Mae weldio trawst laser a weldio arc ill dau wedi cael eu defnyddio ers amser maith ar gyfer cynhyrchu diwydiannol, ac maent yn caniatáu sbectrwm eang o ddefnyddiau ym maes technoleg uno deunyddiau. Mae gan bob un o'r prosesau hyn ei feysydd cymhwysiad penodol, fel y disgrifir gan y prosesau ffisegol o gludo'r ynni i'r darn gwaith a chan y llifau ynni y gellir eu cael. Caiff yr ynni ei drosglwyddo o ffynhonnell y trawst laser i'r deunydd i'w brosesu trwy gyfrwng ymbelydredd cydlynol is-goch ynni uchel, gan ddefnyddio cebl ffibr optig. Mae'r arc yn trosglwyddo'r gwres sydd ei angen ar gyfer weldio trwy gyfrwng cerrynt trydan uchel sy'n llifo i'r darn gwaith trwy golofn arc. Mae'r ymbelydredd laser yn arwain at barth cul iawn yr effeithir arno gan wres gyda chymhareb fawr o ddyfnder weldio i led y sêm (effaith weldio dwfn). Mae gallu pontio bylchau'r broses weldio laser yn isel iawn, oherwydd ei diamedr ffocws bach, ond ar y llaw arall gall gyrraedd cyflymderau weldio uchel iawn. Mae gan y broses weldio arc ddwysedd ynni llawer is, ond mae'n achosi man ffocws mwy ar wyneb y darn gwaith ac fe'i nodweddir gan gyflymder prosesu arafach. Trwy uno'r ddau broses hyn, gellir cyflawni synergeddau defnyddiol. Yn y pen draw, mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl cyflawni manteision ansawdd a manteision peirianneg gynhyrchu, yn ogystal â gwella effeithlonrwydd cost. Mae'r broses hon yn cynnig cymwysiadau diddorol ac economaidd ddeniadol, yn y diwydiant modurol, yn rhannol oherwydd bod goddefiannau uwch yn cael eu caniatáu ar y weldiadau, bod cyfraddau ymuno uwch yn bosibl, a gellir cyflawni paramedrau mecanyddol/technolegol da iawn.
1. Cyflwyniad:
Mae wedi bod yn hysbys sut i gyfuno golau laser a'r arc mewn proses weldio gyfunol ers y 1970au, ond am amser hir wedi hynny, ni wnaed unrhyw waith datblygu pellach. Yn ddiweddar, mae ymchwilwyr wedi troi eu sylw at y pwnc hwn eto ac wedi ceisio uno manteision yr arc â rhai'r laser, mewn proses weldio hybrid. Er bod ffynonellau laser yn dal i orfod profi eu haddasrwydd ar gyfer defnydd diwydiannol yn y dyddiau cynnar, y dyddiau hyn maent yn offer technolegol safonol mewn llawer o fentrau gweithgynhyrchu.
Cyfeirir at y cyfuniad o weldio laser â phroses weldio arall fel “proses weldio hybrid”. Mae hyn yn golygu bod trawst laser ac arc yn gweithredu ar yr un pryd mewn un parth weldio, ac yn dylanwadu ar ei gilydd ac yn eu cefnogi.
2. Laser:
Mae weldio laser nid yn unig angen pŵer laser uchel ond hefyd trawst o ansawdd uchel er mwyn cael yr "effaith weldio dwfn" a ddymunir. Gellir manteisio ar yr ansawdd uwch o drawst sy'n deillio o hyn naill ai i gael diamedr ffocws llai neu bellter ffocal mwy.
Ar gyfer y prosiectau datblygu sydd ar y gweill ar hyn o bryd, mae laser cyflwr solid sy'n cael ei bwmpio gan lamp gyda phŵer trawst laser o 4 kW yn cael ei ddefnyddio. Mae golau'r laser yn cael ei drosglwyddo trwy ffibr gwydr 600 µm.
Mae golau'r laser yn cael ei drosglwyddo drwy ffibr gwydr, lle mae'r dechrau a'r diwedd wedi'u hoeri â dŵr. Mae'r trawst laser yn cael ei daflunio ar y darn gwaith gan fodiwl ffocysu gyda phellter ffocal o 200 mm.
3. Proses Hybrid Laser:
Ar gyfer weldio darnau gwaith metelaidd, mae trawst laser Nd:YAG wedi'i ffocysu ar ddwysterau uwchlaw 106W/cm2. Pan fydd y trawst laser yn taro wyneb y deunydd, mae'n cynhesu'r fan hon i dymheredd anweddu, ac mae ceudod anwedd yn cael ei ffurfio yn y metel weldio oherwydd yr anwedd metel sy'n dianc. Nodwedd wahaniaethol y sêm weldio yw ei gymhareb dyfnder-i-led uchel. Mae dwysedd llif-egni'r arc sy'n llosgi'n rhydd ychydig uwchlaw 104 W/cm2. Mae Ffigur 1 yn dangos egwyddor sylfaenol weldio hybrid. Y trawst laser
Mae'r hyn a ddangosir yma yn bwydo gwres i'r metel weldio yn rhan uchaf y sêm, yn ogystal â'r gwres o'r arc. Yn wahanol i gyfluniad dilyniannol lle mae dau broses weldio ar wahân yn gweithredu yn olynol, gellir ystyried weldio hybrid fel cyfuniad o'r ddau broses weldio yn gweithredu ar yr un pryd yn yr un parth proses. Yn dibynnu ar ba broses arc neu laser a ddefnyddir, ac ar baramedrau'r broses, bydd y prosesau'n dylanwadu ar ei gilydd i raddau gwahanol ac mewn gwahanol ffyrdd [1, 2].
Diolch i gyfuniad y broses laser a'r broses arc, mae cynnydd hefyd yn nyfnder treiddiad y weldio a chyflymder y weldio (o'i gymharu â'r naill broses neu'r llall a ddefnyddir ar ei ben ei hun). Mae'r anwedd metel sy'n dianc o'r ceudod anwedd yn gweithredu'n ôl-weithredol ar y plasma arc. Mae amsugno ymbelydredd laser Nd:YAG yn y plasma prosesu yn parhau i fod yn ddibwys. Yn dibynnu ar ba gymhareb o'r ddau fewnbwn pŵer a ddewisir, gellir pennu cymeriad y broses gyffredinol i raddau mwy neu lai naill ai gan y laser neu gan yr arc [3,4].
Ffig. 1: Cynrychiolaeth sgematig: Weldio LaserHybrid
Mae tymheredd wyneb y darn gwaith yn dylanwadu'n sylweddol ar amsugno'r ymbelydredd laser. Cyn y gall y broses weldio laser ddechrau, rhaid goresgyn yr adlewyrchiad cychwynnol yn gyntaf, yn enwedig ar arwynebau alwminiwm. Gellir cyflawni hyn trwy ddechrau weldio gyda rhaglen gychwyn arbennig. Ar ôl cyrraedd y tymheredd anweddu, mae'r ceudod anwedd yn cael ei ffurfio, gyda'r canlyniad y gellir mewnbynnu bron yr holl egni ymbelydredd i'r darn gwaith. Felly mae'r egni sydd ei angen ar gyfer hyn yn cael ei bennu gan yr amsugno sy'n ddibynnol ar dymheredd a chan faint o egni a gollir.
drwy ddargludiad i weddill y darn gwaith. Mewn weldio LaserHybrid, mae anweddu yn digwydd nid yn unig o wyneb y darn gwaith ond hefyd o'r wifren llenwi, sy'n golygu bod mwy o anwedd metel ar gael, sydd yn ei dro yn hwyluso mewnbwn yr ymbelydredd laser. Mae hyn hefyd yn atal y broses rhag cwympo allan [5, 6, 7, 8, 9].
4. Cymhwysiad modurol:
Drwy ddefnyddio technoleg ffrâm ofod, mae gostyngiad pwysau o 43% yn bosibl o'i gymharu â chorff car dur.
Ffig. 2: Cysyniad ffrâm Audi Space A2
Mae ffrâm yr Audi A2 Space yn cynnwys hyd weldio Laser 30 m (stripiau melyn yn ffigur 2) a hyd weldio MIG 20m. Yn ogystal, defnyddir 1700 o rifedau hefyd.
Ffig. 3: Cymhariaeth o broffiliau a thechnegau ymuno ar yr Audi-A2
Mae Ffigur 4 yn dangos cymal weldio LaserHybrid o ddeunydd cast ALMg3 gyda deunydd dalen AlMgSi. Y wifren lenwi yw AlSi5 a'r nwy amddiffynnol a ddefnyddir yw Argon. Gyda phŵer laser cynyddol, mae treiddiad dyfnach yn bosibl. Mae cyfuno'r trawst laser â'r arc yn y modd hwn yn cyflawni pwll weldio mwy nag y byddai gyda'r broses weldio trawst laser ar ei phen ei hun. Mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl weldio cydrannau â bylchau ehangach.
Ffig 4: Cymal gorgyffwrdd gyda bwlch o 0.5 mm
Yn y diwydiant modurol mae llawer o gymwysiadau ar gyfer weldio gorgyffwrdd heb baratoi cymalau. Ar hyn o bryd, y broses ddiweddaraf ar gyfer y gwaith weldio hwn yw'r broses weldio laser gyda gwifren lenwi oer, oherwydd cracio poeth yr aloi AA 6xxx. Pan fydd y cymal yn cael ei weldio â gwifren lenwi, bydd llawer o egni'r laser yn cael ei golli er mwyn toddi'r wifren lenwi honno.
Mae'r ffigur nesaf yn cynrychioli'r gwahaniaethau rhwng weldio LaserHybrid a Laser ar gymal gorgyffwrdd gyda chyflymder weldio o 2.4m/mun. Yn achos weldio laser, nid oes unrhyw bosibilrwydd o lenwi'r glein weldio, a chynhyrchir tandoriad. Hefyd, dim ond treiddiad bach iawn sydd i'r deunydd sylfaen. Mae lled y glein weldio yn fach iawn, ac felly disgwylir cryfder tynnol isel. Yn achos weldio LaserHybrid,
Mae deunydd ychwanegol yn cael ei gludo i'r pwll weldio. Mae'r isdoriad yn cael ei lenwi â'r wifren o'r broses MIG, ac mae cyfran o ynni'r laser bellach yn cael ei harbed. Gellir defnyddio'r ynni laser hwn a arbedwyd i gynyddu'r treiddiad i'r deunydd sylfaen ac mae lled y glein weldio yn fwy na thrwch y deunydd, sy'n ofynnol o'r efelychiad rhifiadol.
Ffig. 5 Cymhariaeth rhwng weldio LaserHybrid a Laser heb wifren llenwi
Gyda'r weithdrefn weldio LaserHybrid mae'n bosibl weldio deunyddiau o Alwminiwm, dur a dur gwrthstaen hyd at 4 mm o drwch deunydd. Os yw'r trwch yn rhy uchel, nid yw treiddiad llawn yn bosibl. Ar gyfer ymuno â deunyddiau wedi'u gorchuddio â sinc, mae hefyd yn well defnyddio'r broses brasio laser.
Cymwysiadau pellach yn y diwydiant modurol yw trenau pŵer, echelau a chyrff ceir, lle gall y broses weldio hybrid laser fod yn addas.
Pen weldio:
Dylai'r pen weldio fod â dimensiynau geometrig bach, er mwyn sicrhau hygyrchedd da i'r cydrannau i'w weldio, yn enwedig ym maes cyrff ceir. Ar ben hynny, dylid ei gynllunio i ganiatáu cysylltiad datodadwy addas â phen y robot ac addasadwyedd newidynnau proses fel pellter ffocal, a phellteroedd sefyll-i-ffwrdd ym mhob cyfesuryn Cartesaidd. Mae Ffigur 5 yn dangos y pen weldio, tra bod y broses ar waith. Mae'r tasgu sy'n digwydd yn ystod y broses weldio yn arwain at gynyddu baw'r gwydr amddiffynnol. Mae'r gwydr cwarts wedi'i orchuddio ar y ddwy ochr â deunydd gwrth-adlewyrchol a'i fwriad yw amddiffyn y system optegol laser rhag difrod.
Gan ddibynnu ar faint y baw, gall y sblasio sy'n cronni ar y gwydr achosi i bŵer y laser sy'n effeithio ar y darn gwaith leihau cymaint â 90%. Mae baw trymach fel arfer yn arwain at ddinistrio'r gwydr amddiffynnol, gan fod cyfran mor fawr o'r egni ymbelydrol yn cael ei amsugno gan y gwydr ei hun, gan achosi straen thermol yn y gwydr. Gyda'r pen weldio a'r offer weldio hwnnw, mae'n bosibl ei ddefnyddio ar gyfer weldio LaserHybrid, weldio laser, weldio MSG aLaser poeth gwifren brasio.
Ffig. 6: Pen a phroses weldio
5. Manteision weldio laser hybrid:
Mae'r manteision canlynol yn deillio o uno trawst arc a laser: Manteision weldio LaserHybrid dros weldio laser:
• sefydlogrwydd proses uwch
• pontio uwch
• treiddiad dyfnach
• costau buddsoddi cyfalaf is
• mwy o hydwythedd
Manteision weldio LaserHybrid dros weldio MIG:
• cyflymderau weldio uwch
• treiddiad dyfnach ar gyflymderau weldio uwch
• mewnbwn thermol is
• cryfder tynnol uwch
• gwythiennau weldio culach
Ffig. 7: Manteision cyfuno'r ddau broses
Nodweddir y broses weldio arc gan ffynhonnell ynni cost isel, gallu pont da a'r cyfleuster i ddylanwadu ar y strwythur trwy ychwanegu metelau llenwi. Nodweddion nodedig y broses trawst laser, ar y llaw arall, yw'r dyfnder weldio mawr, cyflymder weldio uchel, llwyth thermol isel a gwythiennau weldio cul y mae'n eu cyflawni. Uwchlaw dwysedd trawst penodol, mae'r trawst laser yn cynhyrchu "effaith weldio dwfn" mewn deunyddiau metelaidd sy'n galluogi weldio cydrannau â thrwch wal mwy - ar yr amod bod pŵer y laser yn ddigon uchel. Felly mae weldio Hybrid Laser yn arwain at gyflymderau weldio uwch, sefydlogi prosesau oherwydd y rhyngweithio rhwng yr arc a'r trawst laser, effeithlonrwydd thermol cynyddol a goddefiannau gwaith mwy. Gan fod y pwll weldio yn llai nag yn y broses MIG, mae llai o fewnbwn thermol ac felly parth llai sy'n cael ei effeithio gan wres. Mae hyn yn golygu llai o weldio.
ystumio, sy'n lleihau faint o waith sythu ôl-weldio dilynol sydd angen ei wneud.
Lle mae dau bwll weldio ar wahân, mae'r mewnbwn thermol dilynol o'r arc yn golygu bod y trawst laser - yr ardal weldio - yn enwedig yn achos dur - yn cael triniaeth dymheru ôl-weldio, gan ledaenu'r gwerthoedd caledwch yn fwy cyfartal ar draws y sêm. Mae Ffigur 6 yn crynhoi manteision y broses gyfunol (h.y. hybrid).
Gan droi nawr at fanteision economaidd weldio hybrid dros weldio laser, gellir gwneud y datganiadau canlynol: Mae'r sêm weldio yn cynnwys rhan o weldiad laser ac yn rhan o weldiad MIG. Mae'r broses hybrid yn ei gwneud hi'n bosibl lleihau pŵer y trawst laser, sy'n golygu y gellir lleihau defnydd ynni'r ffynhonnell laser yn fawr, gan mai dim ond 3% yw effeithlonrwydd y cyfarpar trawst laser. Mewn geiriau eraill: Mae gostyngiad o 1 kW ym mhŵer y trawst laser sy'n effeithio ar y darn gwaith yn arwain at ostyngiad o tua 35 kVA yn y pŵer a ddefnyddir o'r prif gyflenwad trydan.
Mae cyfarpar trawst laser yn costio tua EUR 0.1 m am bob 1 kW opŵer trawst laserI gymryd un enghraifft yn unig, mewn achos lle mae defnyddio'r broses hybrid yn ei gwneud hi'n bosibl defnyddio cyfarpar trawst laser 2 kW yn lle un â 4 kW o bŵer trawst, mae hyn yn arwain at arbedion o €0.2 miliwn mewn gwariant buddsoddi. Fodd bynnag, rhaid cofio yma y bydd angen peiriant MIG sy'n costio tua €20,000 ar gyfer y broses hybrid.
Diolch i'r cyflymder weldio uwch, gellir lleihau'r amseroedd gweithgynhyrchu a'r costau weldio.
6. Brasio LaserPoethwire:
Posibilrwydd arall ar gyfer cyfuno'r trawst laser â gwifren lenwi yw'r broses LaserHotwire [10]. Yn y weithdrefn hon caiff y wifren lenwi ei chynhesu ymlaen llaw gyda'r un ffynhonnell bŵer, y gellir ei defnyddio ar gyfer yProses weldio laser hybridMae gan y wifren lenwi lwyth cerrynt o 100 A hyd at 220 A. Mae cyflymder bwydo'r wifren yn dibynnu ar groestoriad y gleiniau bresio ac ar y cyflymder bresio. Mae bresio, trwy faint y metel llenwi, yn cynnig deunydd mowldio y gellir ei orffen yn haws na gwythiennau weldio cymharol. Trwy fresio rhannau dalen, gellir cynnal gwaith atgyweirio mewn ffordd haws nag y byddai gyda chymalau wedi'u weldio. Un fantais o fresio LaserHotwire yw ymwrthedd cyrydiad da'r parth bresio.
Fel metelau llenwi, defnyddir aloion rhad sy'n seiliedig ar gopr fel SG-CuSi3 ac mae Argon yn gwasanaethu fel nwy amddiffynnol.
Ffig. 8: Cynrychiolaeth sgematigLaser poeth gwifren brasio:
Mae'r ffigur nesaf yn dangos trawsdoriad deunydd wedi'i sodreiddio â gwifren Laser Hot. Mae'r deunydd wedi'i orchuddio â sinc yn cael ei sodreiddio â chyflymder o 3 m/mun ac mae gan y wifren llenwi lwyth cerrynt o 205 A. Mae'r mewnbwn gwres yn isel iawn, felly mae ystumio isel yn ganlyniad i'r broses sodreiddio.
7. Crynodeb:
Mae weldio laser hybrid yn dechnoleg hollol newydd sy'n cynnig synergeddau ar gyfer meysydd eang o gymwysiadau mewn diwydiannau gwaith metel, yn enwedig lle nad yw'n bosibl nac yn hyfyw yn ariannol cyflawni'r goddefiannau cydrannau sy'n ofynnol ar gyferweldio trawst laserMae'r ystod llawer ehangach o gymwysiadau a gallu uchel y broses gyfunol yn arwain at gystadleurwydd gwell o ran gwariant buddsoddi llai, amseroedd gweithgynhyrchu byrrach, costau gweithgynhyrchu is a chynhyrchiant uwch.
Mae'r broses LaserHybrid hefyd yn cynnig dull newydd o weldio alwminiwm. Fodd bynnag, dim ond yn gymharol ddiweddar y mae proses sefydlog y gellir ei defnyddio'n ymarferol wedi dod yn bosibl, diolch i'r pwerau allbwn uwch sydd ar gael o laserau cyflwr solet. Mae nifer o astudiaethau wedi archwilio hanfodion prosesau weldio laser-arc-hybrid. Wrth "broses weldio hybrid", rydym yn golygu'r cyfuniad o weldio trawst laser a'r broses weldio arc, gyda dim ond un parth proses sengl (plasma a thoddi). Mae astudiaethau ymchwil sylfaenol wedi dangos bod proses yn bosibl lle - trwy gyfuno'r ddau broses - gellir cyflawni synergeddau a gellir gwneud iawn am anfanteision pob proses ar wahân, gan arwain at bosibiliadau weldio gwell, weldadwyedd a dibynadwyedd weldio ar gyfer llawer o wahanol ddeunyddiau ac adeiladwaith. Yn benodol, mae hyn wedi'i ddangos ar gyfer aloion alwminiwm. Trwy ddewis paramedrau proses ffafriol, mae'n bosibl dylanwadu'n ddetholus ar briodweddau weldio fel geometreg a chyfansoddiad strwythurol. Mae'r broses weldio arc yn cynyddu'r pontioadwyedd trwy ychwanegu metel llenwi; mae hefyd yn pennu lled y sêm weldio ac felly'n lleihau faint o baratoi darn gwaith sydd ei angen. Ar ben hynny, mae'r rhyngweithiadau sy'n digwydd rhwng y prosesau yn arwain at gynnydd sylweddol yn effeithlonrwydd y broses. Mae'r broses gyfunol hon hefyd yn gofyn am gostau buddsoddi llawer llai na'r broses weldio laser.
Gellir defnyddio'r broses brasio gwifren boeth laser yn arbennig ar gyfer deunydd wedi'i orchuddio â sinc i gael ymwrthedd da i gyrydiad.
Amser postio: 18 Ebrill 2025
