Suvirinimas lazeriu – tai dviejų medžiagų sujungimo būdas naudojant lazerio spindulį kaip koncentruotą šilumos šaltinį, kad medžiagos išlydytų ir sulydytų jų sąlyčio taške. Jis turi pranašumų, palyginti su tradiciniais suvirinimo būdais, pavyzdžiui, greitesnis, lengvesnis automatizavimas, geresnė kokybė ir tikslumas bei išplėstos medžiagų pasirinkimo galimybės.Suvirinimas šaltuoju lazeriureiškia lazerinio suvirinimo metodų pogrupį, kuris apima daug mažesnę šilumos sąnaudą, palyginti su standartiniu lazeriniu suvirinimu. Tačiau kaip tai veikia ir kokie pagrindiniai šaltojo lazerinio suvirinimo būdai naudojami šiandien?
Mažesnis šilumos tiekimas
Pagal apibrėžimą šalto lazerio suvirinimui naudojamas žymiai mažesnis lazerio galios tankis ir šilumos įvedimas nei karštesnio lydinio suvirinimo metodai. Tai leidžia sujungti karščiui jautresnes medžiagas, pvz., plastiką ar ploną foliją, mažiau deformuojant, sudeginant ar atliekant kitokią šiluminę žalą, palyginti su karštesniu suvirinimu lazeriu.[1]
Įprasti šalto lazerinio suvirinimo būdai tiekia tik 25-30 % energijos, sunaudojamos įprastiniam suvirinimui lazeriu. Tai prilygsta galios tankiui, mažesniam nei 1 megavatui kvadratiniam centimetrui, ir didžiausiai temperatūrai, žemesnei nei 2500 laipsnių F ties jungties linijos paviršiais.[2]
Mažesnė šiluma sumažina dalių deformaciją ir rizikingus metalurginius suvirinamų komponentų pokyčius. Tai taip pat leidžia sėkmingai sujungti labai atspindinčias medžiagas, tokias kaip aliuminis ar varis, kurios paprastai nukreiptų didesnį lazerio energijos kiekį, o ne ją sugertų.[3]
Pagrindinės suvirinimo šaltuoju lazeriu metodai
Trys pagrindinės lazerinio suvirinimo kategorijos, laikomos šaltais metodais, yra šios:
1. Mažos galios tankio suvirinimas lazeriu
Tai apima standartinių kietojo kūno arba skaidulinių lazerių galios tankio sumažinimą iki 0,5 megavatų cm2 arba mažiau. Tai leidžia suvirinti iki 0,5 mm gylio, tuo pačiu sumažinant šilumos patekimą ir metalurginį poveikį jautriems lydiniams.[4]
2. Skenuojantis lazerinis suvirinimas
Šis metodas sparčiai svyruoja arba nuskaito lazerio spindulį per siūlę impulsiniu šaudymu. Platesnio pluošto ir greito judėjimo derinys riboja šilumos įvedimą, nepaisant to, kad naudojamas galios tankis didesnis nei 2 megavatai cm2. Tai palengvina egzotiškų aviacijos ir kosmoso lydinių ir akumuliatorių skirtukų suvirinimą.[5]
3. Lazerinis mikrosuvirinimas
Tam naudojami infraraudonieji lazeriniai diodai, skleidžiantys bangos ilgius, suderintus su polimerų sugerties smailėmis. Kruopščiai kontroliuojant mažesnę nei 15 0 vatų emisiją, susidaro siauros siūlės, kurių gylis mažesnis nei 0,1 mm, bet pakankamai tvirtos komponentams, tokiems kaip medicininiai kateteriai ir mikroelektronika.[6],[7]
Privalumai, palyginti su standartiniu lazeriniu suvirinimu
Nors maksimalus suvirinimo greitis ir gylis yra riboti, šaltojo lazerio metodai turi pranašumų, įskaitant:
- Sumažinti dalių iškraipymą ir žalingus metalurgijos pokyčius
- Venkite karščio pažeidimo ir jautrių lydinių atkaklumo praradimo
- Palengvina stiprų ir tikslų sukibimą labai atspindinčiose ir laidžiose medžiagose, kurios anksčiau nebuvo suvirinamos
- Termoplastikų ir polimerinių skirtingų medžiagų porų, linkusių į terminį degradaciją, sujungimas
- Leidžiama automatizuotai suvirinti itin plonas folijas iki 0,05 mm storio [8]
Taigi šaltasis lazerinis suvirinimas užpildo svarbią nišą – palengvina sudėtingą metalų, plastikų ir medžiagų mišinių sujungimą, nesuderinamą su karštesniais įprastiniais lazerinio suvirinimo būdais.
Programos, kurios naudojasi pranašumais
Visų pirma aviacijos, elektronikos ir medicinos prietaisų pramonė naudoja šaltojo lazerinio suvirinimo sprendimus, kad išnaudotų privalumus, pavyzdžiui, sudarytų sąlygas sudėtingoms medžiagoms sujungti su minimaliu mažų sudėtingų komponentų iškraipymu.
Programų pavyzdžiai:
- Hermetiškas širdies stimuliatoriaus titano gaubtų sandarinimas [9]
- Suvirinimo išorinės vakuuminės kameros masės spektrometrams [10]
- Nikelio folijos ritinių sujungimas elektros generatoriuose išsaugant magnetines savybes [11]
- Sandarinimo polimerai vaistų tiekimo pleistre be šilumą skystinančių klijų [12]
Taigi dirbant mažesniu mastu, šaltojo lazerio metodai leidžia sukurti itin svarbius ryšius kosmoso lydiniuose, diagnostikos prietaisuose ir gelbstintiems medicininiams komponentams, kur svarbiausia išlaikyti pagrindinės medžiagos savybes ir matmenis.
Apibendrinant
Suvirinant šaltuoju lazeriu, naudojami sumažinto energijos tankio lazeriniai metodai, kurie riboja šilumos patekimą tikslaus suvirinimo metu. Išlaikant žemą temperatūrą sumažinami dalių iškraipymai ir metalurginiai pažeidimai, tuo pačiu leidžiant labai atspindinčių ir termiškai jautrių komponentų sukibimą, kuris anksčiau nebuvo ribojamas karšto lydinio suvirinimo ribose. Nors veikia mikroskalėse, šaltasis lazeris leidžia sudėtingai sujungti egzotiškų ir nepanašių medžiagų poras, kurios yra būtinos taikant nuo palydovų iki chirurginių implantų.
„Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.“ yra aukštųjų technologijų įmonė, kuri specializuojasi MTTP, automatinių lazerinių dengimo mašinų, greitaeigių lazerinių dengimo mašinų, lazerinio gesinimo aparatų, lazerinio suvirinimo aparatų ir lazerinio 3D spausdinimo įrangos tyrime ir plėtroje. Mūsų produktai yra ekonomiški ir parduodami šalyje ir užsienyje. Jei jus domina mūsų gaminiai, susisiekite su mumis elbob@gshenglaser.com.
Nuorodos:
[1] Katayama, S. Lazerinio suvirinimo technologijų vadovas. Woodhead Publishing. 2013. p. 342.
[2] Inžinerinių medžiagų apdorojimas jonų JC lazeriu: principai, procedūra ir pramoninis taikymas. Elsevier. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Suvirinimas lazeriu: praktinis vadovas. Woodhead Publishing. 1992. 88 p.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Skirtingų medžiagų sujungimo būdai: metalai ir polimerai. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R., Martikainen J. Pažangūs permatomų polimerų suvirinimo lazeriu metodai. Physics Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Lazerinio suvirinimo technologijos pažanga ir naujausios naujovės. Optika ir lazeriai inžinerijoje. 2021 m.; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Lazerinis polimerų suvirinimas naudojant didelio intensyvumo lazerius. Laser Micro Nanoengineering žurnalas. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Lazerinio suvirinimo reiškiniai suvirinant plonąja folija. Lazerinių programų žurnalas. 2011 m. birželio 1 d.;23(2):022005.
[9] L atitinkamai T, Roos E. Titano lydinių, skirtų širdies stimuliatoriams, lydinio suvirinimo tyrimai. Medicinos prietaisų medžiaga II: konferencijos „Medžiagos ir procesai medicinos prietaisams“ pranešimų medžiaga. 2004 Lapkričio 8 p. 12-6.
[10] Synowicki RA. Suvirintų titano vakuuminių kamerų medžiagos masės spektrometrijos taikymuose. 18-asis teminis susitikimas sintezės energijos mokslo tema. 1999 spalio 28 d.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Elektros plieno suvirinimas lazeriu ir jo technologinės pasekmės kintamosios srovės magnetinėms šerdims. IEEE operacijos dėl magnetų. 1992 rugs. 28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Lazerinio perdavimo suvirinimo proceso panaudojimas protezavimo įtaisų sandarinimui implantavimui. Jungtinių Valstijų patentinė paraiška US 06/938,069. 1974 metų gruodžio 4 d.