Suvirinimas lazeriu
Lazerinis suvirinimas yra didelio efektyvumo ir labai tikslus suvirinimo metodas, kurio metu kaip šilumos šaltinis naudojamas didelio energijos tankio lazerio spindulys. Suvirinimas gali būti atliekamas nuolatiniais arba impulsiniais lazerio spinduliais. Pagal lazerinio suvirinimo principus, procesus galima suskirstyti į dvi rūšis: šilumos laidumo suvirinimą ir giluminį lazerinį suvirinimą. Galios tankis mažesnis nei 104 ~ 105 W/cm2 reiškia šilumos laidumo suvirinimą. Tokiu atveju įsiskverbimo gylis yra mažas, o suvirinimo greitis mažas; kai galios tankis didesnis nei 105 ~ 107 W/cm2, veikiant šilumai, metalo paviršius įgauna įdubą ir atrodo kaip „skylė“, sudarydamas giluminį suvirinimą.
Savybės
Greito suvirinimo greičio ir didelio kraštinių santykio savybės
Lazerinio spindulio suvirinimas paprastai naudoja nepertraukiamus lazerio spindulius medžiagoms sujungti. Metalurginis fizikinis procesas yra labai panašus į elektronų spindulio suvirinimą, t. y. energijos konversijos mechanizmą užbaigia „rakto skylutės“ struktūra.
Veikiant pakankamai didelio galingumo lazerio spinduliuote, medžiaga išgaruoja ir susidaro mažos skylutės. Ši maža skylutė, užpildyta garais, yra tarsi juodas kūnas, sugeriantis beveik visą krintančio spindulio energiją. Pusiausvyros temperatūra ertmėje yra apie 2500 °C. Šiluma perduodama iš aukštos temperatūros ertmės išorinės sienelės, išlydydama ertmę supantį metalą. Mažos skylutės užpildomos aukštos temperatūros garais, susidarančiais nuolat garuojant sienelės medžiagai veikiant šviesos spinduliu.
Keturios mažų skylučių sienelės supa išlydytą metalą, o skystas metalas supa kietą medžiagą. (Daugumoje įprastų suvirinimo procesų ir lazerinio laidumo suvirinimo pirmiausia energija (nusėda ant ruošinio paviršiaus, o tada perduodama į vidų). Skysčio srautas už skylės sienelės ribų ir sienelės sluoksnio paviršiaus įtempimas atitinka garų slėgį, nuolat generuojamą skylės ertmėje, ir palaiko dinaminę pusiausvyrą. Šviesos spindulys nuolat patenka į mažą skylę, o medžiaga už mažos skylės ribų nuolat teka. Šviesos spinduliui judant, maža skylė visada yra stabilioje tekėjimo būsenoje.
Kitaip tariant, maža skylutė ir ją supantis išlydytas metalas judės į priekį priekinio spindulio greičiu. Išlydytas metalas užpildo mažos skylutės paliktą tarpą, tada kondensuojasi ir susidaro suvirinimo siūlė. Visi aukščiau išvardyti procesai vyksta taip greitai, kad suvirinimo greitis gali lengvai pasiekti kelis metrus per minutę.
1. Lazerinis suvirinimas yra lydomasis suvirinimas, kurio metu lazerio spindulys naudojamas kaip energijos šaltinis ir veikia suvirintą jungtį.
2. Lazerio spindulį gali nukreipti plokščias optinis elementas (pvz., veidrodis), o tada spindulys projektuojamas ant suvirinimo siūlės atspindinčiu fokusavimo elementu arba lęšiu.
3. Lazerinis suvirinimas yra bekontaktis suvirinimas. Operacijos metu slėgio nereikia, tačiau reikalingos inertinės dujos, kad išsilydžiusi vonelė nebūtų oksiduota. Kartais naudojamas užpildo metalas.
4. Lazerinio spindulio suvirinimas gali būti derinamas su MIG suvirinimu, kad būtų pasiektas didelis įsiskverbimo suvirinimas, o šilumos tiekimas yra gerokai mažesnis, palyginti su MIG suvirinimu.
Programos
Lazerinis suvirinimo aparatas plačiai naudojamas tokiose didelio tikslumo gamybos srityse kaip automobiliai, laivai, lėktuvai ir greitieji geležinkeliai. Jis labai pagerino žmonių gyvenimo kokybę ir paskatino buitinės technikos pramonę pereiti prie tiksliosios inžinerijos.
Plazminis lankinis suvirinimas
Plazminis suvirinimas – tai lydomojo suvirinimo metodas, kai kaip suvirinimo šilumos šaltinis naudojamas didelio energijos tankio plazminio lanko pluoštas. Suvirinimo metu jonų dujos (sudarančios jonų lanką) ir apsauginės dujos (apsaugančios išlydytą vandeną ir suvirinimo siūlę nuo žalingo oro poveikio) yra grynas argonas. Plazminiame suvirinime naudojami elektrodai paprastai yra volframo elektrodai, kuriuos kartais reikia užpildyti metalu (suvirinimo viela). Paprastai naudojamas nuolatinės srovės teigiamo jungimo metodas (volframo strypas jungiamas prie neigiamo elektrodo). Todėl plazminis suvirinimas iš esmės yra volframo dujų ekranuotas suvirinimas su suspaudimo efektu.
Plazminis suvirinimas pasižymi energijos koncentracija, dideliu našumu, dideliu suvirinimo greičiu, maža įtempių deformacija ir stabilia elektros izoliacija, todėl tinka plonoms plokštėms ir dėžėms suvirinti. Ypač tinka įvairioms ugniai atsparioms, lengvai oksiduojamoms ir karščiui jautrioms metalinėms medžiagoms (pvz., volframui, molibdenui, variui, nikeliui, titanui ir kt.).
Dujos yra disociuojamos kaitinant lanką ir suspaudžiamos dideliu greičiu praeinant pro vandeniu aušinamą antgalį, todėl padidėja energijos tankis ir disociacijos laipsnis, susidarant plazmos lankui. Jo stabilumas, šiluminė vertė ir temperatūra yra didesni nei įprasto lanko, todėl jis pasižymi didesniu įsiskverbimu ir suvirinimo greičiu. Plazmos lanką sudarančios dujos ir jį supančios apsauginės dujos paprastai gaminamos iš gryno argono. Priklausomai nuo įvairių ruošinių medžiagų savybių, kai kurie naudoja helį, azotą, argoną arba abiejų mišinį.
Savybės
1. Mikropluošto plazminio lanko suvirinimu galima suvirinti folijas ir plonas plokštes.
2. Dėl mažo skylės efekto jis gali geriau realizuoti vienpusį suvirinimą ir dvipusį laisvą formavimą.
3. Plazminis lankas pasižymi dideliu energijos tankiu, aukšta lanko kolonėlės temperatūra ir didele skvarba. Juo galima pasiekti 10–12mm Storas plienas be kūginio suvirinimo. Galima suvirinti vienu metu dvipusiu formavimu. Suvirinimo greitis yra didelis, našumas didelis, o įtempio deformacija maža.
4. Įranga yra gana sudėtinga, dujų suvartojimas didelis, grupė turi griežtus reikalavimus ruošinio klirensui ir švarai, ji tinka tik suvirinimui patalpose.
Programos
Plazminis suvirinimas yra viena iš svarbių pramoninės gamybos priemonių, ypač suvirinant varį ir vario lydinius, titaną ir titano lydinius, legiruotą plieną, nerūdijantį plieną, molibdeną ir kitus aviacijos ir kosmoso metalus, kurie naudojami karinėje ir kitose pažangiose pramonės šakose, pavyzdžiui, gaminant tam tikro tipo raketų sviedinius iš titano lydinio ir dalinius plonasienius konteinerius orlaiviuose.
Sąnaudos, priežiūra ir veiklos efektyvumas
Kai kurie veiksniai, susiję su lazerinio spindulio suvirinimo ir plazminio lanko suvirinimo technologijų pasirinkimo pramoninėms reikmėms palyginimu, yra kaina, priežiūra ir eksploatavimo efektyvumas.
Sąnaudų analizė
Lazerinio spindulio suvirinimas reikalauja didelių pradinių investicijų, nes įranga yra sudėtingesnė, palyginti su plazminiu suvirinimu. Bendrųjų pramoninių lazerinio suvirinimo sistemų vertė paprastai siekia daugiau nei $200,000, o plazminio suvirinimo sistemų kaina yra maždaug $10,000 į $50,000. Tačiau LBW (plazminio suvirinimo technologija) turi potencialą gerokai sumažinti ilgalaikes išlaidas dėl padidėjusių apdorojimo greičių ir minimalaus reikalingo apdailos po suvirinimo. Plazminis suvirinimas gali turėti didesnes eksploatacines medžiagas, kad būtų galima tęsti darbą.
Techninės priežiūros reikalavimai
Kadangi susidėvinčios dalys, tokios kaip elektrodai ir dujų purkštukai, susidėvi dažniau, plazminio suvirinimo sistemoms paprastai reikia dažnesnės priežiūros. Tuo tarpu lazerinio suvirinimo sistemoms reikia mažiau eksploatacinių medžiagų, tačiau jų optiką ir lazerinius šaltinius reikia retkarčiais valyti ir pakartotinai kalibruoti. Tinkamai prižiūrimi lazeriniai šaltiniai gali tarnauti ilgiau nei 20,000 valandų su trumpesniu prastovų laiku. Plazminės sistemos, nors ir paprastesnės, gali dažniau patirti sutrikimų dėl eksploatacinių medžiagų susidėvėjimo.
Veiklos efektyvumas
Lazerinio suvirinimo technologijos yra daug greitesnės ir tikslesnės, plonoms medžiagoms pasiekti net 10 metrų per minutę greitį, todėl puikiai tinka masinei gamybai. Be to, lazeriu suvirinamos labai smulkios karščio paveiktos zonos, todėl medžiaga minimaliai iškraipoma ir pagerinama produkto kokybė. Plazminis suvirinimas efektyvus su storesnėmis medžiagomis, nors ir mažesniu greičiu, dažnai reikalaujantis papildomų apdailos darbų, pavyzdžiui, šlifavimo, kad suvirinimo siūlės būtų švaresnės.
Nors lazerinis suvirinimas iš pradžių reikalauja didesnių investicijų, jo efektyvumas ir retesnis priežiūros poreikis ilgainiui dažnai suteikia ekonomiškumo pranašumų, ypač tais atvejais, kai reikalingas didelis tikslumas. Plazminis suvirinimas vis dar tinka mažiau sudėtingiems darbams ir mažesnėms operacijoms.
