Hegesztési módszerek mikro- és kis alkatrészekhez A lézerhegesztés egy hatékony és precíziós hegesztési módszer, amely nagy energiasűrűségű lézersugarat használ hőforrásként. Ez a lézeres anyagmegmunkálási technológia egyik fontos alkalmazása. Az 1970-es években főként vékony falú anyagok hegesztésére és alacsony sebességű hegesztésre használták, és a hegesztési eljárás a hővezetéses típusba tartozott. Konkrétan a lézersugárzás felmelegíti a munkadarab felületét, és a felületen lévő hő hővezetés révén befelé diffundál. Az olyan paraméterek szabályozásával, mint a lézerimpulzusok szélessége, energiája, csúcsteljesítménye és ismétlési frekvenciája, a munkadarab megolvad, és egy speciális olvadékfürdőt képez. Egyedülálló előnyei miatt sikeresen alkalmazták a...Mikro- és kis alkatrészek precíziós hegesztése.Kína lézerhegesztési technológiája a világ élvonalához tartozik. Rendelkezik a technológiával és a képességgel, hogy lézerrel több mint 12 négyzetméteres komplex titánötvözet alkatrészeket alakítson ki, és számos hazai repüléstudományi kutatási projekt prototípus- és termékgyártásában alkalmazták. 2013 októberében egy kínai hegesztőszakértő nyerte el a Brook-díjat, a hegesztés területén a legmagasabb tudományos díjat, amely megerősítette Kína világszínvonalú lézerhegesztési színvonalát.
## Fejlesztési történet A világ első lézersugarat 1960-ban állították elő rubinkristályok gerjesztésével egy villanólámpával. A kristály hőkapacitása miatt csak nagyon rövid, alacsony frekvenciájú impulzusnyalábokat tudott előállítani. Bár a pillanatnyi impulzuscsúcs-energia elérhette a 10^6 wattot, még mindig az alacsony energiájú kimenethez tartozott. Egy neodímiummal adalékolt ittrium-alumínium gránát (Nd:YAG) kristályrúd, neodímiummal (Nd) mint gerjesztőelemmel, folyamatos, egyhullámú lézersugarat tudott előállítani 1-8 kW teljesítménnyel. Az 1,06 μm hullámhosszú YAG lézer egy rugalmas optikai szálon keresztül csatlakoztatható a lézermegmunkáló fejhez, rugalmas berendezéselrendezéssel és 0,5-6 mm vastagságú munkadarabok hegesztésére való alkalmassággal rendelkezik. A szén-dioxidot gerjesztő anyagként használó (10,6 μm hullámhosszú) CO₂ lézer akár 25 kW kimeneti energiát is elérhet, és 2 mm vastag lemezek egymenetes, teljes behatolású hegesztését teszi lehetővé. Széles körben alkalmazzák a fémmegmunkálásban az ipari szektorban. Az 1980-as évek közepén a lézerhegesztés, mint új technológia, széles körű figyelmet kapott Európában, az Egyesült Államokban és Japánban. 1985-ben a ThyssenKrupp Steel AG (Németország) és a Volkswagen AG (Németország) együttműködve sikeresen alkalmazták a világ első lézerhegesztett nyersdarabját az Audi 100 karosszériáján. Az 1990-es években a nagy európai, észak-amerikai és japán autógyártók elkezdték széles körben alkalmazni a lézerhegesztett nyersdarab-technológiát az autókarosszéria-gyártásban. Mind a laboratóriumok, mind az autógyártók gyakorlati tapasztalatai bizonyították, hogy a lézerhegesztett nyersdarabok sikeresen alkalmazhatók az autókarosszériák gyártásában. A lézeres szabóhegesztés lézerenergiát használ különféle anyagokból, vastagságokból és bevonatokból készült acélok, rozsdamentes acélok, alumíniumötvözetek stb. automatikus összeillesztésére és hegesztésére egyetlen integrált lemezzé, profillá vagy szendvicspanellé. Ez megfelel az alkatrészek eltérő anyagteljesítmény-követelményeinek, és könnyű, a lehető legkönnyebb súlyú, optimális szerkezetű és legjobb teljesítményű berendezéseket eredményez. A fejlett országokban, mint például Európában és az Egyesült Államokban,lézeres szabóhegesztésnemcsak a közlekedési eszközgyártó iparban használják, hanem széles körben alkalmazzák olyan területeken is, mint az építőipar, hidak, háztartási gépek lemezhegesztése és acéllemez hegesztés hengerlősorokon (lemezcsatlakozás folyamatos hengerlésnél). A világhírű lézerhegesztő vállalatok közé tartozik a Soudonic (Svájc), az ArcelorMittal Group (Franciaország), a ThyssenKrupp TWB (Németország), a Servo-Robot (Kanada) és a Precitec (Németország). A lézerhegesztett nyersanyag-technológia alkalmazása Kínában nemrég kezdődött. 2002. október 25-én hivatalosan is üzembe helyezték Kína első professzionális kereskedelmi gyártósorát lézerhegesztett nyersanyagok számára. A ThyssenKrupp TWB (Németország) Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding vezette be. Később a Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., a FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. és más vállalatok is egymás után állították elő a gyártást. 2003-ban külföldi országok is felismerték a dupla sugaras CO₂ lézeres töltőhuzalos hegesztést ésYAG lézeres töltőhuzalos hegesztésaz A318 alumíniumötvözetből készült alsó falpanel-szerkezethez. Ez a technológia felváltotta a hagyományos szegecselt szerkezetet, 20%-kal csökkentve a repülőgéptörzs súlyát és 20%-os költségmegtakarítást eredményezve. Gong Shuili úgy vélte, hogy a lézerhegesztési technológia jelentős szerepet fog játszani Kína hagyományos repülőgépgyártó iparának átalakításában és korszerűsítésében. Azonnal számos kapcsolódó előzetes kutatási projektre pályázott, kutatócsoportot szervezett, és vezető szerepet vállalt a „duplasugaras lézerhegesztés” technológia kínai kutatási projektekbe való bevezetésében. A kezdetektől fogva azt tervezte, hogy ezt a technológiát a repülőgépgyártásban is alkalmazni fogja. A kínai szakértői csoport egy repülőgép-tervező intézetnek jelentette az előzetes technológiát, és ismertette a duplasugaras lézerhegesztés előnyeit és megvalósíthatóságát. Többszörös ellenőrzések és értékelések után a tervező intézet úgy döntött, hogy ezt a technológiát egy adott repülőgép bordázott falpaneljeinek gyártására alkalmazza, elérve a „duplasugaras lézerhegesztés” technológia repülőgépgyártásban való alkalmazásának kezdeti célját. Áttörést ért el olyan kulcsfontosságú technológiákban, mint a könnyű ötvözetek lézerhegesztésének precíziós vezérlése, kifejlesztett egy integrált és innovatív, kétsugaras lézeres töltőhuzalos hibrid hegesztőberendezést, létrehozta Kína első nagy teljesítményű, kétsugaras lézeres töltőhuzalos hegesztőplatformját, megvalósította a nagyméretű, vékony falú szerkezetek T-illesztéseinek kétsugaras és kétoldalas szinkronhegesztését, és elsőként alkalmazta sikeresen a repülőgépipari bordás falpanelek kulcsfontosságú szerkezeti részeinek hegesztésére, fontos szerepet játszva Kína új repülőgépeinek fejlesztésében. 2003-ban a HG Laser által biztosított első hazai nagyméretű online szalaghegesztő komplett berendezés sikeresen átment az offline átvételen. Ez a berendezés integrálja a lézervágást, a hegesztést és a hőkezelést, így a HG Laser a világ negyedik olyan vállalata közé tartozik, amely képes ilyen berendezéseket gyártani. 2004-ben a HG Laser Farley Laserlab „Nagy teljesítményű lézervágás, hegesztés és kombinált vágás-hegesztés feldolgozási technológiája és berendezései” projektje elnyerte a Nemzeti Tudományos és Technológiai Haladás Díj második díját, ezzel Kína egyetlen lézeripari vállalata lett, amely rendelkezik ennek a technológiának és berendezésnek a K+F képességeivel. Az ipari lézeripar gyors fejlődésével a piac magasabb követelményeket támasztott a lézeres megmunkálási technológiával szemben. A lézertechnológia fokozatosan az egyszeri alkalmazásról a diverzifikált alkalmazásokra váltott. A lézeres megmunkálás tekintetében már nem korlátozódik az egyszeri vágásra vagy hegesztésre. A vágást és hegesztést kombináló integrált lézermegmunkáló berendezések iránti piaci igény növekszik, így jelentek meg az integrált lézervágó és hegesztő berendezések. A HG Laser Farley Laserlab kifejlesztette a Walc9030 integrált vágó- és hegesztőgépet, amelynek ultranagy, 9×3 méteres formátuma jelenleg a világ legnagyobb formátumú integrált lézervágó és hegesztő berendezése. A Walc9030 egy nagyméretű vágó- és hegesztőberendezés, amely integrálja a következőket:lézervágási és lézerhegesztési funkciókProfesszionális vágófejjel és hegesztőfejjel van felszerelve, és a két megmunkálófej egy sugarat oszt meg. A numerikus vezérlésű technológia biztosítja, hogy ne zavarják egymást. A berendezés két olyan folyamatot is képes elvégezni, amelyek vágást és hegesztést igényelnek egyszerre. Szabadon válthat a „vágás, majd hegesztés” és a „hegesztés, majd vágás” között, így egyetlen berendezéssel megvalósíthatja mind a lézervágási, mind a hegesztési funkciókat további berendezések nélkül. Ez megtakarítja az alkalmazásgyártók költségeit, javítja a feldolgozási hatékonyságot és a feldolgozási tartományt. Ezenkívül a vágás és a hegesztés integrációjának köszönhetően a feldolgozási pontosság teljes mértékben garantált, a berendezés teljesítménye pedig hatékony és stabil. Ezenkívül leküzdötte a lemezek hődeformációjának nehézségeit az ultra nagy lemezek szabáshegesztése során, és stabilan megvalósította az ultra hosszú repülési optikai útvonalakat. Egyszerre képes két 6 méter hosszú és 1,5 méter széles síklemezt hegeszteni, és a hegesztett felület sima és sík, további utófeldolgozás nélkül. Ugyanakkor egyetlen alakítási folyamatban, másodlagos pozicionálás nélkül képes vágni 3 méter széles, 6 méternél hosszabb és 20 mm-nél kisebb vastagságú lemezeket. A Kínai Tudományos Akadémia Shenyang Automatizálási Intézete nemzetközi együttműködést folytatott az IHI Corporationnel (Japán). A „bevezetés, emésztés, felszívódás és újrafejlesztés” nemzeti tudományos és technológiai fejlesztési stratégiáját követve számos kulcsfontosságú technológiát legyőzött.lézeres szabóhegesztés, 2006 szeptemberében fejlesztette ki Kína első komplett lézeres szabáshegesztő gyártósorait, és sikeresen kifejlesztett egy robotizált lézerhegesztő rendszert, amely síkbeli és térbeli görbék lézerhegesztését valósította meg. 2013 októberében egy kínai hegesztőszakértő nyerte el a Brook-díjat, a hegesztés területén a legmagasabb tudományos díjat. A Hegesztőintézet (TWI, Egyesült Királyság) minden évben több mint 4000 tagegység közül ajánl és jelöl jelölteket, több mint 120 országban, és végül ezt a díjat egy szakértőnek ítéli oda a hegesztés vagy illesztés tudományához és technológiájához, valamint ipari alkalmazásához való kiemelkedő hozzájárulása elismeréseként. Ez a díj nemcsak Gong Shuili és csapata elismerése, hanem az AVIC szerepének megerősítése is az anyagillesztési technológia fejlődésének előmozdításában.
## Szerkezeti paraméterek
### Munkaberendezés Egy optikai oszcillátorból és egy közegből áll, amelyet az oszcillátor üregének két végén lévő tükrök között helyeznek el. Amikor a közeg nagy energiájú állapotba gerjesztődik, fázisban lévő fényhullámokat kezd generálni, amelyek a két végén lévő tükrök között oda-vissza verődnek, fotoelektromos összefűzési hatást hozva létre. Ez felerősíti a fényhullámokat, és amikor elegendő energiát kapunk, a lézer kibocsátódik. A lézer olyan eszközként is definiálható, amely az elsődleges energiaforrásokat, például az elektromos energiát, a kémiai energiát, a hőenergiát, a fényenergiát vagy a nukleáris energiát meghatározott optikai frekvenciájú (ultraibolya fény, látható fény vagy infravörös fény) elektromágneses sugárzási nyalábokká alakítja. Ez az átalakítás könnyen elvégezhető bizonyos szilárd, folyékony vagy gáznemű közegekben. Amikor ezeket a közegeket atomok vagy molekulák formájában gerjesztik, közel azonos fázisú és közel egyetlen hullámhosszú fénysugarat hoznak létre – lézert. Fázisban lévő tulajdonságának és egyetlen hullámhosszának köszönhetően a divergencia szöge nagyon kicsi, és nagy távolságra is továbbítható, mielőtt nagy koncentrációban olyan funkciókat látna el, mint a hegesztés, vágás és hőkezelés. ### Lézerek osztályozása Hegesztéshez főként kétféle lézert használnak, nevezetesen a CO₂ lézereket és az Nd:YAG lézereket. Mind a CO₂ lézerek, mind az Nd:YAG lézerek szabad szemmel láthatatlan infravörös fényt bocsátanak ki. Az Nd:YAG lézer által generált sugár főként közeli infravörös fény, 1,06 μm hullámhosszal. A hővezető anyagok viszonylag magas abszorpciós sebességgel rendelkeznek az ilyen hullámhosszú fény esetében, és a legtöbb fém esetében a visszaverődés 20%-30%. A közeli infravörös sugár szabványos optikai lencsék segítségével 0,25 mm átmérőjűre fókuszálható. A CO₂ lézer sugara távoli infravörös fény, 10,6 μm hullámhosszal. A legtöbb fém 80%-90%-os visszaverődéssel rendelkezik ennél a típusú fénynél, ezért speciális optikai lencsékre van szükség a sugár 0,75-1,0 mm átmérőjűre fókuszálásához. Az Nd:YAG lézerek teljesítménye általában elérheti a 4000-6000 W-ot, a maximális teljesítmény pedig mára elérte a 10 000 W-ot. Ezzel szemben a CO₂ lézerek teljesítménye könnyen elérheti a 20 000 W-ot vagy akár többet is. A nagy teljesítményű CO₂ lézerek a kulcslyukeffektus révén oldják meg a nagy visszaverődés problémáját. Amikor a fényfolt által besugárzott anyagfelület megolvad, egy kulcslyuk keletkezik. Ez a gőzzel töltött kulcslyuk egy fekete testhez hasonlít, amely a beeső fény szinte teljes energiáját elnyeli. A kulcslyukon belüli egyensúlyi hőmérséklet eléri a körülbelül 25 000 °C-ot, és a visszaverődés néhány mikroszekundumon belül gyorsan csökken. Bár a CO₂ lézerek fejlesztésének középpontjában továbbra is a berendezések fejlesztése és kutatása áll, már nem a maximális kimeneti teljesítmény növelése, hanem a nyaláb minőségének és fókuszálási teljesítményének javítása áll. Ezenkívül, amikor argont használnak védőgázként a CO₂ lézerhegesztéshez 10 kW feletti teljesítmény mellett, az gyakran erős plazmát indukál, ami csökkenti a behatolási mélységet. Ezért a héliumot, amely nem generál plazmát, gyakran használják védőgázként nagy teljesítményű CO₂ lézerhegesztéshez. A diódalézer-kombinációk alkalmazása nagy teljesítményű Nd:YAG kristályok gerjesztésére fontos kutatási és fejlesztési terület, amely jelentősen javítja a lézersugarak minőségét és hatékonyabb lézerfeldolgozást eredményez. A közvetlen diódatömbök használata a lézerek gerjesztésére és kimenetére a közeli infravörös tartományban átlagosan 1 kW teljesítményt és közel 50%-os fotoelektromos konverziós hatásfokot ért el. A diódák élettartama is hosszabb (10 000 óra), ami segít csökkenteni a lézerberendezések karbantartási költségeit. A diódapumpás szilárdtest lézer (DPSSL) berendezések fejlesztése is előrehalad.
Közzététel ideje: 2025. augusztus 27.
