. Појава пукотина је уско повезана са материјалом; на пример, легуре алуминијума имају много већу склоност ка пуцању током ласерског тачкастог заваривања него нерђајући челик. Ефикасан метод за сузбијање стварања пукотина је оптимизација импулсног таласног облика како би се контролисала брзина хлађења процеса очвршћавања метала и смањио унутрашњи напон.
2. Поре
Порозни дефекти (поре) у ласерским тачкастим заваривањима могу се поделити на мале поре и велике поре. Мале поре су углавном узроковане смањењем растворљивости водоника у течном металу током очвршћавања метала, као и брзим испаравањем метала у отвору за кључаоницу и поремећајем растопљеног базена. Велике поре су углавном последица пребрзе брзине хлађења током ласерског тачкастог заваривања, што не оставља довољно времена да се метал око отвора за кључаоницу поново попуни. Генерално, мале поре су склоне стварању код тачкастог заваривања дугим импулсом, док се велике поре вероватно јављају код тачкастог заваривања кратким импулсом.
Постоје два места где се поре највероватније појављују код ласерског тачкастог заваривања: једно је близу зоне топљења у средини места завара, а друго је у корену завара. Слике топљења снимљене рендгенским зрацима показују да су поре близу зоне топљења углавном узроковане сужењем када се отвор за кључаоницу затвори; поре у корену завара углавном настају урушавањем отвора за кључаоницу због брзог нестанка ласера након формирања отвора за кључаоницу.
3. Опуштање
Улегање је очигледна појава код ласерског тачкастог заваривања. Централно улегање на површини места заваривања и накупљање метала око ње узроковани су силом трзаја генерисаном испаравањем метала, гурајући течни метал ка површини места заваривања. Током процеса хлађења, акумулирани метал на површини се брзо стврдњава и не може се у потпуности затрпати. Поред тога, губитак материјала узрокован брзим испаравањем и прскањем метала је још један фактор који доприноси централном улегању. Време импулса има значајан утицај и на улегање површине места заваривања и на формирање пора. Задовољавајућа места заваривања могу се добити оптимизацијом облика таласа импулса и времена.
4. Утицај количине дефокусирања на места завара
Промене у количини дефокусирања директно мењају пречник тачке и густину енергије. Када се количина дефокусирања повећава и у негативном и у позитивном смеру, то значи да се пречник тачке повећава, а густина енергије смањује. Током ласерског тачкастог заваривања постоји одређена одговарајућа веза између пречника тачке и величине почетног отвора за кључање који је формирао ласер који пада на испитни комад, док густина енергије одређује брзину ширења растопљеног базена. Када је апсолутна вредност количине дефокусирања мала, пречник ласерске тачке је мали, густина снаге ласера је висока, а брзина ширења растопљеног базена завара је брза, али је пречник почетног отвора за кључање мали. Напротив, када је количина дефокусирања велика, пречник почетног отвора за кључање је велики, али се брзина ширења растопљеног базена успорава, па резултујућа величина завареног места можда неће бити велика. Стога, током промене количине дефокусирања, свеобухватни ефекат пречника тачке и површинске густине снаге завареног места одређује величину завареног места.
III. Примена технологије ласерског тачкастог заваривања
Ласерско тачкасто заваривање карактерише велика брзина, велика дубина продирања, минимална деформација и може се изводити на собној температури или под посебним условима помоћу једноставне опреме за заваривање. Поред тога, појава високофреквентних импулсних ласера (са фреквенцијом већом од 40 импулса у секунди) омогућила је широку примену ласерског тачкастог заваривања у склапању и заваривању микро и малих компоненти у масовној аутоматизованој производњи. Приликом заваривања малих електронских компоненти које захтевају малу зону утицаја топлоте — као што је веза између стакла и метала, спајање спојева у полупроводничким колима осетљивим на топлоту и веза између различитих метала у жицама — ласерско тачкасто заваривање је повољније од традиционалних процеса тачкастог заваривања (нпр. отпорно тачкасто заваривање), са тачкама заваривања без загађења и високим квалитетом заваривања. Слика 6-60 приказује пример примене ласерског тачкастог заваривања у производњи аутомобилских фарова: чврстофазни импулсни ласер од 500 W генерише четири слична места заваривања са веома високом фреквенцијом импулса.
Приликом извођења високопрецизног тачкастог заваривања на микроструктурама коришћењем високе енергије импулса, импулсни Nd:YAG ласери имају техничке и економске предности. У већини индустријских примена тачкастог заваривања, у основи се користе импулсни чврстофазни ласери са просечном снагом од 50W и снагом импулса > 2kW. Ласер може деловати директно на радни предмет путем оптичких влакана или комбинованих фокусирајућих сочива.
Ласерско тачкасто заваривање је применљиво на широк спектар материјала. На пример, када се тачкасто заварују литијумске батерије, користећи Nd:YAG технологија ласерског тачкастог заваривањаСпајање различитих метала је ефикасније од ТИГ заваривања и тачкастог отпорног заваривања. Посебно, пошто се оптичка влакна користе за пренос ласера током производње, погодно је брзо и флексибилно кретање између различитих радних столова.
Укратко, ласерско тачкасто заваривање има следеће карактеристике:
- Са повећањем снаге ласера, пречник површине завара варира горе-доле, док се пречник површине топљења и доње површине полако повећава. Промена облика попречног пресека завара није очигледна. Како се трајање повећава, величина завара се брзо повећава, а брзина промене пречника површине топљења је већа од пречника горње и доње површине. Промена степена дефокусирања значајно утиче на величину завара. Директно мења пречник тачке и густину снаге ласера, а свеобухватни ефекат ова два фактора одређује величину завара.
- У случају потпуног продирања, на површини ласерског тачкастог завара примећено је очигледно удубљење. Са повећањем снаге и трајања ласера, дубина удубљења на површини завара се повећава. Када је трајање или величина размака велика, доња површина такође може показати удубљење.
- Како се зазор повећава, укупна деформација места завара, централно улегање и удубљење постају очигледни. Површина топљења се скупља, а чврстоћа брзо опада. Тренутно се у заваривању отпорника, батерија и електронике уобичајено користи процес истовременог заваривања две тачке, који обично усваја дизајн са два извора ласерске светлости.
Време објаве: 27. октобар 2025.
