Lazerio suvirinimas: Aukštos kokybės sujungimai metalo gamybai

Lazerinio suvirinimo pagrindai: technologija ir procesas

Rakto skylės ir laidumo suvirinimo technikos

Yra dvi lazerinio suvirinimo rūšys: rakto skylės ir laidumo. Rakto skylės suvirinimui naudojamas aukštos galios tankio spindulys (≥1 MW/cm²), kuris lydina ir garina darbo gabalo medžiagą. Rakto skylės suvirinimas leidžia gauti gilų prasiskverbimą – iki 25 mm plieno, tinka storiems darbo gabalams. Laidumo suvirinimui naudojamas žemo galios tankis (<0,5 MW/cm²), o lydymas vyksta ant kietos arba skystos paviršiaus be garinimo, todėl tinka prastai pritaikytoms siūlėms, plonoms detalėms ar kai plokštės kraštai suvirinami su kita paviršiumi.

Spindulio sąveika su skirtingomis metalo lydiniais

Lazerio suvirinimo siūlės priklauso nuo metalo dėl atspindžio ir šiluminių savybių skirtumų. Dėl puikios atspindžio savybės (85–95 % esant 1 µm bangos ilgiui) reikia 20–30 % didesnės galios nei su plienu. Dėl žemo nerūdijančio plieno šilumos laidumo reikia tinkamai valdyti šilumą, kad būtų išvengta chromo karbido nusodinimo. Impulsinis spindulys leidžia valdyti aukšto šiluminio smūgio varinį taikinį, o titano reikia inertinio dujų apsaugos (argono/helio), kad būtų išvengta deguonies kietumo.

Svarbūs parametrai: galia, greitis ir impulso valdymas

Suvirinimo kokybė priklauso nuo balanso:

• Galia : 2–6 kW leidžia giliau prasiskverbti, tačiau kyla pavojus pernelyg išvirti kraštus.
• Greitis : Greitis virš 10 m/min sumažina šilumą, tačiau reikia tikslaus spindulio fokusavimo.
• Impulso valdymas : Pulsuojantis 50–500 Hz valdo šilumą skirtingose jungtyse, svarbu aviacijos aliuminio–litio lydiniams.

Lazerinio suvirinimo sistemų tikslumo privalumai

Mikro-suvirinimo galimybės (0,1 mm tikslumas)

Lazerinis suvirinimas pasiekia siūles siauresnes nei 0,1 mm, svarbu medicinos implantams ir mikroelektronikai. Spindulys (<0,5 mm skersmens) lokalizuoja lydymą, išlaikant šilumai jautrių konstrukcijų vientisumą, kaip, pavyzdžiui, širdies stimuliatorių korpusus. Tai sumažina po suvirinimo apdirbimą 60–80 % lyginant su TIG suvirinimu.

Realaus laiko stebėsena per optinius jutiklius

Greitaeigiai kameros ir fotodiodai stebi suvirinimo baseino dinamiką 20 000 kadrų per sekundę, iš karto aptikdami poringumą ar nevisišką prasiskverbimą. Aviacijoje tai sumažina defektų rodiklį iki <0,2 % turbinos mentelių sandarikliams. Pažengusios sistemos naudoja spektrinę analizę ir mašininį mokymąsi numatyti sujungimo stiprumą remiantis plazmos debesies savybėmis.

Lazerinis suvirinimas vs tradicinės lydymo technologijos

Šilumos tiekimo palyginimas: 30–50 % mažesnis iškraipymas

Lazerio suvirinimas sumažina šilumos tiekimą 60–80 % lyginant su lankstymo metodais, o šilumos paveiktos zonos (HAZ) plotis yra 70 % mažesnis. Automobilių gamintojai nurodo, kad po suvirinimo darbų klaidų durų plokštėse sumažėjo 30–50 % (American Welding Society, 2018).

Atvejo analizė: Automobilių korpusų suvirinimo ciklo laiko analizė

A 2025 m. tyrimas parodė, kad lazerio sistemos sumažino rėmo ciklo laiką nuo 45 iki 12 minučių. BMW pasiekė 2400 suvirinimų vienam automobiliui su 0,02 mm pakartojamumu.

Medžiagos taupymas dėl siauresnių suvirinimo siūlių

Lazerinės sistemos pasiekia 0,8 mm siūles, palyginti su 3 mm lankinio suvirinimo siūlėmis, sumažindamos priedų naudojimą 40 %. Elektronikoje tai padidina medžiagos panaudojimą nuo 78 % iki 92 %.

Lazerinio suvirinimo jungties stiprumo optimizavimas

Spindulio fokuso strategijos 10 mm ir storesnėms metalo rūšims

Storesnėms detalėms, svyruojantys spinduliai padidina gylis-plotis santykį 40 %. Kelių eilių strategijos leidžia atlikti 18 mm aliuminio suvirinimą su 95 % jungties naudingumo koeficientu.

Apsauginių dujų pasirinkimas aliuminiui ir nerūdijančiai plienei

Argono ir helio mišinys (70/30) sumažina aliuminio poringumą 60 %. Nerūdijančiai plienei, papildytas apsauginis dujų mišinys azotu (2–4 % N₂) padidina atsparumą pittingui.

Suvirinimo pošilčio apdorojimo suderinamumas

Kontroliuojamas įkaitinimas 450–600 °C pašalina įtampą titane, išlaikant 85 % pradinio metalo atsparumą nuovargiui (ASTM E407-22).

Pramonės specifinės panaudojimo sritys ir sprendimai

Aviacija: Titaninių kuro linijų suvirinimas

Lazerinis suvirinimas 3 mm storio titane pasiekia 900 MPa tempties stiprumą esant 8 m/min, sumažinant po suvirinimo atlikto šilumos apdorojimo apimtį 70 % lyginant su TIG

Medicinos priemonės: Įrenginių hermetiškas uždarymas

Pluošto lazeriai suvirina 50 µm pločio siūlius su 5 µm pakartojamumu, pasiekiant nutekėjimo rodiklius žemiau 1×10⁻⁹ mbar·L/s širdies stimuliatorių korpusams

Automobiliai: Baterijų padėklo suvirinimas EV transporto priemonėms

Skenuojantys lazeriai suvirina aliuminio padėklus 120 mm/ms, sumažinant terminį iškraipymą 60 % ir sutaupant 18 % medžiagos vienam korpusui

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kokie medžiagos tipai tinka lazeriniam suvirinimui?

Lazerinis suvirinimas tinka įvairiems metalams, tokiems kaip plienas, aliuminis, titanas ir varis, tačiau metalo atspindžio savybės ir šiluminės charakteristikos gali paveikti procesą

Kaip lazerinis suvirinimas lyginamas su tradiciniais metodais?

Lazerio suvirinimas siūlo sumažintą šilumos padavimą, siauresnes šilumos paveiktas zonas ir mažesnį poapdirbimą lyginant su tradiciniais lydymo metodais, padidinant tikslumą ir efektyvumą.

Kokios yra laiko realybės stebėjimo galimybės lazerio suvirinime?

Pažengusios sistemos, turinčios optinius jutiklius, stebi suvirinimo baseino dinamiką, naudodamos aukštos kokybės kameras ir fotodiodus, kad iš karto aptiktų defektus.