Si saldimi me rreze lazeri ashtu edhe saldimi me hark janë përdorur prej kohësh për prodhimin industrial dhe lejojnë një spektër të gjerë përdorimesh në fushën e teknologjisë së bashkimit të materialeve. Secili prej këtyre proceseve ka fushat e veta specifike të aplikimit, siç përshkruhet nga proceset fizike të transportit të energjisë në pjesën e punës dhe nga rrjedhat e energjisë që mund të merren. Energjia transmetohet nga burimi i rrezes lazeri në materialin për përpunim me anë të rrezatimit koherent infra të kuq me energji të lartë, duke përdorur një kabllo me fibra optike. Harku transmeton nxehtësinë e nevojshme për saldim me anë të një rryme të lartë elektrike që rrjedh në pjesën e punës nëpërmjet një kolone harku. Rrezatimi lazer çon në një zonë shumë të ngushtë të prekur nga nxehtësia me një raport të madh të thellësisë së saldimit me gjerësinë e shtresës (efekti i saldimit të thellë). Aftësia e mbylljes së boshllëqeve të procesit të saldimit me lazer është shumë e ulët, për shkak të diametrit të tij të vogël të fokusit, por nga ana tjetër mund të arrijë shpejtësi shumë të larta saldimi. Procesi i saldimit me hark ka një dendësi energjie shumë më të ulët, por shkakton një pikë fokale më të madhe në sipërfaqen e pjesës së punës dhe karakterizohet nga një shpejtësi më e ngadaltë përpunimi. Duke bashkuar të dy këto procese, mund të arrihen sinergji të dobishme. Në fund të fundit, kjo bën të mundur arritjen e avantazheve cilësore dhe përfitimeve të inxhinierisë së prodhimit, si dhe përmirësimin e efikasitetit të kostos. Ky proces ofron aplikime interesante dhe ekonomikisht tërheqëse, si në industrinë e automobilave, jo vetëm sepse lejohen toleranca më të larta në saldime, janë të mundshme shkallë më të larta bashkimi dhe mund të arrihen parametra shumë të mirë mekanikë/teknologjikë.
1. Hyrje:
Që nga vitet 1970, dihet se si të kombinohen drita lazer dhe harku në një proces të bashkuar saldimi, por për një kohë të gjatë më pas, nuk u ndërmor asnjë punë e mëtejshme zhvillimore. Kohët e fundit, studiuesit e kanë kthyer përsëri vëmendjen e tyre ndaj kësaj teme dhe janë përpjekur të bashkojnë avantazhet e harkut me ato të lazerit, në një proces hibrid saldimi. Ndërsa në fillim, burimet e lazerit ende duhej të provonin përshtatshmërinë e tyre për përdorim industrial, sot ato janë pajisje standarde teknologjike në shumë ndërmarrje prodhuese.
Kombinimi i saldimit me lazer me një proces tjetër saldimi quhet "proces saldimi hibrid". Kjo do të thotë që një rreze lazeri dhe një hark veprojnë njëkohësisht në një zonë saldimi dhe ndikojnë e mbështesin njëri-tjetrin.
2. Lazer:
Saldimi me lazer kërkon jo vetëm fuqi të lartë lazeri, por edhe një rreze me cilësi të lartë për të arritur "efektin e saldimit të thellë" të dëshiruar. Cilësia më e lartë e rrezes që rezulton mund të shfrytëzohet ose për të arritur një diametër më të vogël të fokusit ose një distancë fokale më të madhe.
Për projektet e zhvillimit që janë aktualisht në zhvillim e sipër, po përdoret një lazer në gjendje të ngurtë me pompë llambë me një fuqi rrezeje lazeri prej 4 kW. Drita lazer transmetohet nëpërmjet një fibre qelqi 600 µ m.
Drita lazer transmetohet nëpërmjet një fibre qelqi, në të cilën fillimi dhe fundi ftohen me ujë. Rrezja lazer projektohet mbi pjesën e punës nga një modul fokusimi me një distancë fokale prej 200 mm.
3. Procesi hibrid me lazer:
Për saldimin e pjesëve metalike, rrezja lazer Nd:YAG fokusohet në intensitete mbi 106W/cm2. Kur rrezja lazer godet sipërfaqen e materialit, ajo e ngroh këtë pikë deri në temperaturën e avullimit dhe në metalin e saldimit formohet një zgavër avulli për shkak të avullit të metalit që del. Karakteristika dalluese e shtresës së saldimit është raporti i saj i lartë thellësi-gjerësi. Dendësia e rrjedhës së energjisë së harkut që digjet lirisht është pak mbi 104 W/cm2. Figura 1 ilustron parimin bazë të saldimit hibrid. Rrezja lazer
E përshkruar këtu ushqen nxehtësinë metalit të saldimit në pjesën e sipërme të shtresës, përveç nxehtësisë nga harku. Ndryshe nga një konfigurim sekuencial ku dy procese të veçanta saldimi veprojnë në vazhdimësi, saldimi hibrid mund të shihet si një kombinim i të dy proceseve të saldimit që veprojnë njëkohësisht në të njëjtën zonë procesi. Në varësi të procesit të harkut ose lazerit që përdoret dhe të parametrave të procesit, proceset do të ndikojnë tek njëri-tjetri në një masë dhe në mënyra të ndryshme [1, 2].
Falë kombinimit të procesit me lazer dhe procesit me hark, ka gjithashtu një rritje si në thellësinë e depërtimit të saldimit ashtu edhe në shpejtësinë e saldimit (krahasuar me secilin prej proceseve të përdorura veçmas). Avulli i metalit që del nga zgavra e avullit vepron prapa mbi plazmën e harkut. Thithja e rrezatimit të lazerit Nd:YAG në plazmën e përpunimit mbetet e papërfillshme. Në varësi të raportit të dy hyrjeve të fuqisë që zgjidhet, karakteri i procesit të përgjithshëm mund të përcaktohet në një shkallë më të madhe ose më të vogël nga lazeri ose nga harku [3,4].
Fig. 1: Paraqitje skematike: Saldim me LaserHibrid
Thithja e rrezatimit lazer ndikohet ndjeshëm nga temperatura e sipërfaqes së copës së punës. Përpara se të fillojë procesi i saldimit me lazer, reflektimi fillestar duhet të kapërcehet së pari, veçanërisht në sipërfaqet e aluminit. Kjo mund të arrihet duke filluar saldimin me një program të veçantë fillimi. Pasi të arrihet temperatura e avullimit, formohet zgavra e avullit, me rezultat që pothuajse e gjithë energjia e rrezatimit mund të futet në copën e punës. Energjia e nevojshme për këtë përcaktohet kështu nga thithja që varet nga temperatura dhe nga sasia e energjisë së humbur.
me përçueshmëri në pjesën tjetër të copës së punës. Në saldimin LaserHybrid, avullimi ndodh jo vetëm nga sipërfaqja e copës së punës, por edhe nga teli mbushës, që do të thotë se ka më shumë avuj metalikë në dispozicion, gjë që nga ana tjetër lehtëson hyrjen e rrezatimit lazer. Kjo gjithashtu parandalon braktisjen e procesit [5, 6, 7, 8, 9].
4. Zbatimi në automobila:
Duke përdorur teknologjinë e kornizës hapësinore, është e mundur një ulje e peshës prej 43% në krahasim me një karroceri çeliku të një makine.
Fig. 2: Koncepti i kornizës Audi Space A2
Korniza e Audi A2 Space përbëhet nga një gjatësi saldimi me lazer prej 30 m (shirita të verdhë në figurën 2) dhe një gjatësi saldimi MIG prej 20 m. Përveç kësaj, përdoren edhe 1700 vida.
Fig. 3: Krahasimi i profileve dhe teknikave të bashkimit në Audi-A2
Figura 4 tregon një bashkim të salduar LaserHybrid të një materiali të derdhur ALMg3 me një material fletë AlMgSi. Teli mbushës është AlSi5 dhe gazi mbrojtës i përdorur është Argoni. Me rritjen e fuqisë së lazerit, depërtimi më i thellë është i mundur. Kombinimi i rrezes lazer me harkun në këtë mënyrë arrin një pellg saldimi më të madh sesa me procesin e saldimit me rreze lazer më vete. Kjo bën të mundur saldimin e komponentëve me boshllëqe më të gjera.
Fig. 4: Lidhje mbivendosëse me një hapësirë prej 0.5 mm
Në industrinë e automobilave ka shumë aplikime të saldimit me mbivendosje pa përgatitje të nyjeve. Për momentin, procesi më i fundit për këtë punë saldimi është procesi i saldimit me lazer me një tel mbushës të ftohtë, për shkak të çarjes së nxehtë të lidhjes AA 6xxx. Kur bashkimi saldohet me një tel mbushës, shumë nga energjia e lazerit do të humbasë për të shkrirë atë tel mbushës.
Figura tjetër paraqet ndryshimet midis saldimit me LaserHybrid dhe saldimit me lazer në një nyje mbivendosëse me një shpejtësi saldimi prej 2.4m/min. Në rastin e saldimit me lazer, nuk ka mundësi për të mbushur rruazën e saldimit dhe prodhohet prerje e ulët. Gjithashtu, ka vetëm një depërtim shumë të vogël në materialin bazë. Gjerësia e rruazës së saldimit është shumë e vogël dhe për këtë arsye pritet një rezistencë e ulët në tërheqje. Në rastin e saldimit me LaserHybrid,
Materiali shtesë transportohet në pishinën e saldimit. Prerja e poshtme mbushet me tela nga procesi MIG dhe një pjesë e energjisë së lazerit tani kursehet. Kjo energji e kursyer e lazerit mund të përdoret për të rritur depërtimin në materialin bazë dhe gjerësia e rruazës së saldimit është më e madhe se trashësia e materialit, gjë që kërkohet nga simulimi numerik.
Fig. 5 Krahasimi midis saldimit LaserHybrid dhe lazerit pa tel mbushës
Me procedurën e saldimit LaserHybrid është e mundur të saldohen materiale alumini, çeliku dhe çeliku inox me trashësi materiali deri në 4 mm. Nëse trashësia është shumë e lartë, depërtimi i plotë nuk është i mundur. Për bashkimin e materialeve të veshura me zink, është gjithashtu e preferueshme të përdoret procesi i saldimit me lazer.
Zbatime të mëtejshme në automobila janë sistemet e fuqisë, boshtet dhe karroceritë e makinave, ku procesi i saldimit hibrid me lazer mund të jetë i përshtatshëm.
Koka e saldimit:
Koka e saldimit duhet të ketë dimensione të vogla gjeometrike, në mënyrë që të sigurojë akses të mirë në komponentët që do të saldohen, veçanërisht në fushën e karrocerisë së automjeteve. Për më tepër, ajo duhet të jetë e projektuar për të lejuar si një lidhje të përshtatshme të shkëputshme me kokën e robotit ashtu edhe rregullimin e variablave të procesit si distanca fokale dhe distancat e qëndrimit të pishtarit në të gjitha koordinatat karteziane. Figura 5 tregon kokën e saldimit, ndërsa procesi është në veprim. Spërkatja që ndodh gjatë procesit të saldimit çon në rritjen e ndotjes së xhamit mbrojtës. Xhami i kuarcit është i veshur në të dyja anët me një material antireflektues dhe ka për qëllim të mbrojë sistemin optik lazer nga dëmtimi.
Në varësi të shkallës së ndotjes, spërkatjet që grumbullohen në xham mund të shkaktojnë uljen e fuqisë së lazerit që ndikon në të vërtetë në pjesën e punës deri në 90%. Ndotja më e rëndë në përgjithësi çon në shkatërrimin e xhamit mbrojtës, pasi një pjesë kaq e madhe e energjisë rrezatuese absorbohet më pas nga vetë xhami, duke shkaktuar strese termike në xham. Me atë kokë saldimi dhe pajisje saldimi, është e mundur që të përdoret për saldim me LaserHybrid, saldim me lazer, saldim me MSG dheSaldimi me tela të nxehtë me lazer.
Fig. 6: Koka e saldimit dhe procesi
5. Avantazhet e saldimit hibrid me lazer:
Përparësitë e mëposhtme vijnë nga bashkimi i harkut dhe rrezes lazer: Përparësitë e saldimit me LaserHibrid mbi saldimin me lazer:
• stabilitet më i lartë i procesit
• kalueshmëri më e lartë
• depërtim më i thellë
• kosto më të ulëta të investimeve kapitale
• duktilitet më i madh
Avantazhet e saldimit me lazer hibrid mbi saldimin MIG:
• shpejtësi më të larta saldimi
• depërtim më i thellë në shpejtësi më të larta saldimi
• hyrje më e ulët termike
• rezistencë më e lartë në tërheqje
• bashkime më të ngushta të saldimit
Fig. 7: Përparësitë e kombinimit të dy proceseve
Procesi i saldimit me hark karakterizohet nga një burim energjie me kosto të ulët, aftësi e mirë për të krijuar ura dhe nga lehtësia për të ndikuar në strukturë duke shtuar metale mbushëse. Karakteristikat dalluese të procesit me rreze lazer, nga ana tjetër, janë thellësia e madhe e saldimit, shpejtësia e lartë e saldimit, ngarkesa e ulët termike dhe shtresat e ngushta të saldimit që ai arrin. Mbi një dendësi të caktuar të rrezes, rrezja lazer prodhon një "efekt të thellë saldimi" në materialet metalike që mundëson saldimin e komponentëve me trashësi më të madhe të murit - me kusht që fuqia e lazerit të jetë mjaftueshëm e lartë. Saldimi hibrid me lazer kështu siguron shpejtësi më të larta saldimi, stabilizim të procesit për shkak të bashkëveprimit midis harkut dhe rrezes lazer, rritje të efikasitetit termik dhe toleranca më të mëdha të pjesës së punës. Meqenëse pellgu i saldimit është më i vogël se në procesin MIG, ka më pak hyrje termike dhe kështu një zonë më të vogël të prekur nga nxehtësia. Kjo do të thotë më pak saldim.
shtrembërim, i cili zvogëlon sasinë e punës së mëvonshme të drejtimit pas saldimit që duhet të bëhet.
Kur ka dy pellgje të ndara saldimi, hyrja termike pasuese nga harku do të thotë që rrezja e lazerit - zona e salduar - veçanërisht në rastin e çelikut - i nënshtrohet një trajtimi të kalitjes pas saldimit, duke i shpërndarë vlerat e fortësisë në mënyrë më të barabartë në të gjithë shtresën. Figura 6 përmbledh avantazhet e procesit të kombinuar (domethënë hibrid).
Duke iu kthyer tani avantazheve ekonomike të saldimit hibrid ndaj saldimit me lazer, mund të bëhen pohimet e mëposhtme: Vula e saldimit përbëhet pjesërisht nga një saldim me lazer dhe pjesërisht nga një saldim MIG. Procesi hibrid bën të mundur uljen e fuqisë së rrezes lazer, që do të thotë se konsumi i energjisë i burimit të lazerit mund të ulet shumë, pasi aparati i rrezes lazer ka një efikasitet prej vetëm 3%. Me fjalë të tjera: Një ulje prej 1 kW në fuqinë e rrezes lazer që ndikon në copën e punës çon në një ulje prej afërsisht 35 kVA në fuqinë e konsumuar nga rrjeti elektrik.
Një aparat me rreze lazeri kushton rreth 0.1 m EUR për çdo 1 kW tëfuqia e rrezes lazerPër të marrë vetëm një shembull, në një rast kur shfrytëzimi i procesit hibrid bën të mundur përdorimin e një aparati me rreze lazeri 2 kW në vend të një aparati me fuqi rrezeje 4 kW, kjo rezulton në kursime prej 0.2 milionë eurosh në shpenzime investimi. Megjithatë, duhet të mbahet mend këtu se për procesin hibrid, do të nevojitet një makinë MIG që kushton rreth 20,000 euro.
Falë shpejtësisë më të lartë të saldimit, si koha e prodhimit ashtu edhe kostot e saldimit mund të zvogëlohen.
6. Saldimi me tela me lazer të nxehtë:
Një tjetër mundësi për kombinimin e rrezes lazer me një tel mbushës është procesi LaserHotwire [10]. Në këtë procedurë, teli mbushës nxehet paraprakisht me të njëjtin burim energjie, i cili mund të përdoret përProcesi i saldimit hibrid me lazerTeli mbushës ka një ngarkesë rryme nga 100 A deri në 220 A. Shpejtësia e furnizimit me tela varet nga prerja tërthore e rruazës së saldimit dhe nga shpejtësia e saldimit. Saldimi ofron, nëpërmjet sasisë së metalit mbushës, një material formimi i cili mund të përfundohet më lehtë sesa shtresat e krahasueshme të saldimit. Nëpërmjet saldimit të pjesëve të fletës, puna e riparimit mund të kryhet në një mënyrë më të lehtë sesa do të ishte rasti me nyjet e salduara. Një avantazh i saldimit me LaserHotwire është rezistenca e mirë ndaj korrozionit të zonës së salduar.
Si metale mbushëse, përdoren lidhje të lira me bazë bakri, të tilla si SG-CuSi3, dhe Argoni shërben si gaz mbrojtës.
Fig. 8: Paraqitje skematikeSaldimi me tela të nxehtë me lazer:
Figura tjetër tregon prerjen tërthore të një materiali të salduar me tela të nxehtë me lazer. Materiali i veshur me zink saldohet me një shpejtësi prej 3 m/min dhe teli mbushës ka një ngarkesë rryme prej 205 A. Hyrja e nxehtësisë është shumë e ulët, prandaj një shtrembërim i ulët është rezultat i procesit të saldimit.
7. Përmbledhje:
Saldimi hibrid me lazer është një teknologji krejtësisht e re që ofron sinergji për fusha të gjera aplikimi në industritë e përpunimit të metaleve, veçanërisht aty ku nuk është e mundur ose financiarisht e qëndrueshme të arrihen tolerancat e komponentëve që kërkohen për...saldim me rreze lazeriGama shumë më e gjerë e aplikimit dhe aftësia e lartë e procesit të kombinuar çojnë në rritjen e konkurrueshmërisë në aspektin e shpenzimeve të reduktuara të investimit, kohëzgjatjes më të shkurtër të prodhimit, kostove më të ulëta të prodhimit dhe produktivitetit më të lartë.
Procesi LaserHybrid ofron gjithashtu një qasje të re për saldimin e aluminit. Megjithatë, një proces i qëndrueshëm që mund të përdoret në praktikë është bërë i mundur vetëm relativisht kohët e fundit, falë fuqive më të larta të daljes së disponueshme të lazerëve në gjendje të ngurtë. Studime të shumta kanë shqyrtuar bazat e proceseve të saldimit lazer-hark-hibrid. Me "proces saldimi hibrid", nënkuptojmë kombinimin e saldimit me rreze lazeri dhe procesit të saldimit me hark, me vetëm një zonë të vetme procesi (plazma dhe shkrirje). Studimet bazë të kërkimit kanë treguar se është i mundur një proces në të cilin - duke kombinuar të dy proceset - mund të arrihen sinergji dhe disavantazhet e secilit proces të veçantë mund të kompensohen, duke rezultuar në mundësi të përmirësuara saldimi, saldueshmëri dhe besueshmëri të saldimit për shumë materiale dhe konstruksione të ndryshme. Në veçanti, kjo është demonstruar për lidhjet e aluminit. Duke zgjedhur parametra të favorshëm të procesit, është e mundur të ndikohen në mënyrë selektive vetitë e saldimit siç janë gjeometria dhe përbërja strukturore. Procesi i saldimit me hark rrit uralinë duke shtuar metal mbushës; ai gjithashtu përcakton gjerësinë e shtresës së saldimit dhe kështu zvogëlon sasinë e përgatitjes së copës së punës që është e nevojshme. Për më tepër, bashkëveprimet që ndodhin midis proceseve çojnë në një rritje të konsiderueshme të efikasitetit të procesit. Ky proces i kombinuar kërkon gjithashtu kosto investimi dukshëm më të vogla sesa procesi i saldimit me lazer.
Procesi i saldimit me tela të nxehtë me lazer mund të përdoret veçanërisht për materialet e veshura me zink për të arritur një rezistencë të mirë ndaj korrozionit.
Koha e postimit: 18 Prill 2025
