Həm lazer şüası qaynağı, həm də qövs qaynağı uzun müddətdir ki, sənaye istehsalında istifadə olunur və materialların birləşdirilməsi texnologiyası sahəsində geniş spektrli istifadəyə imkan verir. Bu proseslərin hər birinin özünəməxsus tətbiq sahələri var, bu da iş parçasına enerjinin daşınmasının fiziki prosesləri və əldə edilə bilən enerji axınları ilə təsvir olunur. Enerji lazer şüası mənbəyindən emal üçün materiala fiber-optik kabeldən istifadə edərək yüksək enerjili infraqırmızı koherent şüalanma vasitəsilə ötürülür. Qövs qaynaq üçün lazım olan istiliyi qövs sütunu vasitəsilə iş parçasına axan yüksək elektrik cərəyanı vasitəsilə ötürür. Lazer şüalanması qaynaq dərinliyinin tikiş eninə böyük nisbəti olan çox dar bir istilik təsir zonasına gətirib çıxarır (dərin qaynaq effekti). Lazer qaynaq prosesinin boşluq körpüsü qabiliyyəti kiçik fokus diametrinə görə çox aşağıdır, lakin digər tərəfdən çox yüksək qaynaq sürətlərinə çata bilər. Qövs qaynaq prosesi daha aşağı enerji sıxlığına malikdir, lakin iş parçasının səthində daha böyük fokus nöqtəsinə səbəb olur və daha yavaş emal sürəti ilə xarakterizə olunur. Hər iki prosesi birləşdirməklə faydalı sinerji əldə etmək olar. Nəticədə, bu, həm keyfiyyət üstünlüklərinə, həm də istehsal-mühəndislik üstünlüklərinə, eləcə də xərc səmərəliliyinin artırılmasına imkan verir. Bu proses həm avtomobil sənayesində maraqlı və iqtisadi cəhətdən cəlbedici tətbiqlər təklif edir, xüsusən də qaynaq birləşmələrində daha yüksək tolerantlığa icazə verildiyi, daha yüksək birləşmə nisbətlərinin mümkün olduğu və çox yaxşı mexaniki/texnoloji parametrlərə nail olmaq mümkün olduğu üçün.
1. Giriş:
1970-ci illərdən bəri lazer işığını və qövsü birləşdirərək qaynaq prosesinə necə birləşdirmək məlumdur, lakin uzun müddət sonra heç bir inkişaf işi aparılmadı. Bu yaxınlarda tədqiqatçılar yenidən bu mövzuya diqqət yetirdilər və qövsün üstünlüklərini lazerin üstünlükləri ilə hibrid qaynaq prosesində birləşdirməyə çalışdılar. İlk dövrlərdə lazer mənbələri hələ də sənaye istifadəsinə yararlılığını sübut etməli idisə, bu gün onlar bir çox istehsal müəssisələrində standart texnoloji avadanlıqdır.
Lazer qaynağının başqa bir qaynaq prosesi ilə kombinasiyasına "hibrid qaynaq prosesi" deyilir. Bu o deməkdir ki, lazer şüası və qövs eyni zamanda bir qaynaq zonasında təsir göstərir, bir-birinə təsir edir və dəstəkləyir.
2. Lazer:
Lazer qaynağı, istənilən "dərin qaynaq effekti"ni əldə etmək üçün yalnız yüksək lazer gücü deyil, həm də yüksək keyfiyyətli şüa tələb edir. Nəticədə əldə edilən daha yüksək keyfiyyətli şüa ya daha kiçik fokus diametri, ya da daha böyük fokus məsafəsi əldə etmək üçün istifadə edilə bilər.
Hazırda davam edən inkişaf layihələri üçün 4 kVt gücündə lazer şüası gücünə malik lampa ilə vurulan bərk cisimli lazerdən istifadə olunur. Lazer işığı 600 µm şüşə lif vasitəsilə ötürülür.
Lazer işığı şüşə lif vasitəsilə ötürülür, burada başlanğıc və son su ilə soyudulur. Lazer şüası 200 mm fokus məsafəsinə malik fokus modulu vasitəsilə iş parçasına proyeksiya olunur.
3. Lazer Hibrid prosesi:
Metal iş parçalarını qaynaq etmək üçün Nd:YAG lazer şüası 106 Vt/sm2-dən yuxarı intensivliyə yönəldilir. Lazer şüası materialın səthinə dəydikdə, bu nöqtəni buxarlanma temperaturuna qədər qızdırır və çıxan metal buxarı səbəbindən qaynaq metalında buxar boşluğu əmələ gəlir. Qaynaq tikişinin fərqləndirici xüsusiyyəti onun yüksək dərinlik-en nisbətidir. Sərbəst yanan qövsün enerji axını sıxlığı 104 Vt/sm2-dən bir qədər yuxarıdır. Şəkil 1 hibrid qaynaqın əsas prinsipini göstərir. Lazer şüası
Burada təsvir edilən qaynaq, qövsdən gələn istiliyə əlavə olaraq, tikişin yuxarı hissəsindəki qaynaq metalına istilik verir. İki ayrı qaynaq prosesinin ardıcıl olaraq hərəkət etdiyi ardıcıl konfiqurasiyadan fərqli olaraq, hibrid qaynaq eyni proses zonasında eyni vaxtda hərəkət edən hər iki qaynaq prosesinin kombinasiyası kimi qəbul edilə bilər. Hansı qövs və ya lazer prosesinin istifadə olunmasından və proses parametrlərindən asılı olaraq, proseslər bir-birinə fərqli dərəcədə və fərqli şəkildə təsir göstərəcəkdir [1, 2].
Lazer prosesi və qövs prosesinin kombinasiyası sayəsində həm qaynaq dərinliyində, həm də qaynaq sürətində artım müşahidə olunur (tək istifadə edilən proseslərdən hər hansı biri ilə müqayisədə). Buxar boşluğundan çıxan metal buxarı qövs plazmasına geri təsir göstərir. Emal plazmasında Nd:YAG lazer şüalanmasının udulması əhəmiyyətsiz olaraq qalır. İki güc girişinin hansı nisbətinin seçilməsindən asılı olaraq, ümumi prosesin xarakteri ya lazer, ya da qövs tərəfindən daha böyük və ya kiçik dərəcədə müəyyən edilə bilər [3,4].
Şəkil 1: Sxematik təsvir: Lazer Hibrid qaynaq
Lazer şüalanmasının udulması iş parçasının səthinin temperaturundan əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənir. Lazer qaynaq prosesi başlamazdan əvvəl, xüsusən də alüminium səthlərdə ilkin əks etdirmə qabiliyyəti aradan qaldırılmalıdır. Buna xüsusi başlanğıc proqramı ilə qaynağa başlamaqla nail olmaq olar. Buxarlanma temperaturuna çatdıqdan sonra buxar boşluğu əmələ gəlir və nəticədə demək olar ki, bütün radiasiya enerjisi iş parçasına daxil ola bilər. Beləliklə, bunun üçün tələb olunan enerji temperaturdan asılı udma və itirilən enerji miqdarı ilə müəyyən edilir.
iş parçasının qalan hissəsinə keçiriciliklə. LaserHybrid qaynaqında buxarlanma yalnız iş parçasının səthindən deyil, həm də doldurucu teldən baş verir, yəni daha çox metal buxarı mövcuddur və bu da öz növbəsində lazer şüalanmasının daxil olmasını asanlaşdırır. Bu, həmçinin prosesin dayanmasının qarşısını alır [5, 6, 7, 8, 9].
4. Avtomobil tətbiqi:
Məkan çərçivəsi texnologiyasından istifadə etməklə, polad avtomobil kuzovu ilə müqayisədə çəkini 43% azaltmaq mümkündür.
Şəkil 2: Audi Space çərçivəsi A2 konsepti
Audi A2 Space çərçivəsi 30 m lazerdən (şəkil 2-də sarı zolaqlar) və 20 m MIG qaynaq uzunluğundan ibarətdir. Bundan əlavə, 1700 pərçim də istifadə olunur.
Şəkil 3: Audi-A2-də profillərin və birləşmə texnikalarının müqayisəsi
Şəkil 4-də AlMg3 tökmə materialının AlMgSi təbəqə materialı ilə LaserHybrid qaynaq birləşməsinin təsviri verilmişdir. Doldurucu məftil AlSi5, istifadə olunan qoruyucu qaz isə Argondur. Lazer gücünün artması ilə daha dərin nüfuzetmə mümkündür. Lazer şüasının qövslə bu şəkildə birləşdirilməsi, lazer şüası ilə qaynaq prosesinin öz-özünə aparılmasından daha böyük qaynaq hovuzu əldə etməyə imkan verir. Bu, daha geniş boşluqları olan komponentləri qaynaq etməyə imkan verir.
Şəkil 4: 0,5 mm boşluqla üst-üstə düşən birləşmə
Avtomobil sənayesində birləşmə hazırlığı olmadan üst-üstə düşən qaynaq üsulunun bir çox tətbiqi mövcuddur. Hazırda bu qaynaq işi üçün ən müasir proses AA 6xxx ərintisinin isti çatlaması səbəbindən soyuq doldurucu məftil ilə lazer qaynağı prosesidir. Birləşmə doldurucu məftil ilə qaynaq edildikdə, həmin doldurucu məftili əritmək üçün lazer enerjisinin çox hissəsi itiriləcək.
Növbəti rəqəm, 2,4 m/dəq qaynaq sürəti ilə üst-üstə düşən birləşmədə LaserHybrid və Laser qaynağı arasındakı fərqləri göstərir. Lazer qaynağı halında, qaynaq muncuğunu doldurmaq mümkün deyil və alt kəsik yaranır. Həmçinin, əsas materiala çox kiçik bir nüfuz var. Qaynaq muncuğunun eni çox kiçikdir və buna görə də aşağı dartılma gücü gözlənilir. LaserHybrid qaynağı halında,
Əlavə material qaynaq hovuzuna daşınır. Alt kəsik MIG prosesindən çıxan məftillə doldurulur və lazer enerjisinin bir hissəsi artıq qənaət olunur. Bu qənaət edilən lazer enerjisi əsas materiala nüfuzetməni artırmaq üçün istifadə edilə bilər və qaynaq muncuğu eni ədədi simulyasiyadan tələb olunan materialın qalınlığından daha böyükdür.
Şəkil 5. LaserHybrid və doldurucu məftil olmadan lazer qaynağı arasında müqayisə
LaserHybrid qaynaq proseduru ilə 4 mm-ə qədər qalınlıqdakı alüminium, polad və paslanmayan polad materiallarını qaynaq etmək mümkündür. Qalınlıq çox yüksəkdirsə, tam nüfuzetmə mümkün deyil. Sinklə örtülmüş materialları birləşdirmək üçün lazerlə lehimləmə prosesindən istifadə etmək də üstünlük təşkil edir.
Avtomobil sənayesində əlavə tətbiqlər lazer hibrid qaynaq prosesinin uyğun ola biləcəyi güc aqreqatları, oxlar və avtomobil gövdələridir.
Qaynaq başlığı:
Qaynaq başlığı, xüsusən də avtomatik gövdə sahəsində qaynaq ediləcək komponentlərə yaxşı əlçatanlıq təmin etmək üçün kiçik həndəsi ölçülərə malik olmalıdır. Bundan əlavə, o, həm robot başlığına uyğun ayrıla bilən bir əlaqə, həm də fokus məsafəsi və məşəl dayanma məsafələri kimi proses dəyişənlərinin bütün Dekart koordinatlarında tənzimlənməsinə imkan verəcək şəkildə hazırlanmalıdır. Şəkil 5-də proses hərəkətdə olarkən qaynaq başlığı göstərilir. Qaynaq prosesi zamanı baş verən sıçrama qoruyucu şüşənin çirklənməsinin artmasına səbəb olur. Kvars şüşəsi hər iki tərəfdən əks etdirici materialla örtülmüşdür və lazer optik sistemini zədələnmədən qorumaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Çirklənmə dərəcəsindən asılı olaraq, şüşədə toplanan sıçrayış iş parçasına təsir edən lazer gücünün 90%-ə qədər azalmasına səbəb ola bilər. Daha ağır çirklənmə ümumiyyətlə qoruyucu şüşənin məhv olmasına gətirib çıxarır, çünki şüalanma enerjisinin böyük bir hissəsi şüşənin özü tərəfindən udulur və şüşədə istilik gərginliyinə səbəb olur. Həmin qaynaq başlığı və qaynaq avadanlığı ilə onu LaserHybrid qaynağı, lazer qaynağı, MSG qaynağı və s. üçün istifadə etmək mümkündür.Lazerlə isti tellə lehimləmə.
Şəkil 6: Qaynaq başlığı və prosesi
5. Lazer Hibrid qaynaqının üstünlükləri:
Qövs və lazer şüasının birləşməsindən aşağıdakı üstünlüklər əldə edilir: Lazer Hibrid qaynaqının lazer qaynağı ilə müqayisədə üstünlükləri:
• daha yüksək proses sabitliyi
• daha yüksək körpü qabiliyyəti
• daha dərin nüfuzetmə
• daha aşağı kapital qoyuluşu xərcləri
• daha yüksək elastiklik
Lazer Hibrid qaynaqının MIG qaynaqla müqayisədə üstünlükləri:
• daha yüksək qaynaq sürətləri
• daha yüksək qaynaq sürətində daha dərin nüfuzetmə
• aşağı istilik girişi
• daha yüksək dartılma möhkəmliyi
• daha dar qaynaq tikişləri
Şəkil 7: İki prosesin birləşdirilməsinin üstünlükləri
Qövs qaynağı prosesi ucuz enerji mənbəyi, yaxşı körpü qabiliyyəti və doldurucu metallar əlavə etməklə strukturu təsir etmək imkanı ilə xarakterizə olunur. Digər tərəfdən, lazer şüası prosesinin fərqləndirici xüsusiyyətləri böyük qaynaq dərinliyi, yüksək qaynaq sürəti, aşağı istilik yükü və əldə etdiyi dar qaynaq tikişləridir. Müəyyən bir şüa sıxlığından yuxarıda, lazer şüası metal materiallarda "dərin qaynaq effekti" yaradır ki, bu da lazer gücü kifayət qədər yüksək olduqda daha böyük divar qalınlığına malik komponentlərin qaynaqlanmasına imkan verir. Beləliklə, lazer hibrid qaynağı daha yüksək qaynaq sürətlərinə, qövs və lazer şüası arasındakı qarşılıqlı təsir səbəbindən prosesin sabitləşməsinə, istilik səmərəliliyinin artmasına və daha yüksək iş parçası tolerantlığına səbəb olur. Qaynaq hovuzu MIG prosesindən daha kiçik olduğundan, daha az istilik girişi və beləliklə, daha kiçik istilik təsir zonası olur. Bu, daha az qaynaq deməkdir.
təhrif, bu da qaynaqdan sonrakı düzəldmə işlərinin həcmini azaldır.
İki ayrı qaynaq hovuzu olduqda, qövsdən sonrakı istilik girişi, lazer şüasının - xüsusən də polad halında - qaynaqdan sonra temperləmə işlənməsinin təmin edilməsi və sərtlik dəyərlərinin tikiş boyunca daha bərabər paylanması deməkdir. Şəkil 6 birləşdirilmiş (yəni hibrid) prosesin üstünlüklərini ümumiləşdirir.
İndi hibrid qaynaqla lazer qaynağı arasındakı iqtisadi üstünlüklərə gəldikdə, aşağıdakı ifadələri etmək olar: Qaynaq tikişi qismən lazer qaynağından, qismən də MIG qaynağından ibarətdir. Hibrid proses lazer şüasının gücünü azaltmağa imkan verir, yəni lazer şüası aparatının səmərəliliyi cəmi 3% olduğundan lazer mənbəyinin enerji istehlakını xeyli azaltmaq olar. Başqa sözlə: İş parçasına təsir edən lazer şüası gücünün 1 kVt azalması elektrik şəbəkəsindən istehlak edilən enerjinin təxminən 35 kVA azalmasına səbəb olur.
Lazer şüası aparatı hər 1 kVt üçün təxminən 0,1 m avroya başa gəlir.lazer şüasının gücüTəkcə bir nümunə götürək, hibrid prosesin istifadəsi 4 kVt şüa gücünə malik lazer aparatı əvəzinə 2 kVt-lıq lazer şüası aparatından istifadə etməyə imkan verdiyi halda, bu, investisiya xərclərinə 0,2 milyon avro qənaət etməyə gətirib çıxarır. Lakin burada hibrid proses üçün təxminən 20.000 avro dəyərində MIG aparatının lazım olacağını nəzərə almaq lazımdır.
Daha yüksək qaynaq sürəti sayəsində həm istehsal müddəti, həm də qaynaq xərcləri azalda bilər.
6. Lazerli Hotwire lehimləmə:
Lazer şüasını doldurucu məftil ilə birləşdirmək üçün başqa bir imkan LaserHotwire prosesidir [10]. Bu prosedurda doldurucu məftil eyni enerji mənbəyi ilə əvvəlcədən qızdırılır və bu mənbədən istifadə edilə bilər.Lazer Hibrid qaynaq prosesiDoldurucu məftil 100 A-dan 220 A-a qədər cərəyan yükünə malikdir. Məftil qidalanma sürəti lehimləmə muncuğunun en kəsiyindən və lehimləmə sürətindən asılıdır. Lehimləmə, doldurucu metal miqdarı sayəsində, oxşar qaynaq tikişlərindən daha asan başa çatdırıla bilən qəlibləmə materialı təklif edir. Lövhə hissələrinin lehimlənməsi sayəsində təmir işləri qaynaqlanmış birləşmələrdə olduğundan daha asan şəkildə həyata keçirilə bilər. LaserHotwire lehimləməsinin üstünlüklərindən biri lehimlənmiş zonanın yaxşı korroziyaya davamlılığıdır.
Doldurucu metallar kimi, SG-CuSi3 kimi ucuz mis əsaslı ərintilər istifadə olunur və Argon qoruyucu qaz kimi xidmət edir.
Şəkil 8: Sxematik təsvirLazerlə isti tellə lehimləmə:
Növbəti şəkildə Lazerlə qaynar məftillə lehimlənmiş materialın en kəsiyi göstərilir. Sinklə örtülmüş material 3 m/dəq sürətlə lehimlənir və doldurucu məftil 205 A cərəyan yükünə malikdir. İstilik girişi çox aşağıdır, buna görə də lehimləmə prosesinin nəticəsi aşağı təhrifdir.
7. Xülasə:
Lazer Hibrid qaynaq, metal emalı sənayesində, xüsusən də tələb olunan komponent tolerantlıqlarına nail olmaq mümkün olmadığı və ya maliyyə cəhətdən sərfəli olmadığı yerlərdə geniş tətbiq sahələri üçün sinergiya təklif edən tamamilə yeni bir texnologiyadır.lazer şüası qaynağıDaha geniş tətbiq dairəsi və birləşdirilmiş prosesin yüksək qabiliyyəti investisiya xərclərinin azaldılması, istehsal müddətinin qısaldılması, istehsal xərclərinin azaldılması və məhsuldarlığın artması baxımından rəqabətin artmasına gətirib çıxarır.
LazerHibrid prosesi həmçinin alüminiumun qaynaqlanmasına yeni bir yanaşma təklif edir. Bununla belə, praktikada istifadə edilə bilən sabit bir proses, bərk hal lazerlərinin daha yüksək çıxış gücləri sayəsində nisbətən yaxınlarda mümkün olmuşdur. Çoxsaylı tədqiqatlar lazer-qövs-hibrid qaynaq proseslərinin əsaslarını araşdırmışdır. "Hibrid qaynaq prosesi" dedikdə, yalnız bir proses zonası (plazma və ərimə) ilə lazer şüası qaynağı və qövs qaynağı prosesinin kombinasiyasını nəzərdə tuturuq. Əsas tədqiqat işləri göstərmişdir ki, iki prosesi birləşdirməklə sinerji əldə edilə bilən və hər bir ayrı prosesin çatışmazlıqlarını kompensasiya edə bilən bir proses mümkündür ki, bu da bir çox müxtəlif material və konstruksiyalar üçün qaynaq imkanlarının, qaynaq qabiliyyətinin və qaynaq etibarlılığının artmasına səbəb olur. Xüsusilə, bu, alüminium ərintiləri üçün nümayiş etdirilmişdir. Əlverişli proses parametrlərini seçməklə, həndəsə və struktur quruluşu kimi qaynaq xüsusiyyətlərinə seçici təsir göstərmək mümkündür. Qövs qaynağı prosesi doldurucu metal əlavə etməklə körpü qabiliyyətini artırır; həmçinin qaynaq tikişinin enini müəyyən edir və beləliklə, lazım olan iş parçasının hazırlanması miqdarını azaldır. Bundan əlavə, proseslər arasında baş verən qarşılıqlı təsirlər prosesin səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına gətirib çıxarır. Bu kombinasiya prosesi lazer qaynaq prosesindən xeyli az investisiya xərcləri tələb edir.
Lazerli isti tel lehimləmə prosesi, xüsusilə sinklə örtülmüş material üçün yaxşı korroziyaya davamlılıq əldə etmək üçün istifadə edilə bilər.
Yazı vaxtı: 18 aprel 2025
