Лазердик нур менен ширетүү да, дого менен ширетүү да өнөр жай өндүрүшүндө көптөн бери колдонулуп келет жана материалдарды бириктирүү технологиясы тармагында кеңири колдонууга мүмкүндүк берет. Бул процесстердин ар биринин өзүнүн колдонуу чөйрөсү бар, алар энергияны жумушчу бөлүккө ташуу физикалык процесстери жана алынышы мүмкүн болгон энергия агымдары менен сүрөттөлөт. Энергия лазердик нур булагынан иштетүү үчүн материалга жогорку энергиялуу инфракызыл когеренттүү нурлануу аркылуу була-оптикалык кабель аркылуу берилет. Дого ширетүү үчүн керектүү жылуулукту дого мамыча аркылуу жумушчу бөлүккө агып жаткан жогорку электр тогу аркылуу өткөрөт. Лазердик нурлануу жылуулукка таасир этүүчү өтө кууш зонага алып келет, анда ширетүү тереңдигинин тигиштин туурасына болгон катышы чоң (терең ширетүү эффектиси). Лазердик ширетүү процессинин боштуктарды жоюу жөндөмү анын фокустук диаметринин кичинекейдигинен улам өтө төмөн, бирок экинчи жагынан ал өтө жогорку ширетүү ылдамдыгына жетиши мүмкүн. Дого менен ширетүү процессинин энергия тыгыздыгы бир топ төмөн, бирок жумушчу бөлүктүн бетинде чоңураак фокустук чекит пайда болот жана иштетүүнүн жайыраак ылдамдыгы менен мүнөздөлөт. Бул эки процессти бириктирүү менен пайдалуу синергияга жетишүүгө болот. Акыр-аягы, бул сапаттык артыкчылыктарга жана өндүрүштүк-инженердик артыкчылыктарга, ошондой эле чыгымдардын натыйжалуулугун жогорулатууга мүмкүндүк берет. Бул процесс автомобиль өнөр жайында да кызыктуу жана экономикалык жактан жагымдуу колдонмолорду сунуштайт, айрыкча ширетүүчү жерлерде жогорку толеранттуулукка жол берилгендиктен, жогорку бириктирүү ылдамдыгы мүмкүн болгондуктан жана абдан жакшы механикалык/технологиялык параметрлерге жетишүүгө мүмкүн болгондуктан.
1. Киришүү:
1970-жылдардан бери лазердик жарыкты жана дого менен ширетүү процессин кантип айкалыштыруу керектиги белгилүү болгон, бирок андан кийин көп убакыт бою андан ары иштеп чыгуу иштери жүргүзүлгөн эмес. Жакында эле изилдөөчүлөр бул темага кайрадан көңүл буруп, догонун артыкчылыктарын лазердики менен гибриддик ширетүү процессинде бириктирүүгө аракет кылышты. Алгачкы күндөрү лазер булактары өнөр жайлык колдонууга жарамдуулугун далилдеши керек болсо, азыркы учурда алар көптөгөн өндүрүш ишканаларында стандарттуу технологиялык жабдуулар болуп саналат.
Лазердик ширетүүнү башка ширетүү процесси менен айкалыштыруу "гибриддик ширетүү процесси" деп аталат. Бул лазер нуру жана дого бир эле учурда бир ширетүү зонасында иштеп, бири-бирине таасир этип жана колдоо көрсөтөрүн билдирет.
2. Лазер:
Лазердик ширетүү каалаган "терең ширетүү эффектин" алуу үчүн жогорку лазердик кубаттуулукту гана эмес, ошондой эле жогорку сапаттагы нурду талап кылат. Натыйжада алынган жогорку сапаттагы нурду кичирээк фокустук диаметрге же чоңураак фокустук аралыкка жетүү үчүн колдонсо болот.
Учурда ишке ашырылып жаткан өнүктүрүү долбоорлору үчүн 4 кВт кубаттуулуктагы лазер нуру бар лампа менен сордурулган катуу абалдагы лазер колдонулууда. Лазер нуру 600 мкм айнек буласы аркылуу өткөрүлөт.
Лазер нуру айнек буласы аркылуу берилет, анда башы жана аягы суу менен муздатылат. Лазер нуру фокустук аралыгы 200 мм болгон фокустоочу модуль аркылуу жумушчу бөлүккө проекцияланат.
3. Лазердик гибриддик процесс:
Металл буюмдарын ширетүү үчүн Nd:YAG лазер нуру 106 Вт/см2 жогору интенсивдүүлүккө багытталган. Лазер нуру материалдын бетине тийгенде, ал жерди буулануу температурасына чейин ысытат жана металл буусунун чыгышынан улам ширетүүчү металлда буу көңдөйү пайда болот. Ширетүүчү тигиштин айырмалоочу өзгөчөлүгү - анын тереңдиктен туурасына болгон жогорку катышы. Эркин күйүүчү доганын энергия агымынын тыгыздыгы 104 Вт/см2 бир аз жогору. 1-сүрөттө гибриддик ширетүүнүн негизги принциби көрсөтүлгөн. Лазер нуру
бул жерде сүрөттөлгөндөй, жаадан чыккан жылуулуктан тышкары, тигиштин үстүнкү бөлүгүндөгү ширетүүчү металлга жылуулук берет. Эки өзүнчө ширетүү процесси удаалаш иштеген ырааттуу конфигурациядан айырмаланып, гибриддик ширетүүнү бир эле процесстик зонада бир убакта иштеген эки ширетүү процессинин айкалышы катары кароого болот. Кайсы жаа же лазердик процесс колдонулганына жана процесстин параметрлерине жараша, процесстер бири-бирине ар кандай деңгээлде жана ар кандай жолдор менен таасир этет [1, 2].
Лазердик процесстин жана жаа процессинин айкалышынын аркасында ширетүүнүн тереңдигинин жана ширетүү ылдамдыгынын жогорулашы байкалат (өзүнчө колдонулган процесстердин бирине салыштырмалуу). Буу көңдөйүнөн чыккан металл буусу жаа плазмасына ретро-аракет кылат. Иштетүү плазмасында Nd:YAG лазердик нурлануунун сиңирилиши анча чоң эмес бойдон калууда. Эки кубаттуулуктун катышы кандайча тандалып алынганына жараша, жалпы процесстин мүнөзү лазер же жаа аркылуу чоңураак же кичине деңгээлде аныкталышы мүмкүн [3,4].
1-сүрөт: Схемалык көрсөтүлүшү: Лазердик гибриддик ширетүү
Лазердик нурлануунун сиңирилишине негизинен жумуш бөлүкчөсүнүн бетинин температурасы таасир этет. Лазердик ширетүү процесси башталардан мурун, айрыкча алюминий беттеринде, баштапкы чагылдырууну жеңүү керек. Буга атайын баштоо программасы менен ширетүүнү баштоо аркылуу жетишүүгө болот. Буулануу температурасына жеткенден кийин, буу көңдөйү пайда болот, натыйжада дээрлик бардык нурлануу энергиясы жумуш бөлүкчөсүнө киргизилет. Ошентип, бул үчүн талап кылынган энергия температурага көз каранды сиңирүү жана жоголгон энергиянын көлөмү менен аныкталат.
даярдалуучу бөлүктүн калган бөлүгүнө өткөрүү аркылуу. Лазердик гибриддик ширетүү учурунда буулануу даярдалуучу бөлүктүн бетинен гана эмес, толтургуч зымдан да жүрөт, демек, көбүрөөк металл буусу бар, бул өз кезегинде лазердик нурлануунун киришин жеңилдетет. Бул ошондой эле процесстин үзгүлтүккө учурашына жол бербейт [5, 6, 7, 8, 9].
4. Автоунаа колдонуу:
Мейкиндик каркас технологиясын колдонуу менен, болоттон жасалган унаанын кузовуна салыштырмалуу салмакты 43% га азайтууга болот.
2-сүрөт: Audi Space A2 концепциясынын рамасы
Audi A2 Space рамасы 30 м лазерден (2-сүрөттө сары тилкелер) жана 20 м MIG ширетүүчү узундуктан турат. Мындан тышкары, 1700 заклепка да колдонулат.
3-сүрөт: Audi-A2деги профилдерди жана бириктирүү ыкмаларын салыштыруу
4-сүрөттө ALMg3 куюлган материалынын AlMgSi барак материалы менен LaserHybrid ширетилген мууну көрсөтүлгөн. Толтургуч зым AlSi5, ал эми колдонулган коргоочу газ - аргон. Лазердин кубаттуулугунун жогорулашы менен тереңирээк кирүүгө болот. Лазер нурун жаа менен ушундай жол менен айкалыштыруу лазер нурун ширетүү процессине караганда чоңураак ширетүүчү бассейнге жетишет. Бул кеңирээк аралыктары бар компоненттерди ширетүүгө мүмкүндүк берет.
4-сүрөт: 0,5 мм ажырым менен бири-бирине дал келген муун
Автоунаа өнөр жайында муундарды даярдоосуз кабатталып ширетүүнүн көптөгөн колдонулуштары бар. Учурда бул ширетүү жумушунун эң заманбап процесси - AA 6xxx эритмесинин ысык жарылышынан улам муздак толтургуч зым менен лазердик ширетүү. Муун толтургуч зым менен ширетилгенде, ал толтургуч зымды эритүү үчүн лазердик энергиянын көп бөлүгү жоголот.
Кийинки сүрөт 2,4 м/мин ширетүү ылдамдыгы менен кабатталып турган муундагы LaserHybrid жана Laser ширетүүнүн айырмачылыктарын көрсөтөт. Лазердик ширетүү учурунда ширетүүчү бөлүктү толтуруу мүмкүн эмес жана астыңкы кесик пайда болот. Ошондой эле, негизги материалга өтө аз гана кирүү болот. Ширетүүчү бөлүктүн туурасы өтө кичинекей, ошондуктан тартылуу күчү төмөн болот деп күтүлөт. LaserHybrid ширетүү учурунда,
кошумча материал ширетүүчү бассейнге ташылат. Кесилген жер MIG процессинен алынган зым менен толтурулат жана лазер энергиясынын бир бөлүгү эми үнөмдөлөт. Бул үнөмдөлгөн лазер энергиясы негизги материалга кирүүсүн жогорулатуу үчүн колдонулушу мүмкүн жана ширетүүчү шурулардын туурасы сандык симуляциядан талап кылынган материалдын калыңдыгынан чоңураак.
5-сүрөт. Лазердик гибрид менен толтургуч зымы жок лазердик ширетүүнү салыштыруу
LaserHybrid ширетүү процедурасы менен 4 ммге чейинки калыңдыктагы алюминий, болот жана дат баспас болот материалдарын ширетүүгө болот. Эгерде калыңдыгы өтө жогору болсо, толук кирүү мүмкүн эмес. Цинк менен капталган материалдарды бириктирүү үчүн лазердик ширетүү процессин колдонуу да артыкчылыктуу.
Автоунаа тармагында андан ары колдонулуучу тармактар - бул лазердик гибриддик ширетүү процесси ылайыктуу болушу мүмкүн болгон күч берүүчү түзүлүштөр, октор жана унаа кузовдору.
Ширетүүчү башы:
Ширетүүчү баштын геометриялык өлчөмдөрү кичинекей болушу керек, бул ширетилүүчү компоненттерге, айрыкча авто-корпус тармагында жакшы жетүүнү камсыз кылат. Андан тышкары, ал роботтун башына ылайыктуу ажыратылуучу туташууну жана бардык декарттык координаталардагы фокустук аралык жана фонарь токтотуу аралыктары сыяктуу процесстин өзгөрмөлөрүн жөнгө салууну камсыздай тургандай кылып иштелип чыгышы керек. 5-сүрөттө процесс жүрүп жатканда ширетүүчү баш көрсөтүлгөн. Ширетүү процессинде пайда болгон чачырандылар коргоочу айнектин кирдешинин көбөйүшүнө алып келет. Кварц айнеги эки жагынан тең чагылдырууга каршы материал менен капталган жана лазердик оптикалык системаны бузулуудан коргоо үчүн арналган.
Кирдөө даражасына жараша, айнекке топтолгон чачырандылар, иш бөлүккө таасир этүүчү лазердик күчтүн 90% га чейин төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн. Катуу кирдөө, адатта, коргоочу айнектин бузулушуна алып келет, анткени нурлануу энергиясынын мындай чоң бөлүгү айнектин өзүнө сиңип, айнектеги жылуулук чыңалуусун пайда кылат. Ал ширетүүчү башы жана ширетүүчү жабдуулары менен аны LaserHybrid ширетүү, лазердик ширетүү, MSG ширетүү жана башка максаттарда колдонууга болот.Лазердик ысык зым менен ширетүү.
6-сүрөт: Ширетүүчү башы жана процесси
5. Лазердик гибриддик ширетүүнүн артыкчылыктары:
Дого жана лазер нурунун биригишинен төмөнкү артыкчылыктар келип чыгат: Лазердик гибриддик ширетүүнүн лазердик ширетүүгө караганда артыкчылыктары:
• жогорку процесстин туруктуулугу
• көпүрөгө туруктуулугу жогору
• тереңирээк кирүү
• капиталдык инвестициялардын чыгымдарын азайтуу
• жогорку ийкемдүүлүк
Лазердик гибриддик ширетүүнүн MIG ширетүүгө караганда артыкчылыктары:
• жогорку ширетүү ылдамдыгы
• жогорку ширетүү ылдамдыгында тереңирээк кирүү
• төмөнкү жылуулук киргизүү
• жогорку созулууга туруктуулук
• кууш ширетүүчү тигиштер
7-сүрөт: Эки процессти айкалыштыруунун артыкчылыктары
Дого менен ширетүү процесси арзан энергия булагы, жакшы көпүрө түзүү жөндөмү жана толтургуч металлдарды кошуу менен түзүлүшкө таасир этүү мүмкүнчүлүгү менен мүнөздөлөт. Ал эми лазер нуру процессинин айырмалоочу өзгөчөлүктөрү - бул чоң ширетүү тереңдиги, жогорку ширетүү ылдамдыгы, төмөн жылуулук жүктөмү жана тар ширетүү тигиштери. Белгилүү бир нур тыгыздыгынан жогору болгондо, лазер нуру металл материалдарында "терең ширетүү эффектин" пайда кылат, бул лазердин кубаттуулугу жетиштүү жогору болгон шартта дубалдын калыңдыгы чоң компоненттерди ширетүүгө мүмкүндүк берет. Ошентип, лазердик гибриддик ширетүү жогорку ширетүү ылдамдыгын, дого менен лазер нурунун өз ара аракеттенүүсүнөн улам процесстин турукташуусун, жылуулук эффективдүүлүгүнүн жогорулашын жана жумушчу бөлүктүн жогорку чыдамкайлыгын камсыз кылат. Ширетүүчү бассейн MIG процессине караганда кичине болгондуктан, жылуулук киргизүү азыраак болот жана ошентип, жылуулукка таасир этүүчү зона азыраак болот. Бул аз ширетүү дегенди билдирет.
бурмалоо, бул ширетүүдөн кийинки түздөө иштеринин көлөмүн азайтат.
Эки өзүнчө ширетүүчү бассейн болгон жерде, догодон кийинки жылуулук киргизүү лазер нурунун – ширетилген аймактын – айрыкча болоттун – ширетүүдөн кийинки чыңдоо иштетилишин билдирет, бул катуулук маанилерин тигиш боюнча бирдей бөлүштүрөт. 6-сүрөттө айкалышкан (б.а. гибриддик) процесстин артыкчылыктары кыскача баяндалган.
Эми гибриддик ширетүүнүн лазердик ширетүүгө караганда экономикалык артыкчылыктарына келсек, төмөнкү билдирүүлөрдү жасоого болот: Ширетүүчү тигиш жарым-жартылай лазердик ширетүүдөн жана жарым-жартылай MIG ширетүүсүнөн турат. Гибриддик процесс лазер нурунун кубаттуулугун азайтууга мүмкүндүк берет, башкача айтканда, лазер нуру аппаратынын эффективдүүлүгү 3% гана болгондуктан, лазер булагынын энергия керектөөсүн бир топ азайтууга болот. Башкача айтканда: Лазер нурунун кубаттуулугунун 1 кВтга азайышы, жумуш бөлүккө таасир этүүсү менен электр тармагынан керектелүүчү кубаттуулуктун болжол менен 35 кВАга азайышына алып келет.
Лазердик нур аппараты ар бир 1 кВт үчүн болжол менен 0,1 м евро турат.лазер нурунун күчүБир гана мисал келтирсек, гибриддик процессти колдонуу 4 кВт нур кубаттуулугуна ээ болгон аппараттын ордуна 2 кВт кубаттуулуктагы лазердик нур аппаратын колдонууга мүмкүндүк берген учурда, бул инвестициялык чыгымдарды 0,2 миллион еврого үнөмдөөгө алып келет. Бирок, бул жерде гибриддик процесс үчүн болжол менен 20 000 евро турган MIG аппараты керек болорун эстен чыгарбоо керек.
Ширетүүнүн жогорку ылдамдыгынын аркасында, жасоо убактысын да, ширетүүнүн баасын да азайтууга болот.
6. Лазердик зым менен ширетүү:
Лазер нурун толтургуч зым менен айкалыштыруунун дагы бир мүмкүнчүлүгү - LaserHotwire процесси [10]. Бул процедурада толтургуч зым ошол эле кубат булагы менен алдын ала ысытылат, аны төмөнкүлөр үчүн колдонсо болотЛазердик гибриддик ширетүү процессиТолтургуч зымдын ток күчү 100 Адан 220 Ага чейин. Зымдын берүү ылдамдыгы ширетүүчү мончоктун кесилишине жана ширетүү ылдамдыгына жараша болот. Ширетүү толтургуч металлдын көлөмү аркылуу окшош ширетүүчү тигиштерге караганда оңой бүткөрүлө турган калыптоочу материалды сунуштайт. Барактын бөлүктөрүн ширетүү аркылуу оңдоо иштерин ширетилген бириктирүүлөргө караганда оңой жол менен жүргүзүүгө болот. LaserHotwire ширетүүсүнүн бир артыкчылыгы - ширетилген зонанын жакшы коррозияга туруктуулугу.
Толтургуч металлдар катары SG-CuSi3 сыяктуу арзан жез негизиндеги эритмелер колдонулат жана аргон коргоочу газ катары кызмат кылат.
8-сүрөт: Схемалык көрсөтмөЛазердик ысык зым менен ширетүү:
Кийинки сүрөттө лазердик ысык зым менен ширетилген материалдын кесилиши көрсөтүлгөн. Цинк менен капталган материал 3 м/мин ылдамдыкта ширетилген жана толтургуч зымдын ток күчү 205 А. Жылуулуктун кириши өтө төмөн, ошондуктан ширетүү процессинин натыйжасы төмөн бурмалоо болуп саналат.
7. Кыскача мазмуну:
Лазердик гибриддик ширетүү - бул металл иштетүү тармактарында кеңири колдонуу тармактары үчүн синергияны сунуш кылган таптакыр жаңы технология, айрыкча, талап кылынган компоненттердин толеранттуулугуна жетүү мүмкүн эмес же каржылык жактан пайдалуу эмес учурларда.лазер нуру менен ширетүүКолдонуунун кеңири чөйрөсү жана айкалышкан процесстин жогорку мүмкүнчүлүктөрү инвестициялык чыгымдарды азайтуу, өндүрүш убактысын кыскартуу, өндүрүш чыгымдарын азайтуу жана өндүрүмдүүлүктү жогорулатуу жагынан атаандаштыкка жөндөмдүүлүктү жогорулатат.
LaserHybrid процесси алюминийди ширетүүгө жаңы ыкманы сунуштайт. Бирок, катуу абалдагы лазерлердин жогорку кубаттуулугунун аркасында практикада колдонула турган туруктуу процесс салыштырмалуу жакында эле мүмкүн болду. Көптөгөн изилдөөлөр лазердик-жага-гибриддик ширетүү процесстеринин негиздерин изилдеген. "Гибриддик ширетүү процесси" деп биз лазердик нур менен ширетүүнүн жана жаа менен ширетүү процессинин айкалышын, бир гана процесстик зонаны (плазма жана эритме) түшүнөбүз. Негизги изилдөө иштери көрсөткөндөй, эки процессти айкалыштыруу менен синергияга жетишүүгө жана ар бир өзүнчө процесстин кемчиликтерин компенсациялоого мүмкүн болгон процесс мүмкүн, бул көптөгөн ар кандай материалдар жана конструкциялар үчүн ширетүү мүмкүнчүлүктөрүн, ширетүүчүлүгүн жана ишенимдүүлүгүн жогорулатат. Атап айтканда, бул алюминий эритмелери үчүн көрсөтүлгөн. Оңой процесс параметрлерин тандоо менен, геометрия жана структуралык түзүлүш сыяктуу ширетүүчү касиеттерге тандап таасир этүүгө болот. Жаа менен ширетүү процесси толтургуч металлды кошуу менен көпүрөлүүлүктү жогорулатат; ал ошондой эле ширетүүчү тигиштин туурасын аныктайт жана ошону менен керектүү даярдыктын көлөмүн азайтат. Мындан тышкары, процесстердин ортосунда болуп жаткан өз ара аракеттенүүлөр процесстин натыйжалуулугун бир кыйла жогорулатат. Бул айкалышкан процесс лазердик ширетүү процессине караганда бир топ аз инвестициялык чыгымдарды талап кылат.
Лазердик ысык зым менен ширетүү процесси, айрыкча, цинк менен капталган материал үчүн жакшы коррозияга туруктуулук алуу үчүн колдонулушу мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 18-апрели
