Анализ технологии лазерной сварки: обзор основных преимуществ и областей применения

 

Как технология высокой эффективности и точности сварки лазерная сварка достигает слияния путем локального нагрева поверхности материала высокоэнергетическим лазерным лучем. Опираясь на свои уникальные физические свойства и преимущества процесса, он стал важной движущей силой инноваций современного производства. Ниже подробно рассмотрим из четырех аспектов: технические характеристики, классификация процессов, основные приложения и будущие тенденции.

 

I. Технический принцип и основные преимущества

Лазерная сваркаиспользует оптическую систему для фокусирования лазера в пучок с чрезвычайно высокой плотностью энергии (обычно достигает 10 ^ 5 - 10 ^ 7 Вт / см²), и плавит материал через мгновенную высокую температуру, чтобы сформировать сварку с высоким соотношением аспектов. К его значительным преимуществам относятся:

1. Точное управление и обработка микро-зоны: диаметр пятна может быть уменьшен до уровня микрометра, а ширина зоны, затронутой теплом, составляет только 10% - 20% от традиционной сварки, что делает ее особенно подходящей для нерушительного соединения точных деталей (таких как электронные компоненты) и микро-конструктивных деталей.

2. Безконтактная обработка: не требуется механическое давление, избегая деформации рабочей части или повреждения поверхности, особенно подходит для магнитных материалов (таких как электрические стальные листы) или сценариев с высокими требованиями к чистоте (таких как медицинские устройства).

3. Широкая применимость материала: он охватывает металлы, такие как углеродная сталь, алюминиевый сплав и титановый сплав, и также может сварить неметаллические материалы, такие как кварц и керамика, и достичь высокой прочности связывания различных материалов.

4. Гибкость процесса: Он поддерживает сварку через стеклянные или прозрачные среды (такие как обработка высокотоксичных материалов в запечатанных контейнерах) и может завершить сварку в сложных геометрических положениях через оптоволоконную передачу.

 

II. Классификация основных процессов

В соответствии с характеристиками материала и инженерными требованиями технологию лазерной сварки можно разделить на два основных процесса:

1. Лазерная автогенная сварка

Высокомощный лазер используется для прямого плавления основного металла, образуя сварку с большим соотношением аспектов (до 10:1) и гладкой поверхностью, которая подходит для высокоскоростной сварки тонких пластин (например, корпуса батареи новых энергетических транспортных средств).

2. Лазерная провода - заполнение сварки

Предварительно размещая или синхронно подавая сварочную проволоку для дополнения плавленного бассейна, оптимизируется образование сварки и механические свойства, которые в основном используются для многослойной сварки толстых пластин или соединения различных материалов (таких как компоненты двигателя самолета).

 

III. Применения в промышленности и типичные случаи

1. Автомобильное производство

В условиях тенденции легкого веса кузова автомобиля лазерная сварка используется для соединения ключевых компонентов, таких как двери из алюминиевого сплава и высокопрочное стальное шасси. Прочность сварки на 15% - 20% выше, чем у основного металла, и последующая шлифовка не требуется.

2. Аэрокосмическая деятельность

Точная сварка высокотемпературных компонентов, таких как лопатки двигателя из титанового сплава и камеры сгорания из никелевого сплава, с зоной, затронутой теплом, контролируемой в пределах 0,1 мм, значительно улучшая надежность конструкции.

3. Потребительская электроника

Сварка микрокомпонентов, таких как средние кадры мобильных телефонов и модули камер, с точностью ±0,02 мм, обеспечивая воздухонепроницаемость и электромагнитную защиту.

4. Медицинское оборудование

Стерильная сварка имплантатов, таких как хирургические инструменты и сердечные стенты, с использованием эффекта очистки плавленного бассейна для уменьшения примесей, а биосовместимость соответствует стандарту ISO 10993.

 

IV. Технологическое развитие и будущие тенденции

В настоящее время технология лазерной сварки развивается в направлении интеллекта и сложности:

- Интеллектуальная система мониторинга: интегрируя фотоэлектрические датчики и алгоритмы ИИ, она может обнаруживать такие параметры, как морфология плавленного бассейна и рассипки в режиме реального времени, динамически регулировать мощность и скорость, а показатель обнаружения дефектов превышает 99%.

Применение ультрабыстрых лазеров: Популяризация пикосекундных/фемтосекундных лазеров снижает тепловой ввод до 1/5 от традиционных процессов, что позволяет сверхтонкую сварку полупроводниковых пластин и полимерных материалов.

Сотрудничество с несколькими процессами: интегрированное с такими процессами, как изгибание и штампование, чтобы сформировать полностью автоматизированную производственную линию, всеобъемлющая эффективность одного устройства увеличивается более чем на 40%.

 

Непрерывно преодолевая ограничения плотности энергии и адаптируемости процесса, лазерная сварка изменяет производственную парадигму в области производства высокого уровня и обеспечивает более эффективные решения соединения для новых отраслей промышленности, таких как новая энергия и полупроводники.