Јединствене предности технологије ласерског заваривања

1. Технологија ласерског заваривања

Ласерско заваривање је једна од важних примена технологије ласерске обраде. То је процес заваривања који постиже ефикасно спајање коришћењем енергије зрачења ласера.

Принцип рада: Ласерски активни медијуми (као што је смеша CO₂ и других гасова, кристали YAG итријум алуминијум граната итд.) се побуђују на специфичан начин да осцилују напред-назад унутар резонантне шупљине, генеришући стимулисани сноп зрачења. Када сноп додирне радни предмет, његова енергија се апсорбује. Заваривање се може извршити када температура достигне тачку топљења материјала.

2. Кључни параметриТехнологија ласерског заваривања

(1) Густина снаге

Густина снаге је један од најкритичнијих параметара у ласерској обради. Висока густина снаге може загрејати површински слој до тачке кључања у року од микросекунди, узрокујући екстензивно испаравање. Стога је идеална за процесе уклањања материјала као што су бушење, сечење и гравирање.

При ниској густини снаге, површинском слоју је потребно неколико милисекунди да достигне тачку кључања. Пре него што дође до површинског испаравања, доњи слој се прво топи, што олакшава формирање висококвалитетних заварених спојева.

(2) Таласни облик ласерског импулса

Када ласерски зрак високог интензитета озрачи металну површину, 60–98% ласерске енергије се губи због рефлексије. Овај ефекат је посебно изражен код високо рефлектујућих и топлотно проводљивих материјала као што су злато, сребро, бакар, алуминијум и титанијум.

Рефлективност метала се динамички мења током циклуса ласерског импулса. Нагло опада када температура површине достигне тачку топљења и стабилизује се на константној вредности када је површина у растопљеном стању.

(3) Ширина ласерског импулса

Ширина импулса је кључни параметар за импулсно ласерско заваривање, одређен жељеном дубином продирања завара и зоном утицаја топлоте (ЗТТ). Дужа ширина импулса доводи до веће ЗТТ, а продирање завара се повећава са квадратним кореном ширине импулса.

Међутим, продужена ширина импулса смањује вршну снагу. Стога се дуже ширине импулса обично користе код заваривања проводљивошћу топлоте, производећи широке, плитке заварене шавове који су посебно погодни за преклапање танких и дебелих плоча.

Уз то речено, ниска вршна снага може довести до прекомерног уноса топлоте. Сваки материјал има оптималну ширину импулса која максимизира продирање завара.

(4) Количина дефокусирања

Ласерско заваривање генерално захтева одређени степен дефокусирања. Густина снаге у фокалној тачки ласера је изузетно висока, што тежи да изазове испаравање и стварање пора. Насупрот томе, расподела густине снаге је релативно равномерна на равнима помереним од фокалне тачке.

(5) Режими дефокусирања

Постоје два режима дефокусирања: позитивно дефокусирање и негативно дефокусирање. Позитивно дефокусирање значи да је фокална раван постављена изнад површине радног предмета, док негативно дефокусирање значи да је фокална раван испод ње.

Према теорији геометријске оптике, густина снаге на равнима једнако удаљеним од површине заваривања (у конфигурацијама са позитивном и негативном дефокусом) је приближно иста. Међутим, у пракси се резултујући облици заваривачког базена мало разликују. Негативна дефокусација даје веће продирање завара, што је повезано са механизмом формирања заваривачког базена.

(6) Брзина заваривања

Брзина заваривања значајно утиче на продирање завара. Веће брзине смањују дубину продирања, док претерано ниске брзине узрокују прекомерно топљење и прогоревање радног предмета.

За дату снагу ласера и специфичну дебљину материјала, постоји оптималан опсег брзине заваривања, унутар којег се може постићи максимално продирање завара при одговарајућој вредности брзине.

(7) Заштитни гас

Инертни гасови се често користе у ласерском заваривању за заштиту заварног базена. За већину примена, гасови попут хелијума, аргона и азота користе се као заштитни гасови.

Заштитни гас служи три кључне функције:

Заштитите заварски базен од атмосферске контаминације.
Заштитите фокусирајуће сочиво од контаминације металним парама и прскања растопљених капљица - критична функција код ласерског заваривања велике снаге где је прскање веома енергично.
Ефикасно распршује облак плазме који се ствара током заваривања ласером велике снаге. Метална пара апсорбује ласерску енергију и јонизује се у плазму; прекомерна плазма може ослабити енергију ласерског зрака.

3. Јединствени ефекти технологије ласерског заваривања

У поређењу са традиционалним технологијама заваривања, ласерско заваривање нуди четири различита ефекта:

Ефекат пречишћавања завара: Када ласерски зрак озрачи заварени шав, оксидне нечистоће у материјалу апсорбују ласерску енергију много ефикасније од основног метала. Ове нечистоће се брзо загревају, испаравају и избацују, значајно смањујући садржај нечистоћа у завару. Дакле,ласерско заваривањене само да спречава контаминацију радног предмета већ и активно пречишћава материјал.
Ефекат фотоексплозијског удара: При изузетно високим густинама снаге, интензивно ласерско зрачење изазива брзо испаравање метала у завареном шаву. Под притиском металне паре велике брзине, растопљени метал у завареном базену подлеже експлозивном прскању. Снажан ударни талас се шири дубоко у материјал, стварајући танку кључаоницу. Како се ласерски зрак креће током заваривања, околни растопљени метал континуирано испуњава кључаоницу и стврдњава се, формирајући јак, дубоко продорни завар.
Ефекат кључаонице код дубоког продирања заваривања: Када ласерски зрак густине снаге до 10⁷ W/cm² озрачи материјал, брзина уноса енергије у завар далеко премашује брзину губитка топлоте путем проводљивости, конвекције и зрачења. Ово узрокује брзо испаравање метала у подручју озраченом ласером, формирајући кључаоницу у заварном базену под високим притиском паре.

Слично астрономској црној рупи, кључаоница апсорбује скоро сву упадну ласерску енергију, омогућавајући зраку да продре директно до дна кључаонице. Дубина кључаонице одређује дубину продирања завара.
Ефекат фокусирања ласера на бочне зидове кључаонице: Током формирања кључаонице у заварном базену, ласерски зраци који падају на бочне зидове кључаонице обично имају велики угао упада. Ови зраци се рефлектују од бочних зидова и шире се према дну кључаонице, што резултира суперпозицијом енергије унутар кључаонице. Овај феномен, познат као ефекат фокусирања бочног зида кључаонице, ефикасно повећава интензитет ласера унутар кључаонице и доприноси јединственим могућностима ласерског заваривања.

4. Предности технологије ласерског заваривања

Јединствени ефекти ласерског заваривања преводе се у следеће основне предности:

Ултрабрзи процес заваривања: Кратко време ласерског зрачења омогућава брзо заваривање, што не само да повећава продуктивност већ и минимизира оксидацију материјала и смањује зону утицаја топлоте. Ово га чини идеалним за заваривање компоненти осетљивих на топлоту, као што су транзистори. Ласерско заваривање не производи згуру и елиминише потребу за уклањањем оксида пре заваривања. Може чак и да завари кроз стакло, што га чини посебно погодним за производњу прецизних микроинструмената.
Широка компатибилност материјала: Ласерско заваривање може да спаја не само идентичне метале већ и различите метале, па чак и комбинације метала и неметала. На пример, интегрисана кола са керамичким подлогама је тешко заварити конвенционалним методама због високе тачке топљења керамике и потребе да се избегне механички притисак. Ласерско заваривање пружа погодно решење за такве примене. Међутим, треба напоменути да ласерско заваривање није погодно за све комбинације различитих материјала.

5. Сценарији примене и индустрије ласерског заваривања

Заваривање топлотном проводљивошћуПрвенствено се користи за прецизну машинску обраду, као што је обрада ивица танких металних лимова и производња медицинских уређаја.
Заваривање и лемљење дубоким продором: Широко примењено у аутомобилској индустрији. Заваривање дубоким продором се користи за заваривање каросерија аутомобила, мењача и спољних кућишта; лемљење се углавном примењује на склапање каросерије аутомобила.
Ласерско заваривање неметала: Може се похвалити широким спектром примене, укључујући производњу робе широке потрошње, аутомобилску индустрију, израду електронских кућишта и медицинску технологију.
Хибридно заваривање: Посебно погодно за посебне челичне конструкције, као што је израда бродских палуба.

Време објаве: 15. децембар 2025.