למה אנחנו צריכים ריתוך חוטי לייזר?

בהשוואה לשיטות ריתוך מסורתיות,ריתוך לייזרבעל יתרונות משמעותיים - קלט חום נמוך, מהירות ריתוך מהירה, אזור קטן המושפע מחום,

בשנים האחרונות, ריתוך בלייזר נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הרכב, תעשיית בניית הספינות, תעשיית האנרגיה הגרעינית, תעשיית התעופה והחלל.

תעשיית התעופה ותעשיות היי-טק אחרות נמצאות בשימוש נרחב יותר ויותר, ועם הפחתת עלות ציוד שלם, באספקת החומרה היומית

ויישומים אחרים הקשורים לחיים החלו לצמוח במהירות. אך יחד עם זאת, לריתוך בלייזר יחיד יש גם חסרונות מסוימים,

לא ניתן לענות על הצרכים המגוונים יותר ויותר: ראשית, דרישות הפער של ריתוך לייזר יחיד על מכלול הריתוך הן מחמירות מאוד,

בדרך כלל נדרש מרווח של פחות מ-0.2 מ"מ, אחרת קשה להשיג חיבור טוב; שנית,ריתוך לייזר יחידרגיש מאוד לסדקים בריתוך

קל מאוד לגרום לסדקים בריתוך, ולא ניתן להתאים את הרכב הריתוך כדי לשלוט ביצירת סדקים; שלישית, יחיד

ריתוך בלייזר דורש לייזרים בעלי עוצמה גבוהה במיוחד בעת ריתוך לוחות בעובי גדול, ויכולת החדירה שלהם תלויה לחלוטין בעוצמת הלייזר.

ואיכות הריתוך אינה ניתנת להערכה מלאה.

על מנת לענות על צרכי הפיתוח של תעשיות שונות, שופרו גם שיטות ריתוך הלייזר, ופותח פיתוח מקביל, כמו מאמר זה.

מתוארים ריתוך מילוי חוטי לייזר ושיטות ריתוך אחרות. ריתוך מילוי חוטי לייזר פותח על בסיס ריתוך לייזר יחיד,

בהשוואה לריתוך בלייזר יחיד, יש לו יתרונות ברורים:

①להפחית באופן משמעותי את דרישות ההרכבה של חומר העבודה, מכיוון שחוט הריתוך מתווסף לתהליך הריתוך, מתכת בריכת הריתוך תגדל באופן משמעותי וניתן לגשר עליה.

התחבר עם פער ריתוך גדול יותר, תוך הפיכת הריתוך למלא יותר;

ניתן לשלוט בתכונות המיקרו-מבנה של אזור הריתוך, מכיוון שהרכב חוט הריתוך שונה מזה של חומר הבסיס של מפרק הריתוך.

לאחר שהחוט מותך לתוך בריכת הריתוך, ניתן להתאים את האיכות, ההרכב והפרופורציה של בריכת הריתוך כדי לשלוט בתהליך ההתמצקות וביצירת המיקרו-מבנה.

(3) קלט האנרגיה בקו קטן, האזור המושפע מחום והעיוות התרמי קטנים, דבר התורם מאוד לריתוך חומר העבודה עם דרישות עיוות מחמירות;

④יכול להשיג ריתוך לייזר קטן יותר עם עוצמה עבה יותר של חומרים, מכיוון שחוט הריתוך מתווסף לתהליך הריתוך, ניתן להשיג ריתוך מרובה, ו

מתכת בריכת הריתוך תוגדל משמעותית, כך שניתן יהיה לפתוח את מפרק הריתוך כדי להקטין את גודל הריתוך בפועל.

עובי ריתוך לייזר, ולאחר מכן לממש ריתוך חוט לייזר רב-ערוצי חומר צלחת עבה.

ההבדל בין ריתוך תיל לייזר לריתוך תיל לייזר

צורת ריתוך מילוי חוטי לייזר מוצגת באיור 1, והיא שונה מהלחמת מילוי חוטי לייזר המוצגת באיור 2. המרכיבים הבסיסיים של שתי שיטות הריתוך הם

עקבי, מורכבים מקרן לייזר, חוט ריתוך, חלקי ריתוך, גז מגן בהתאם לצרכים בפועל כדי להחליט אם להוסיף, מעורב

והציוד העיקרי הוא מכונת הזנת חוטים, מכונת ריתוך, ראש אקדח רך לריתוך מילוי חוטים, ראש ריתוך, לייזר בעוצמה גבוהה.

איור 1 ריתוך היתוך חוטי לייזר

איור 2 הלחמת חוטי לייזר

למרות שאין הבדל מהותי בצורה החיצונית של שתי שיטות הריתוך, יש הבדל משמעותי במהות. בעת ריתוך חוטי לייזר,

הלייזר משתמש בדרך כלל בלייזר סיבים בעל עוצמה גבוהה, כפי שמוצג באיור 3, הלייזר לא רק זקוק לחוט ריתוך, אלא גם צריך להמיס את המתכת הבסיסית ובתוכו

אפקט החורים המיוחד של ריתוך חדירה עמוקה בלייזר נוצר על מתכת הבסיס, ויוצר בריכת התכה עמוקה, והרכב חוט הריתוך מעורבב במלואו עם הרכב המתכת של מתכת הבסיס.

נוצרת בריכת מותכת היברידית חדשה, והרכב היסודות, הפרופורציה ואיכותה של בריכת המותכת ההיברידית גדולים מאלה של חוט הריתוך וחומר הבסיס.

לכן, ניתן להוסיף את חוט הריתוך המתאים לתהליך הריתוך בהתאם לפגמי הביצועים של חומר הבסיס עצמו, על מנת לשפר את יעילות הריתוך.

ברמת הראייה, עמידות לסדקים, עמידות לעייפות, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני שחיקה והיבטים אחרים של הריתוך שופרו בכוונה.

בנוסף, ריתוך חוטי לייזר יכול להיות ריתוך מוערם רב-ערוצי, מכיוון שהוא יכול להשיג ריתוך חדירה עמוקה עם אפקט חור קטן, שניתן להשיג

האיחוי המלא של שתי השכבות התחתונות של חרוז הריתוך מונע פגמים חמורים של אי-איחוי, כך שיש לו את היכולת לרתך חיבורים בעובי גדול.

כַּאֲשֵׁרחוט לייזרהלחמה, הלייזר משתמש בדרך כלל בלייזר מוליך למחצה בעל הספק גבוה, כפי שמוצג באיור 4

על חוט הריתוך, רק כמות קטנה מאוד של לייזר תפעל על הריתוך ותמיס כמות קטנה של מתכת על פני הריתוך, ובריכת ההיתוך כמעט נמסה על ידי ההיתוך.

חוט הריתוך נוצר, כך שביצועי הריתוך תלויים בעיקר בהרכב היסודי ובפרופורציה של חוט הריתוך וחוט הריתוך המותך בנקודת הריתוך.

המטרה העיקרית של הלחמת חוטי לייזר היא להשיג חוזק חיבור מסוים של מפרק הריתוך.

ואיטום, והלחמת חוטי לייזר לא ניתן לריתוך מוערמים רב-ערוציים, שתי השכבות העליונות והתחתונות של הריתוך בעצם לא יכולות להיות מוצקות.

כעת, לאחר חיבור החיבור, לאחר חיבור מלא ויעיל, התכונות המכניות שלו גרועות מאוד.

תחום יישום של ריתוך חוטי לייזר

עם התפתחות טכנולוגיית ריתוך מילוי חוטי לייזר והעלייה במגבלת עוצמת הלייזר, טווח היישום שלריתוך מילוי חוטי לייזר

יותר ויותר נרחב, בעיקר בהיבטים הבאים:

ריתוך חוטי לייזר של סגסוגת אלומיניום

באופן כללי, מכיוון שלסגסוגת האלומיניום עצמה יש רפלקטיביות גבוהה ללייזר ומוליכות תרמית גבוהה, סגסוגת האלומיניום מרותכת בלייזר.

כאשר עוצמת הלייזר הנדרשת גדולה, הדבר יוביל לאלמנטים בעלי נקודת רתיחה נמוכה בסגסוגות אלומיניום (כגון מגנזיום, אבץ וכו'), אידוי חמור ואובדן שריפה.

במקביל, מתח הפנים הנמוך של המתכת המותכת משפיע על מאפייני ההתמצקות של הריתוך, וסיבות אלו יובילו לקיומן של סגסוגות אלומיניום בריתוך לייזר.

בעיות רבות - תכונות מכניות ירודות של חיבורי ריתוך, יצירת ריתוך לקויה, נקבוביות וסדקים חמורים. במקום זאת, משתמשים בלייזר כדי למלא את החוט

ריתוך סגסוגת אלומיניום ישפר משמעותית את הבעיות הללו:

①ריתוך חוטי לייזר יכול לשפר את הדיכאון של משטח הריתוך, ולשפר ביעילות את הריתוךסוג, והתזה של תהליך הריתוך קטנה;

②הוספת חוט ריתוך יכולה לא רק להשפיע על כיוון הגבישים הגליליים בריתוך, אלא גם לדלל את הריתוך.הממשק הגבישי שנוצר על ידי הצמיחה היחסית של גביש עמודי הליבה משפר את יצירת הריתוך, וגם משפר את קצב הספיגה של החומר ללייזר.

עם העלייה ברוחב ההיתוך, המיקרו-קשיות יורדת מעט, וחוזק המתיחה וההתארכות של החיבור יהיו משמעותיים תחת פרמטרי התהליך המותאמים.

שיפור; (3) ריתוך עם פרמטרי תהליך מתאימים לא יביא לפגיעה פנימית ברורה, מיקרו-קשיות של HV60 ומעלה, וזיהום אוויר בחיבור

אין ריכוך ניכר של מפרק הריתוך באזור, והשבר נמצא באזור חומר הבסיס במהלך בדיקת המתיחה.

ריתוך חוטי לייזר של מתכות שונות

עבור סביבות עבודה תובעניות או משיקולי עלות, לעתים קרובות יש צורך במספר היבטים של חומר העבודה בו זמנית.

תכונות מיוחדות, כגון עמידות בפני קורוזיה, חוזק ספציפי גבוה, עמידות בחום, עמידות בפני שחיקה, מוליכות גבוהה, פיזור חום טוב וכו', אך הרוב המכריע

חומרי מתכת אינם יכולים להיות בעלי מספר תכונות מיוחדות בולטות יותר בו זמנית, וחומרי מתכת בעלי תכונות מיוחדות הם לעתים קרובות

נדיר ויקר, לא ניתן להשתמש בו בכמויות גדולות, כך שאם ניתן לייצר מגוון חומרים בעלי תכונות מיוחדות כדי להשיג חיבור יעיל, אז

עשוי לעמוד בדרישות השימוש. ההבדל בתכונות הפיזיקליות והכימיות של חומרי מתכת שונים הוא בדרך כלל גדול, וזה בלתי נמנע בתהליך הריתוך.

היווצרות תרכובות אינטר-מתכתיות, אשר משפיעות רבות על ביצועי חיבורי הריתוך, תרכובות אינטר-מתכתיות שבירות יהפכו את הריתוך לקל מאוד לייצור.

קשה מאוד להשתמש ישירות בלייזר יחיד לריתוך חיבורי מתכת שונים, וקשה לשלוט ביציבות התהליך שלו.

קושי בשחזור. מספר רב של חוקרים ומומחים מצאו כי ריתוך חוטי לייזר טוב יחסית לריתוך מתכות שונות, והבחירה מתאימה.

חוט המילוי יכול לעכב במידה מסוימת את היווצרותן של תרכובות אינטר-מתכתיות, ויכול לשפר מאוד את המכניקה של חיבורים מרותכים.

ביצועים:

①ניתן ליצור היטב חיבור חיפוי Mg/Cu המולחם בריתוך מילוי חוטי לייזר תחת פרמטרי תהליך מתאימיםחוזק הגזירה המרבי של חיבורי מתכת שונים בעלי חוזק מסוים יכול להגיע ל-164.2MPa, שהם 64% ממתכת הבסיס של סגסוגת מגנזיום.

② נחקר תהליך הריתוך של חיבורי חפיפה וחיבור קת של אלומיניום/טיטניום, והתוצאות מראות שתהליך הריתוך יציב ונוצר כאשר משתמשים בנקודת אור מלבנית.יפה, מגוון רחב של פרמטרי תהליך, איכות ריתוך גבוהה, חוזק המתיחה המרבי שלו מגיע ל-94% ממתכת הבסיס של סגסוגת אלומיניום;שפר את עיצוב הריתוך.עבור חומרי עבודה בעלי מטרות מיסב, אם הריתוך קורס, העובי האפקטיבי שלו יופחת, והתכונות המכניות יופחתו אם הריתוך נושך.

זה יוביל לריכוז מאמץ בקצה הריתוך, והתכונות המכניות יופחתו. עבור חומר עבודה עם דרישות מראה, אם הריתוך קורס

היתקעות או נשיכה של הקצה עלולות לגרום לפגיעות חזותיות חמורות ואינן מקובלות. על מנת להפוך את הריתוך לשלם, ריתוך חוטי לייזר

זוהי שיטה טובה מאוד, מכיוון שחוט הריתוך מותך לתוך בריכת המותך, הוא יכול להגדיל ביעילות את נפח בריכת המותך, ולאחר מכן להבטיח שהריתוך מלא.

פגם בקצה הנשיכה.

עבור חומר העבודה עם פער חיבור גדול (בדרך כלל≥0.3 מ"מ), ריתוך לייזר יחיד קשה להשיג חיבור יעיל, וניתן למלא אותו רק

חומר נוסף יכול למלא את פער הריתוך, כך שריתוך חוטי לייזר הוא פתרון יעיל מאוד.

ריתוך פילה בצורת פער צר

ריתוך מילוי חוטי לייזר בפער צר יכול לממש ריתוך יעיל של לוחות בינוניים ועבים באמצעות לייזרים בעלי עוצמה קטנה ובינונית, לא רק על ידי הוספת ריתוך

חוט לשינוי הרכב ומבנה מתכת הריתוך, שיפור הביצועים הכוללים של המפרק המולחם, אך גם שיפור שיפוע הריתוך בלייזר יחיד

יכולת ההסתגלות וסבילות התקלות של מרווח הפה, והאזור המושפע מחום של הריתוך צרים, וגם הלחץ של המפרק המולחם קטן, שיש לו עבודה נהדרת.

לכן, בשנים האחרונות, מומחים וחוקרים רבים ביצעו מחקרים רלוונטיים בנושא:

①שימוש במילוי חוטי לייזר רב-ערוצי בפער צרשיטת ריתוך מרותכת 40 מ"מ עובי פלדת Q345D ימית, התוצאות מראות שפרמטרי תהליך הריתוך המתאימים יכולים לקבל צורה טובה,

המפרק המולחם ללא נקבוביות, ללא פגמים כגון אי-היתוך, קשיחות ההשפעה של מרכז הריתוך טובה, וחוזק המתיחה של הריתוך גבוה מזה של חומר הבסיס;

②פלדת הרוטור בעובי 50 מ"מ רותכה בריתוך רב-מעברי של מילוי חוטי לייזר בפער צר, והתוצאות הראו שפרמטרי תהליך הריתוך היו מתאימים.

זה יכול לקבל עיצוב טוב, ללא פגמים כגון אי-היתוך דופן צדדית, קשיחות ההשפעה של המפרק מופחתת, אך חוזק המתיחה שלו גבוה מזה של האם.

עֵץ;③נחקר תהליך ריתוך מילוי חוטי לייזר בפער צר של סגסוגת אלומיניום 5083 בעובי 20 מ"מ, והתוצאות מראות כי פרמטרי תהליך הריתוך המתאימים

ניתן להשיג חיבור מרותך עם פחות נקבוביות וללא פגמים כגון אי-היתוך.

מקרי יישום והמלצות לפרמטרים של ציוד ותהליך

1. מקרי יישום

שיפור עיצוב הריתוך

דרישות: ריתוך פלדת אל-חלד בעובי 1 מ"מ ו-3 מ"מ, תפר הריתוך נדרש ללא נקבוביות, והיציקה טובה.

ציוד: RFL-C4000 (קוטר ליבת סיב 200μמ'), מזין חוטים, ראש ריתוך.

טבלה 5 המלצה לצורה וגודל החריץ

תוצאות: היציקה הייתה טובה והריתוך לא היה נקבובי, כפי שמוצג באיור 5.

איור 5 עיצוב ריתוך ומורפולוגיה של חתך רוחב

ריתוך רב-מעברי במילוי חוטי לייזר בצפיפות צרה

דרישות: פלטת פלדה ימית Q345 בעובי 18 מ"מ מרותכת, דורשת פחות חורי ריתוך, ללא אי-היתוך, מתיחה במפרק

החוזק גבוה יותר מחומר הבסיס, ויצירת הריתוך טובה יותר.

ציוד: RFL-C6000 (קוטר ליבת סיב 400μמ'), מזין חוטים, ראש ריתוך.

פרמטרי תהליך: יש לחתוך את מעבר הריתוך בצורה משופעת, גודל החיתוך המשופע מוצג באיור 6, ופרמטרי תהליך ריתוך אחרים מוצגים בטבלה 2.

איור 6 גודל חריץ

תוצאות: היציקה הייתה טובה, לא הייתה אי-היתוך, ולריתוך לא היה למעשה נקבוביות, כפי שמוצג באיור 7, ובוצע בדיקת מתיחה.

הוכח כי הריתוך נשבר בחומר הבסיס, דבר המצביע על כך שחוזק המתיחה של החיבור גבוה מזה של חומר הבסיס.

איור 7 תרשים מטלוגרפי של חתך רוחב ריתוך

2. הצעת פרמטרים לציוד ולתהליך

שיפור עיצוב ואיכות הריתוך

עבור ריתוך חוטי לייזר במפרקי קת של חומרים נפוצים, על מנת לשפר את יצירת הריתוך, מומלץ בדרך כלל להשתמש בקוטר ליבת הלייזר והסיב,

יש להגדיר את ראש הריתוך כך שקוטר נקודת המיקוד יהיה בין 0.4 מ"מ ל-0.6 מ"מ, ויש לבחור את חוט הריתוך בדרגה המתאימה.

פרמטרים נוספים של ריתוך מוצגים בטבלה 2 ובטבלה 3.

ריתוך רב-מעברי במילוי חוטי לייזר בצפיפות צרה

עבור ריתוך רב-מעברי של מילוי חוטי לייזר בצפיפות צרה של פלטה בעובי בינוני, מומלץ בדרך כלל שקוטר נקודת המיקוד יהיה 0.6 מ"מ ~ 1.0 מ"מ, ו

וחוט הריתוך צריך לבחור את הדרגה המתאימה, בנוסף, גודל חריץ המפרק חייב להיות בעל עיצוב סביר, גודל החריץ לא יכול להיות גדול מדי,

אחרת, קל לגרום לאי-היתוך בתוך הריתוך, וגודל החריץ המומלץ באופן כללי מוצג בטבלה 5; מספר החרוזים צריך להתבסס על המקסימום של החיבור.

עובי גדול כדי לקבוע, מומלץ להשתמש בקיבולת הריתוך המרבית של הציוד כדי לקבוע את הריתוך התחתון הראשון, לאחר כל עומק של אחד

בדרך כלל 3 מ"מ ~ 5 מ"מ; באשר לפרמטרי תהליך הריתוך המשמשים עבור כל חרוז, יש להסתמך על עומק הריתוך הנדרש שלו ומתי

רוחב מעבר הריתוך הקדמי נקבע. כאשר רוחב מעבר הריתוך גדול יותר, יש להגדיל במידה מסוימת את כמות הדה-פוקוס כדי למנוע את כישלון ההתכה של דופן הצד.