Sudare cu fascicul laser
Sudarea cu fascicul laser este o metodă de sudare de înaltă eficiență și extrem de precisă, folosind ca sursă de căldură un fascicul laser cu densitate mare de energie. Sudarea se poate face prin fasciculele laser continue sau pulsate. În conformitate cu principiile sudării cu laser, procesele pot fi împărțite în două: sudarea prin conducție termică și sudarea adâncă cu laser. Densitatea de putere sub 104 ~ 105 W/cm2 se referă la sudarea prin conducție termică. În acel moment, adâncimea de penetrare este mică, cu viteză mică de sudare; atunci când densitatea de putere este mai mare de 105 ~ 107W /cm2, sub acțiunea căldurii, suprafața metalului ia adâncitura în aspectul „găurii” pentru a forma sudare cu penetrare adâncă.
Categorii
Caracteristici ale vitezei rapide de sudare și raportului de aspect mare
Sudarea cu fascicul laser folosește în general fascicule laser continue pentru a finaliza conexiunea materialelor. Procesul fizic metalurgic este foarte asemănător cu sudarea cu fascicul de electroni, adică mecanismul de conversie a energiei este completat de o structură „gaură de cheie”.
Sub iradierea laser cu densitate de putere suficient de mare, materialul se evaporă și formează mici găuri. Această mică gaură umplută cu abur este ca un corp negru, absorbind aproape toată energia fasciculului incident. Temperatura de echilibru în cavitate este de aproximativ 2500C. Căldura este transferată de pe peretele exterior al cavității de înaltă temperatură, topind metalul care înconjoară cavitatea. Găurile mici sunt umplute cu abur la temperatură ridicată generat de evaporarea continuă a materialului peretelui sub fasciculul de lumină.
Cei 4 pereți ai găurilor mici înconjoară metalul topit, iar metalul lichid înconjoară materialul solid. (În majoritatea proceselor convenționale de sudare și sudarea prin conducție laser, energia este prima (depusă pe suprafața piesei de prelucrat, apoi transportată în interior prin transfer). Fluxul de lichid în afara peretelui găurii și tensiunea superficială a stratului de perete sunt în concordanță cu presiunea aburului generată continuu în cavitatea găurii și mențin un echilibru dinamic. fasciculul se mișcă, gaura mică este întotdeauna într-o stare stabilă de curgere.
Adică, gaura mică și metalul topit care înconjoară gaura se vor deplasa înainte cu viteza de avans a fasciculului principal. Metalul topit umple golul lăsat de orificiul mic și apoi se condensează, iar sudura se formează. Toate procesele de mai sus au loc atât de repede încât viteza de sudare poate atinge cu ușurință câțiva metri pe minut.
1. Sudarea cu fascicul laser este sudarea prin fuziune, care folosește un fascicul laser ca sursă de energie și impactează îmbinarea sudată.
2. Fasciculul laser poate fi ghidat de un element optic plat (cum ar fi o oglindă), iar apoi fasciculul este proiectat pe cusătura de sudură cu un element de focalizare reflectorizant sau o lentilă.
3. Sudarea cu fascicul laser este sudare fără contact. Nu este necesară presiunea în timpul funcționării, dar este nevoie de gaz inert pentru a preveni oxidarea bazinului topit. Metalul de adaos este folosit ocazional.
4. Sudarea cu fascicul laser poate fi combinată cu sudarea MIG pentru a forma sudarea laser MIG compozit pentru a realiza sudarea cu penetrare mare, în timp ce aportul de căldură este mult redus în comparație cu sudarea MIG.
Aplicatii
Mașina de sudură cu laser este utilizată pe scară largă în domenii de producție de înaltă precizie, cum ar fi automobile, nave, avioane și cale ferată de mare viteză. A îmbunătățit considerabil calitatea vieții oamenilor și, de asemenea, a propulsat industria de electrocasnice în inginerie de precizie.
Sudarea cu plasmă
Sudarea cu arc cu plasmă se referă la o metodă de sudare prin fuziune care utilizează un fascicul cu densitate energetică ridicată a arcului cu plasmă ca sursă de căldură pentru sudare. În timpul sudării, gazul ionic (formând un arc ionic) și gazul de protecție (pentru a proteja bazinul topit și cordonul de sudură de efectele nocive ale aerului) sunt argon pur. Electrozii utilizați în sudarea cu arc cu plasmă sunt în general electrozi de tungsten și uneori trebuie umpluți cu metal (sârmă de sudură). În general, se adoptă metoda de conectare pozitivă DC (tija de tungsten este conectată la electrodul negativ). Prin urmare, sudarea cu arc cu plasmă este în esență o sudare protejată cu gaz de tungsten cu efect de compresie.
Sudarea cu arc cu plasmă are caracteristicile concentrației de energie, productivitate ridicată, viteză rapidă de sudare, deformare mică la efort și izolare electrică stabilă și este potrivită pentru sudarea plăcilor subțiri și a materialelor cutie. Este potrivit în special pentru diferite materiale metalice refractare, ușor oxidate și sensibile la căldură (cum ar fi wolfram, molibden, cupru, nichel, titan etc.).
Gazul este disociat prin încălzirea arcului și este comprimat la trecerea prin duza răcită cu apă cu viteză mare, crescând densitatea energiei și gradul de disociere, formând un arc de plasmă. Stabilitatea sa, puterea calorică și temperatura sunt mai mari decât arcul general, astfel încât are o viteză mai mare de penetrare și sudare. Gazul care formează arcul de plasmă și gazul de protecție din jurul acestuia utilizează în general argon pur. În funcție de proprietățile materialelor diferitelor piese de prelucrat, unele folosesc heliu, azot, argon sau un amestec al ambelor.
Categorii
1. Sudarea cu arc cu plasmă cu microfasci poate suda folii și plăci subțiri.
2. Cu un efect de gaură mică, poate realiza mai bine sudarea pe o singură față și formarea liberă pe două fețe.
3. Arcul de plasmă are o densitate mare de energie, o temperatură ridicată a coloanei arcului și o capacitate puternică de penetrare. Poate atinge 10-12mm oțel gros fără sudură teșită. Poate fi sudat prin formare pe două fețe simultan. Viteza de sudare este rapidă, productivitatea este mare, iar deformarea la stres este mică.
4. Echipamentul este relativ complicat, consumul de gaz este mare, grupul are cerințe stricte privind spațiul liber și curățenia piesei de prelucrat și este potrivit doar pentru sudarea în interior.
Aplicatii
Sudarea cu plasmă este unul dintre mijloacele importante în producția industrială, în special pentru sudarea cuprului și aliajelor de cupru, titanului și aliajelor de titan, oțelului aliat, oțelului inoxidabil, molibdenului și altor metale aerospațiale, care sunt utilizate în industria militară și în alte industrii de ultimă oră, cum ar fi fabricarea unui anumit tip de carcasă de rachetă realizată din aliaje de titan și containere parțiale din titan.
Cost, întreținere și eficiență operațională
Unii factori legați de compararea alegerilor de tehnologii între sudarea cu fascicul laser și sudarea cu arc cu plasmă pentru aplicații industriale includ costul, întreținerea și eficiența operațională.
Analiza costului
Sudarea cu fascicul laser necesită o investiție inițială mare, deoarece echipamentul este complicat în comparație cu sudarea cu arc cu plasmă. Valoarea sistemelor industriale generale de sudare cu laser variază de obicei în sus $200,000, în timp ce sistemele de sudare cu arc cu plasmă au costuri undeva în intervalul de $10,000 la $50,000. Cu toate acestea, LBW are potențialul pentru economii semnificative de costuri pe termen lung datorită ratelor de procesare crescute, precum și finisajelor minime după sudare necesare. Sudarea cu plasmă ar putea avea costuri mai mari ale consumabilelor pentru funcționarea continuă.
Cerințe de întreținere
Deoarece piesele consumabile, cum ar fi electrozii și duzele de gaz, se uzează mai frecvent, sistemele de sudare cu arc cu plasmă necesită de obicei întreținere mai frecventă. În schimb, sistemele de sudare cu laser necesită mai puține consumabile, dar optica și sursele lor laser necesită curățare și recalibrare ocazională. Atunci când sunt întreținute corespunzător, sursele laser pot dura mai mult de 20,000 de ore cu mai puțin timp de întrerupere. Sistemele cu plasmă, deși mai simple, pot suferi întreruperi mai frecvente, deoarece consumabilele se uzează.
Eficienta operationala
Tehnicile de sudare cu laser sunt mult mai rapide și mai precise, atingând viteze de până la 10 metri pe minut pe materiale subțiri, deci foarte ideale pentru producția de masă. De asemenea, produce zone foarte mici afectate de căldură, oferind astfel o distorsiune minimă a materialului, îmbunătățind astfel calitatea produsului. Sudarea cu plasmă este eficientă în materialele mai groase, deși la o viteză mai mică, necesitând adesea atingeri de finisare suplimentare pentru curățarea sudurilor, cum ar fi șlefuirea.
În timp ce sudarea cu fascicul laser necesită costuri de investiții mai mari în avans, eficiența sa și necesitatea mai puțin frecventă de întreținere oferă adesea beneficii de cost pe termen lung, în special pentru aplicațiile care necesită precizie ridicată. Sudarea cu arc cu plasmă este încă bună pentru lucrări mai puțin complexe și operațiuni mai mici.
