Kaj lasera veldado kaj arka veldado delonge estas uzataj por industria produktado, kaj permesas larĝan spektron de uzoj en la kampo de material-kuniga teknologio. Ĉiu el ĉi tiuj procezoj havas siajn specifajn aplikajn kampojn, kiel priskribite de la fizikaj procezoj de la energi-transporto al la laborpeco kaj de la energi-fluoj, kiujn oni povas akiri. La energio estas transdonita de la lasera radia fonto al la materialo por prilaborado per alt-energia infraruĝa kohera radiado, uzante fibro-optikan kablon. La arko transdonas la varmon bezonatan por veldado per alta elektra kurento fluanta al la laborpeco tra arka kolono. La lasera radiado kondukas al tre mallarĝa varmo-influita zono kun granda proporcio de veldprofundo al kudrerlarĝo (profund-velda efiko). La interspaco-transponta kapablo de la lasera veldprocezo estas tre malalta, pro ĝia malgranda fokusa diametro, sed aliflanke ĝi povas atingi tre altajn veldajn rapidojn. La arka veldprocezo havas multe pli malaltan energi-densecon, sed kaŭzas pli grandan fokusan punkton sur la surfaco de la laborpeco kaj estas karakterizita per pli malrapida prilabora rapido. Kunfandante ambaŭ ĉi tiujn procezojn, utilaj sinergioj povas esti atingitaj. Fine, tio ebligas atingi kaj kvalitajn avantaĝojn kaj produktad-inĝenierajn avantaĝojn, kaj ankaŭ plibonigitan kostefikecon. Ĉi tiu procezo ofertas interesajn kaj ekonomie allogajn aplikojn, kaj en la aŭtomobila industrio, ne malpleje ĉar pli altaj tolerancoj estas permesitaj ĉe la veldaĵoj, pli altaj kunigaj rapidecoj eblas, kaj tre bonaj mekanikaj/teknologiaj parametroj povas esti atingitaj.
1. Enkonduko:
Jam ekde la 1970-aj jaroj oni scias kiel kombini laseran lumon kaj arkon en kombinitan veldprocezon, sed dum longa tempo poste neniu plua evoluiga laboro estis entreprenita. Lastatempe, esploristoj denove turnis sian atenton al ĉi tiu temo kaj provis unuigi la avantaĝojn de la arko kun tiuj de la lasero, en hibrida veldprocezo. Dum en la fruaj tagoj, laserfontoj ankoraŭ devis pruvi sian taŭgecon por industria uzo, nuntempe ili estas norma teknologia ekipaĵo en multaj fabrikaj entreprenoj.
La kombino de lasera veldado kun alia veldprocezo nomiĝas "hibrida veldprocezo". Tio signifas, ke lasera radio kaj arko agas samtempe en unu veldzono, kaj influas kaj subtenas unu la alian.
2. Lasero:
Lasera veldado postulas ne nur altan laseran potencon, sed ankaŭ altkvalitan radiofaskon por atingi la deziratan "profundan veldan efikon". La rezulta pli alta kvalito de la radiofasko povas esti ekspluatata por atingi aŭ pli malgrandan fokusan diametron aŭ pli grandan fokusan distancon.
Por la nuntempe okazantaj evoluigaj projektoj, oni uzas lampo-pumpitan solidstatan laseron kun lasera potenco de 4 kW. La lasera lumo estas transdonita per vitrofibro de 600 µm.
La lasera lumo estas transdonita per vitrofibro, en kiu la komenco kaj fino estas akvomalvarmigitaj. La lasera radio estas projekciita sur la laborpecon per fokusa modulo kun fokusa distanco de 200 mm.
3. Lasera Hibrida procezo:
Por veldi metalajn pecojn, la Nd:YAG-lasera radio estas fokusita je intensecoj super 10⁶W/cm². Kiam la lasera radio trafas la surfacon de la materialo, ĝi varmigas ĉi tiun punkton ĝis vaporiĝa temperaturo, kaj vapora kavaĵo formiĝas en la veldita metalo pro la eliranta metala vaporo. La distingilo de la veldaĵo estas ĝia alta rilatumo inter profundo kaj larĝo. La energi-flua denseco de la libere brulanta arko estas iomete super 10⁴ W/cm². Figuro 1 ilustras la bazan principon de hibrida veldado. La lasera radio
montrita ĉi tie provizas varmon al la veldita metalo en la supra parto de la junto, aldone al la varmo de la arko. Male al sinsekva konfiguracio kie du apartaj veldprocezoj agas sinsekve, hibrida veldado povas esti vidata kiel kombinaĵo de ambaŭ veldprocezoj agantaj samtempe en unu kaj la sama procezzono. Depende de kiu arka aŭ lasera procezo estas uzata, kaj de la procezparametroj, la procezoj influos unu la alian laŭ malsama mezuro kaj laŭ malsamaj manieroj [1, 2].
Danke al la kombinaĵo de la lasera procezo kaj la arka procezo, ankaŭ okazas pliiĝo kaj de la penetra profundo de la veldaĵo kaj de la veldrapideco (kompare kun ambaŭ procezoj uzataj aparte). La metala vaporo, kiu eliras el la vapora kavaĵo, retroagas sur la arkan plasmon. La sorbado de la Nd:YAG-lasera radiado en la prilabora plasmo restas nekonsiderinda. Depende de la elektita proporcio de la du potencaj enigoj, la karaktero de la tuta procezo povas esti pli aŭ malpli determinita de la lasero aŭ de la arko [3,4].
Fig. 1: Skema prezento: LaserHybrid-veldado
La sorbadon de la lasera radiado signife influas la temperaturo de la surfaco de la laborpeco. Antaŭ ol la lasera velda procezo povas komenciĝi, la komenca reflekto devas unue esti superita, precipe ĉe aluminiaj surfacoj. Ĉi tion oni povas atingi per komencado de veldado per speciala startprogramo. Post kiam la vaporiĝa temperaturo estas atingita, la vapora kavaĵo formiĝas, rezulte ke preskaŭ la tuta radiada energio povas esti enigita en la laborpecon. La energio bezonata por tio estas do determinita de la temperatur-dependa sorbado kaj de la kvanto de perdita energio.
per konduktado en la reston de la laborpeco. En LaserHybrid-veldado, vaporiĝo okazas ne nur de la surfaco de la laborpeco sed ankaŭ de la pleniga drato, kio signifas, ke estas pli da metala vaporo havebla, kio siavice faciligas la enigon de la lasera radiado. Tio ankaŭ malhelpas procezĉesigon [5, 6, 7, 8, 9].
4. Aŭtomobila apliko:
Per uzado de spacframa teknologio, eblas pezredukto de 43% kompare kun ŝtala aŭtokaroserio.
Fig. 2: Audi Space frame A2 koncepto
La ĉasio de la Audi A2 Space konsistas el 30 m da lasero (flavaj strioj en figuro 2) kaj 20 m da MIG-veldaĵo. Krome, 1700 nitoj ankaŭ estas uzataj.
Fig. 3: Komparo de profiloj kaj kunigaj teknikoj ĉe la Audi-A2
Figuro 4 montras LaserHybrid velditan junton el gisita ALMg3-materialo kun lamenmaterialo AlMgSi. La pleniga drato estas AlSi5 kaj la ŝirma gaso uzata estas argono. Kun kreskanta lasera potenco, pli profunda penetro eblas. Kombinante la laseran radion kun la arko tiamaniere, oni atingas pli grandan veldbazon ol per la lasera radiovelda procezo sole. Tio ebligas veldi komponantojn kun pli larĝaj interspacoj.
Figuro 4: Interkovriĝanta junto kun interspaco de 0,5 mm
En la aŭtomobila industrio ekzistas multaj aplikoj de interkovra veldado sen preparado de junto. Nuntempe, la plej moderna procezo por ĉi tiu veldado estas la lasera velda procezo kun malvarma pleniga drato, pro varma fendado de la alojo AA 6xxx. Kiam la junto estas veldita kun pleniga drato, multe da lasera energio perdiĝos por fandi tiun plenigan draton.
La sekva figuro prezentas la diferencojn inter LaserHybrid kaj lasera veldado sur interkovriĝanta junto kun veldrapido de 2.4 m/min. Ĉe lasera veldado, ne eblas plenigi la veldsandviĉon, kaj subtranĉo okazas. Ankaŭ, estas nur tre malgranda penetrado en la bazan materialon. La larĝo de la veldsandviĉo estas tre malgranda, kaj tial oni atendos malaltan streĉreziston. Ĉe LaserHybrid veldado,
Plia materialo estas transportata en la veldbazon. La subtranĉaĵo estas plenigita per la drato de la MIG-procezo, kaj parto de la lasera energio nun estas ŝparita. Ĉi tiu ŝparita lasera energio povas esti uzata por pliigi la penetron en la bazan materialon, kaj la larĝo de la veldsandraĵo estas pli granda ol la materiala dikeco, kio estas postulata de la numera simulado.
Fig. 5 Komparo inter LaserHybrid kaj lasera veldado sen pleniga drato
Per la veldproceduro LaserHybrid eblas veldi materialojn el aluminio, ŝtalo kaj rustorezista ŝtalo ĝis 4 mm dikeco. Se la dikeco estas tro alta, plena penetro ne eblas. Por kunigi zink-kovritajn materialojn, estas ankaŭ preferinde uzi la laseran lutolutan procezon.
Pliaj aplikoj en la aŭtomobila sektoro estas potenco-trajnoj, aksoj kaj aŭtokaroserioj, kie la lasera hibrida veldprocezo povas esti taŭga.
Velda kapo:
La veldkapo devus havi malgrandajn geometriajn dimensiojn, por certigi bonan alireblecon al la veldotaj komponantoj, precipe en la karoserioj. Krome, ĝi devus esti desegnita por permesi kaj taŭgan dekroĉeblan konekton al la robotkapo kaj alĝustigeblecon de tiaj procezvariabloj kiel fokusa distanco kaj torĉaj distancadoj en ĉiuj karteziaj koordinatoj. Figuro 5 montras la veldkapon, dum la procezo funkcias. La ŝprucado, kiu okazas dum la veldprocezo, kondukas al kreskanta malpuriĝo de la protekta vitro. La kvarcvitro estas kovrita ambaŭflanke per kontraŭreflekta materialo kaj celas protekti la laseran optikan sistemon kontraŭ difekto.
Depende de la grado de malpuriĝo, la ŝprucaĵo akumuliĝanta sur la vitro povas kaŭzi malpliiĝon de la lasera potenco efektive efikanta sur la laborpecon je ĝis 90%. Pli peza malpuriĝo ĝenerale kondukas al la detruo de la protekta vitro, ĉar tia granda proporcio de la radianta energio estas tiam absorbita de la vitro mem, kaŭzante termikajn streĉojn en la vitro. Kun tiu veldkapo kaj veldekipaĵo, eblas uzi ĝin por LaserHybrid-veldado, laserveldado, MSG-veldado kaj...Lasera varmdrata lutado.
Fig. 6: Veldkapo kaj procezo
5. Avantaĝoj de Lasera Hibrida Veldado:
La jenaj avantaĝoj rezultas el la kunfandiĝo de arko kaj lasera radio: Avantaĝoj de LaserHybrid-veldado super laserveldado:
• pli alta proceza stabileco
• pli alta pontebleco
• pli profunda penetro
• pli malaltaj kapitalinvestaj kostoj
• pli granda duktileco
Avantaĝoj de LaserHybrid-veldado super MIG-veldado:
• pli altaj veldrapidoj
• pli profunda penetro ĉe pli altaj veldrapidecoj
• pli malalta termika enigo
• pli alta streĉorezisto
• pli mallarĝaj veldsuturoj
Fig. 7: Avantaĝoj de kombinado de la du procezoj
La arkvelda procezo karakteriziĝas per malaltkosta energifonto, bona pontkapablo kaj la ebleco influi la strukturon per aldono de plenmetaloj. La distingaj trajtoj de la laserradia procezo, aliflanke, estas la granda veldprofundo, alta veldrapido, malalta termika ŝarĝo kaj mallarĝaj veldsuturoj, kiujn ĝi atingas. Super certa radiodenseco, la laserradio produktas "profundveldan efikon" en metalaj materialoj, kiu ebligas veldi komponantojn kun pli grandaj murdikecoj - kondiĉe ke la lasera potenco estas sufiĉe alta. Lasera hibrida veldado tiel ebligas pli altajn veldrapidojn, procezstabiligon pro la interago inter la arko kaj la laserradio, pliigitan termikan efikecon kaj pli grandajn toleremojn de laborpecoj. Ĉar la veldbazo estas pli malgranda ol en la MIG-procezo, estas malpli da termika enigo kaj tial pli malgranda varmo-trafita zono. Tio signifas malpli da veldaĵo.
misformiĝon, kiu reduktas la kvanton de posta post-velda rektiga laboro, kiu devas esti farita.
Kie estas du apartaj veldaĵaj lagetoj, la posta termika enigo de la arko signifas, ke la lasera radio - veldita areo - precipe en la kazo de ŝtalo - ricevas post-veldan hardigan traktadon, disvastigante la malmolecajn valorojn pli egale trans la junton. Figuro 6 resumas la avantaĝojn de la kombinita (t.e. hibrida) procezo.
Turnante nun al la ekonomiaj avantaĝoj de hibrida veldado kompare kun lasera veldado, oni povas fari la jenajn asertojn: La veldsuturo konsistas parte el lasera veldo kaj parte el MIG-veldo. La hibrida procezo ebligas redukti la potencon de la lasera radio, kio signifas, ke la energikonsumo de la laserfonto povas esti multe malpliigita, ĉar la laserradia aparato havas efikecon de nur 3%. Alivorte: Redukto de 1 kW en la laserradia potenco efikanta sur la laborpecon kondukas al redukto de ĉirkaŭ 35 kVA en la potenco konsumita de la elektra reto.
Lasera radia aparato kostas ĉirkaŭ 0,1 milionojn da eŭroj por ĉiu 1 kW dapotenco de laserradioPor preni nur unu ekzemplon, en kazo kie la utiligo de la hibrida procezo ebligas uzi 2 kW laserradian aparaton anstataŭ unu kun 4 kW da radiopotenco, tio rezultigas ŝparon de 0,2 milionoj da eŭroj en investaj elspezoj. Tamen, oni devas memori ĉi tie, ke por la hibrida procezo, oni bezonos MIG-maŝinon kostantan ĉirkaŭ 20 000 eŭrojn.
Dank' al la pli alta veldrapido, kaj la fabrikadotempoj kaj la veldokostoj povas esti reduktitaj.
6. Laserhotwire-lutado:
Alia ebleco por kombini la laseran radion kun pleniga drato estas la procezo LaserHotwire [10]. En ĉi tiu proceduro la pleniga drato estas antaŭvarmigita per la sama energifonto, kiu povas esti uzata por laLasera Hibrida velda procezoLa pleniga drato havas kurentŝarĝon de 100 A ĝis 220 A. La dratfurorapido dependas de la transversa sekco de la lutuza globeto kaj de la lutuza rapido. Lutuzo ofertas, per la kvanto de pleniga metalo, fandmaterialon, kiu povas esti finita pli facile ol kompareblaj veldaĵoj. Per la lutuzo de lamenpartoj, riparlaboroj povas esti faritaj pli facile ol ĉe velditaj juntoj. Unu avantaĝo de LaserHotwire-lutuzo estas la bona korodrezisto de la lutuza zono.
Kiel plenigaĵmetaloj, malmultekostaj kuprobazitaj alojoj kiel ekzemple SG-CuSi3 estas uzataj kaj argono servas kiel ŝirma gaso.
Fig. 8: Skema prezentoLasera varmdrata lutado:
La sekva figuro montras la sekcon de materialo lozita per lasera varmega drato. La zinkkovrita materialo estas lotita kun rapido de 3 m/min kaj la pleniga drato havas kurentŝarĝon de 205 A. La varmo-enigo estas tre malalta, tial malalta distordo estas la rezulto de la lotiga procezo.
7. Resumo:
Lasera Hibrida veldado estas tute nova teknologio, kiu ofertas sinergiojn por vastaj aplikaĵkampoj en metalprilaboraj industrioj, precipe kie ne eblas aŭ finance realigeblas atingi la komponentajn tolerancojn, kiuj estas postulataj porlasera radioveldadoLa multe pli vasta gamo de aplikoj kaj la alta kapablo de la kombinita procezo kondukas al plibonigita konkurencivo rilate al reduktitaj investaj elspezoj, pli mallongaj fabrikadtempoj, pli malaltaj fabrikadkostoj kaj pli alta produktiveco.
La LaserHybrid-procezo ankaŭ ofertas novan aliron al la veldado de aluminio. Tamen, stabila procezo, kiu povas esti uzata en praktiko, fariĝis ebla nur relative lastatempe, danke al la pli altaj disponeblaj potencoj de solidstataj laseroj. Multaj studoj ekzamenis la fundamentojn de laser-ark-hibridaj veldaj procezoj. Per "hibrida velda procezo", ni celas la kombinaĵon de laserradia veldado kaj la arkvelda procezo, kun nur unu sola procezzono (plasmo kaj fandado). Bazaj esplorstudoj montris, ke eblas procezo, en kiu - kombinante la du procezojn - sinergioj povas esti atingitaj kaj la malavantaĝoj de ĉiu aparta procezo povas esti kompensitaj, rezultante en plibonigitaj veldaj eblecoj, veldeblo kaj velda fidindeco por multaj malsamaj materialoj kaj konstruoj. Precipe, tio estis montrita por aluminiaj alojoj. Elektante favorajn procezparametrojn, eblas selekteme influi veldajn ecojn kiel geometrion kaj strukturan konsiston. La arkvelda procezo pliigas la ponteblecon per aldono de aldonmetalo; ĝi ankaŭ determinas la larĝon de la veldaĵo kaj tiel reduktas la kvanton da necesa preparado de la laborpeco. Krome, la interagoj okazantaj inter la procezoj kondukas al konsiderinda pliigo de la efikeco de la procezo. Ĉi tiu kombinita procezo ankaŭ postulas konsiderinde pli malgrandajn investkostojn ol la lasera velda procezo.
La lasera varmdrata lutobatalprocezo povas esti uzata precipe por zinkkovritaj materialoj por atingi bonan korodreziston.
Afiŝtempo: 18-a de aprilo 2025
