Laser Welding Basics
Lasera veldado estas ne-kontakta procezo, kiu postulas aliron al la veldzono de unu flanko de la veldotaj partoj.
• La veldsuturo formiĝas dum la intensa lasera lumo rapide varmigas la materialon — tipe kalkulite en milisekundoj.
• Tipe ekzistas 3 specoj de veldsuturoj:
– Kondukta reĝimo.
– Kondukta/penetra reĝimo.
– Penetro aŭ ŝlosiltruo-reĝimo.
• Kondukta reĝima veldado estas efektivigata je malalta energidenseco, formante veldbuleton, kiu estas malprofunda kaj larĝa.
• Kondukta/penetra reĝimo okazas ĉe meza energidenseco, kaj montras pli da penetrado ol kondukta reĝimo.
• La penetro- aŭ ŝlosiltruo-reĝima veldado karakteriziĝas per profundaj mallarĝaj veldsuturoj.
– En ĉi tiu reĝimo la lasera lumo formas filamenton el vaporigita materialo konatan kiel "serurtruo", kiu etendiĝas en la materialon kaj provizas konduktilon por ke la lasera lumo estu efike liverita en la materialon.
– Ĉi tiu rekta liverado de energio en la materialon ne dependas de konduktado por atingi penetron, kaj tiel minimumigas la varmon en la materialon kaj reduktas la varme trafitan zonon.
Kondukta Soldado
• Kondukta kunigo priskribas familion de procezoj en kiuj la lasera radio estas fokusita:
– Por doni potencdensecon de la ordo de 10³ Wmm⁻²
– Ĝi kunfandas materialon por krei junton sen signifa vaporiĝo.
• Kondukta veldado havas 2 reĝimojn:
– Rekta hejtado
– Energiotransdono.
Rekta Varmo
• Dum rekta varmigo,
– varmofluon regas klasika varmokonduktado de surfaca varmofonto kaj la veldo estas farita per fandado de partoj de la bazmaterialo.
• La unuaj konduktaj veldsuturoj estis faritaj komence de la 1-aj jaroj, uzis malaltpotencan pulsan rubenon kaj CO2 laseroj por dratkonektiloj.
• Konduktaj veldsuturoj povas esti faritaj en vasta gamo de metaloj kaj alojoj en la formo de dratoj kaj maldikaj folioj en diversaj konfiguracioj uzante.
- CO2 , Nd:YAG kaj diodlaseroj kun potenconiveloj en la ordo de dekoj da vatoj.
– Rekta hejtado per CO2 lasera radio ankaŭ povas esti uzata por superpontaj kaj pugsuturoj en polimeraj tavoloj.
Transmisia Veldado
• Transmisia veldado estas efika rimedo por kunigi polimerojn, kiuj transdonas la proksiman infraruĝan radiadon de Nd:YAG kaj diodlaseroj.
• La energio estas absorbata per novaj interfacaj absorbaj metodoj.
• Kompozitaĵoj povas esti kunigitaj kondiĉe ke la termikaj ecoj de la matrico kaj plifortigo estas similaj.
• La energi-transdona reĝimo de kondukta veldado estas uzata kun materialoj kiuj transdonas proksiman infraruĝan radiadon, precipe polimeroj.
• Absorba inko estas metita ĉe la interfaco de superkovrita junto. La inko absorbas la energion de la laserradio, kiu estas kondukita en limigitan dikecon de ĉirkaŭa materialo por formi fanditan interfacan filmon, kiu solidiĝas kiel la veldita junto.
• Diksekciaj superpontaj juntoj povas esti faritaj sen fandado de la eksteraj surfacoj de la junto.
• Pugsuturoj povas esti faritaj per direktado de la energio al la juntolinio laŭ angulo tra materialo ĉe unu flanko de la junto, aŭ de unu fino se la materialo estas tre transdonema.
Lasera Lutado kaj Lutado
• En la laseraj lutadaj kaj lotumaj procezoj, la radio estas uzata por fandi plenigaĵon, kiu malsekigas la randojn de la junto sen fandi la bazmaterialon.
• Lasera lutado komencis populariĝi komence de la 1980-aj jaroj por kunigi la konduktilojn de elektronikaj komponantoj tra truoj en presitaj cirkvitplatoj. La procezparametroj estas determinitaj de la materialaj ecoj.
Penetra Lasera Veldado
• Ĉe altaj potencdensecoj ĉiuj materialoj vaporiĝos se la energio povas esti absorbita. Tial, veldante tiamaniere truo kutime formiĝas per vaporiĝo.
• Tiu "truo" estas poste trairata tra la materialo, kaj la fanditaj muroj sigeliĝas malantaŭ ĝi.
• La rezulto estas tio, kio estas konata kiel "ŝlosiltrua veldo". Ĉi tio karakteriziĝas per sia paralelflanka kunfanda zono kaj mallarĝa larĝo.
Lasera Velda Efikeco
• Termino por difini ĉi tiun koncepton de efikeco estas konata kiel la "kuniga efikeco".
• La kuniga efikeco ne estas vera efikeco, ĉar ĝi havas unuojn de (mm² kunigitaj /kJ provizitaj).
– Efikeco = Vt/P (la inverso de la specifa energio dum tranĉado) kie V = traira rapido, mm/s; t = veldita dikeco, mm; P = incida povumo, kW.
Kuniga Efikeco
• Ju pli alta la valoro de la kuniga efikeco, des malpli da energio estas elspezata por nenecesa hejtado.
– Pli malalta varmo-trafita zono (HAZ).
– Pli malalta distordo.
• Rezistveldado estas plej efika en ĉi tiu rilato ĉar la fuzio kaj HAZ-energio estas generitaj nur ĉe la altrezistanca interfaco por veldo.
• Lasero kaj elektronfasko ankaŭ havas bonajn efikecojn kaj altajn potencajn densecojn.
Procezaj Varioj
• Arka Pliigita Lasera Veldado.
– La arko de TIG-torĉo muntita proksime al la interagpunkto de laserradio aŭtomate alkroĉiĝos al la lasero-generita varma punkto.
– La temperaturo bezonata por ĉi tiu fenomeno estas ĉirkaŭ 300 °C super la ĉirkaŭa temperaturo.
– La efiko estas aŭ stabiligi arkon, kiu estas malstabila pro sia trairrapideco, aŭ redukti la reziston de arko, kiu estas stabila.
– La ŝlosado okazas nur por arkoj kun malalta kurento kaj tial malrapida katodŝpruco; tio estas, por kurentoj malpli ol 80A.
– La arko estas sur la sama flanko de la laborpeco kiel la lasero, kio permesas duobligi la veldrapidecon por modesta pliigo de la kapitalkosto.
• Duoblaj Trabaj Laseraj Veldoj
– Se 2 laseraj radioj estas uzataj samtempe, tiam ekzistas la ebleco kontroli la geometrion de la veldbazo kaj la formon de la veldperlo.
– Uzante 2 elektronfaskojn, la ŝlosiltruo povus esti stabiligita kaŭzante pli malmultajn ondojn sur la veldflako kaj donante pli bonan penetron kaj formon de la perlo.
– Ekscimero kaj CO2 kombinaĵo de laserradioj montris plibonigitan kupladon por la veldado de alt-reflektivecaj materialoj, kiel ekzemple aluminio aŭ kupro, eblis akiri.
– La plifortigita kuplado estis konsiderata ĉefe pro:
• ŝanĝante la reflektivecon per surfaca ondetado kaŭzita de la ekscimero.
• sekundara efiko rezultanta el kuplado tra la de ekscimero generita plasmo.
