Laserové svařování paprskem
Svařování laserovým paprskem je vysoce účinná a vysoce přesná metoda svařování využívající jako zdroj tepla laserový paprsek s vysokou hustotou energie. Svařování lze provádět kontinuálním nebo pulzním paprskem laseru. Podle principů laserového svařování lze procesy dále rozdělit na dva: svařování tepelným vedením a laserové hluboké svařování. Hustota výkonu pod 104 ~ 105 W/cm2 se týká svařování vedením tepla. V té době je hloubka průniku malá s pomalou rychlostí svařování; když je hustota výkonu větší než 105 ~ 107 W / cm2, působením tepla nabude kovový povrch vybrání do vzhledu "díry" a vytvoří hluboký průvar.
Funkce
Rychlá rychlost svařování a velký poměr stran
Svařování laserovým paprskem obecně používá kontinuální laserové paprsky k dokončení spojování materiálů. Metalurgický fyzikální proces je velmi podobný svařování elektronovým paprskem, to znamená, že mechanismus přeměny energie je doplněn strukturou „klíčové dírky“.
Při ozařování laserem s dostatečně vysokou hustotou výkonu se materiál odpařuje a tvoří malé otvory. Tento malý otvor naplněný párou je jako černé těleso, které pohlcuje téměř veškerou energii dopadajícího paprsku. Rovnovážná teplota v dutině je asi 2500C. Teplo se přenáší z vnější stěny vysokoteplotní dutiny a taví kov obklopující dutinu. Malé otvory jsou vyplněny vysokoteplotní párou generovanou neustálým odpařováním materiálu stěny pod paprskem světla.
4 stěny malých otvorů obklopují roztavený kov a tekutý kov obklopuje pevný materiál. (U většiny konvenčních svařovacích procesů a laserového kondukčního svařování je energie 1. (ukládá se na povrch obrobku a poté se transportuje dovnitř přenosem). Proudění kapaliny mimo stěnu otvoru a povrchové napětí vrstvy stěny jsou v souladu s tlakem páry nepřetržitě generovaným v dutině otvoru a udržují dynamickou rovnováhu. Světelný paprsek vstupuje do malého otvoru a materiál mimo malý otvor se neustále pohybuje, zatímco malý světelný paprsek neustále proudí v malém otvoru.
To znamená, že malý otvor a roztavený kov obklopující otvor se budou pohybovat dopředu rychlostí předního paprsku. Roztavený kov vyplní mezeru po malém otvoru a poté kondenzuje a vytvoří se svar. Všechny výše uvedené procesy probíhají tak rychle, že rychlost svařování může snadno dosáhnout několika metrů za minutu.
1. Svařování laserovým paprskem je tavné svařování, které využívá jako zdroj energie laserový paprsek a dopadá na svarový spoj.
2. Laserový paprsek může být veden plochým optickým prvkem (jako je zrcadlo) a poté je paprsek promítán na svarový šev pomocí reflexního zaostřovacího prvku nebo čočky.
3. Svařování laserovým paprskem je bezkontaktní svařování. Během provozu není vyžadován žádný tlak, ale je zapotřebí inertní plyn, aby se zabránilo oxidaci roztavené lázně. Přídavný kov se občas používá.
4. Svařování laserovým paprskem může být kombinováno se svařováním MIG za účelem vytvoření laserového kompozitního svařování MIG pro dosažení velkého průvaru, přičemž tepelný příkon je výrazně snížen ve srovnání se svařováním MIG.
Aplikace
Laserový svařovací stroj je široce používán v takových vysoce přesných výrobních oborech, jako jsou automobily, lodě, letadla a vysokorychlostní železnice. Výrazně to zlepšilo kvalitu života lidí a také posunulo průmysl domácích spotřebičů k přesnému strojírenství.
Plazmové obloukové svařování
Svařování plazmovým obloukem označuje metodu tavného svařování, která používá jako zdroj svařovacího tepla paprsek s vysokou hustotou energie plazmového oblouku. Během svařování jsou iontový plyn (vytvářející iontový oblouk) a ochranný plyn (k ochraně roztavené lázně a svarového švu před škodlivými účinky vzduchu) čistý argon. Elektrody používané při svařování plazmovým obloukem jsou obecně wolframové elektrody a někdy je třeba je naplnit kovem (svařovacím drátem). Obecně se používá metoda stejnosměrného kladného připojení (wolframová tyč je připojena k záporné elektrodě). Plazmové obloukové svařování je proto v podstatě svařování v ochranné atmosféře wolframového plynu s kompresním účinkem.
Plazmové obloukové svařování má vlastnosti koncentrace energie, vysokou produktivitu, vysokou rychlost svařování, malou deformaci napětí a stabilní elektrickou izolaci a je vhodné pro svařování tenkých plechů a krabicových materiálů. Je zvláště vhodný pro různé žáruvzdorné, snadno oxidovatelné a na teplo citlivé kovové materiály (jako je wolfram, molybden, měď, nikl, titan atd.).
Plyn je disociován ohřevem oblouku a je stlačován při průchodu vodou chlazenou tryskou vysokou rychlostí, čímž se zvyšuje hustota energie a stupeň disociace, čímž vzniká plazmový oblouk. Jeho stabilita, výhřevnost a teplota jsou vyšší než u běžného oblouku, takže má větší průvar a rychlost svařování. Plyn tvořící plazmový oblouk a ochranný plyn kolem něj obvykle používají čistý argon. V závislosti na materiálových vlastnostech různých obrobků některé používají helium, dusík, argon nebo směs obou.
Funkce
1. Mikropaprskové plazmové obloukové svařování může svařovat fólie a tenké plechy.
2. S efektem malého otvoru může lépe realizovat jednostranné svařování a oboustranné volné tváření.
3. Plazmový oblouk má vysokou hustotu energie, vysokou teplotu sloupce oblouku a silnou penetrační schopnost. Může dosáhnout 10-12mm tlustá ocel bez úkosového svařování. Lze jej svařovat oboustranným tvářením najednou. Rychlost svařování je vysoká, produktivita je vysoká a deformace napětí je malá.
4. Zařízení je poměrně komplikované, spotřeba plynu je velká, skupina má přísné požadavky na vůli a čistotu obrobku a je vhodná pouze pro vnitřní svařování.
Aplikace
Plazmové svařování je důležitým prostředkem v průmyslové výrobě, zejména pro svařování mědi a slitin mědi, titanu a slitin titanu, legované oceli, nerezové oceli, molybdenu a dalších leteckých kovů, které se používají ve vojenském a jiném špičkovém průmyslu, jako je výroba určitého typu střely ze slitiny titanu a částečné tenkostěnné kontejnery v letadlech.
Náklady, údržba a provozní efektivita
Některé faktory související se srovnáváním výběru technologií mezi svařováním laserovým paprskem a svařováním plazmovým obloukem pro průmyslové aplikace zahrnují náklady, údržbu a provozní efektivitu.
Analýza nákladů
Svařování laserovým paprskem vyžaduje vysokou počáteční investici, protože zařízení je komplikované ve srovnání s plazmovým obloukovým svařováním. Hodnota obecných průmyslových laserových svařovacích systémů se obvykle pohybuje směrem nahoru $200,000, zatímco systémy plazmového obloukového svařování mají náklady někde v rozmezí $10,000 na $50,000. LBW má však potenciál pro významné dlouhodobé úspory nákladů díky zvýšeným rychlostem zpracování a minimálním požadovaným povrchovým úpravám po svařování. Plazmové svařování by mohlo mít vyšší náklady na spotřební materiál pro další provoz.
Požadavky na údržbu
Protože se spotřební díly, jako jsou elektrody a plynové trysky, častěji opotřebovávají, systémy plazmového obloukového svařování obvykle vyžadují častější údržbu. Naproti tomu systémy laserového svařování vyžadují méně spotřebního materiálu, ale jejich optika a laserové zdroje vyžadují občasné čištění a rekalibraci. Při správné údržbě mohou laserové zdroje vydržet více než 20,000 hodin s kratší dobou odstávky. Plazmové systémy, i když jsou jednodušší, mohou docházet k častějším přerušením, protože se spotřební materiál opotřebovává.
Provozní efektivita
Svařovací techniky laseru jsou mnohem rychlejší a přesnější, dosahují rychlosti až 10 metrů za minutu na tenkých materiálech, a proto jsou velmi ideální pro hromadnou výrobu. Vytváří také velmi nepatrné tepelně ovlivněné zóny, čímž dochází k minimálnímu zkreslení materiálu, čímž se zlepšuje kvalita produktu. Plazmové svařování je účinné u silnějších materiálů, i když při nižší rychlosti, přičemž často vyžaduje dodatečné dokončovací úpravy k vyčištění svarů, jako je broušení.
Zatímco svařování laserovým paprskem vyžaduje předem vyšší investiční náklady, jeho účinnost a méně častá potřeba údržby často přináší dlouhodobé výhody z hlediska nákladů, zejména u aplikací vyžadujících vysokou přesnost. Svařování plazmovým obloukem je stále dobré pro méně složité práce a menší operace.
