A ponthegesztés egy nagy sebességű és költséghatékony illesztési módszer. Alkalmas vékony lemezalkatrészek átfedő illesztésekkel történő összekapcsolására, amelyek nem igényelnek légmentes zárást. Számos ponthegesztés típusa létezik, például ellenállás-ponthegesztés, ívhegesztés, ragasztásos ponthegesztés.kompozit ponthegesztés, és lézeres ponthegesztés. Jelenleg az ellenállás-ponthegesztést széles körben alkalmazzák a gyártásban. Az autóiparban például 3000-4000 hegesztési pontra van szükség az autó karosszériaelemeinek összeszerelése során, ami 250-300 robotot, valamint támogató vezérlőrendszereket és egyéb segédberendezéseket igényel. Az ellenállás-ponthegesztés azonban nem rendelkezik megfelelő rugalmassággal. A gyors gazdasági fejlődéssel az autóalkatrészek geometriai alakjainak és szerkezeteinek frissítési ciklusa nagyon rövid lett. Az új termékek és modellek korszerűsítése új típusú ponthegesztési technológiát igényel, amely hatékony és rugalmas. Ezért a lézeres ponthegesztési technológia fokozatosan a figyelem középpontjába került, és várhatóan széles körben alkalmazzák majd az autóipari termelésben. A repülőgépiparban a lézeres ponthegesztést alternatív technológiaként is tesztelik. A repülőgépipari termékek átfedő illesztéseihez hosszú ideig általában szegecselést használtak, ami számos gyártási folyamatot és nagy munkaterhelést jelent. Az olyan új anyagok, mint az alumíniumötvözetek, titánötvözetek és kompozit anyagok egyre növekvő alkalmazásával az új hegesztési technológiák alkalmazása a hagyományos illesztési módszerek helyett mainstream trenddé vált. Ez nemcsak a termelési hatékonyságot javítja, hanem csökkenti a szerkezeti súlyt is, és megfelel az új szerkezeti tervezési követelményeknek, ami nagy jelentőséggel bír a repülőgépipari termékek esetében. A lézeres ponthegesztés nagy pontossága és rugalmassága jelentős előnyöket biztosít a gyakorlati gyártásban, különösen a repülőgépiparban, ahol helyettesítheti a hagyományos eljárásokat, mint például az ellenállás-ponthegesztést és a szegecselést.
I. A lézeres ponthegesztés fogalma és jellemzői
Meghatározás
A lézeres ponthegesztés a munkadarabok egyetlen lézerimpulzus (t > 1 ms) vagy ugyanazon a helyen lézerimpulzusok sorozatának használatával történő megolvasztásának és összeillesztésének folyamatát jelenti.
A lézeres ponthegesztés alapvetően hasonló más lézeres hegesztési eljárásokhoz; az egyetlen különbség az, hogy ponthegesztés során nincs relatív elmozdulás a lézersugár és a munkadarab között. A lézeres ponthegesztés két típusra oszlik: hővezetéses hegesztésre és kulcslyukhegesztésre. A hővezetéses ponthegesztés során a lézer csak megolvasztja a fémet anélkül, hogy elpárologtatná azt. Ez a módszer alkalmasabb 0,5 mm-nél kisebb vastagságú fémek hegesztésére, például elektronikus alkatrészek Nd:YAG lézeres ponthegesztésére. Kulcslyuklézeres ponthegesztésnél a lézer közvetlenül a kulcslyukon keresztül juthat be az anyag belsejébe, növelve a lézerenergia kihasználtságát és nagyobb behatolási mélységet érve el. A hagyományos ellenállás-ponthegesztés a munkadarabokat az elektromos áram által termelt ellenálláshő segítségével olvasztja meg hegesztési pontokká, míg a lézeres ponthegesztés hőforrása a lézersugárzás, ami jelentősen eltérő hegesztési pontformákat eredményez.
A lézeres ponthegesztés állítható paraméterei általában a lézerteljesítményt, a ponthegesztési időt és a fókuszvesztés mértékét tartalmazzák. Impulzus üzemmódú ponthegesztés esetén a paraméterek közé tartozik az impulzushullám-forma, a frekvencia és a kitöltési tényező is. Ezek közül a lézerteljesítmény főként a hegesztési pont behatolási mélységét befolyásolja, míg a ponthegesztési idő nagyobb hatással van a hegesztési pont oldalirányú méretére. Általánosságban elmondható, hogy minél hosszabb a lézer hatásideje, annál nagyobb a hegesztési pont felső és alsó felületének mérete, valamint az olvadási felület mérete. A fókuszvesztés mértékének változása főként a pont átmérőjét és a munkadarab felületére ható energiasűrűséget befolyásolja, így jelentős hatással van a hegesztési pont általános alakjára.
Jellemzők
- A lézer hőforrásként való alkalmazásával a ponthegesztés nagy sebességet, nagy pontosságot, alacsony hőbevitelt és minimális munkadarab-deformációt biztosít.
- A ponthegesztési pozíciók szabadságfoka jelentősen megnőtt, lehetővé téve a minden pozícióban történő ponthegesztést és a könnyű megvalósítást.egyoldalas ponthegesztés, ezáltal jelentősen növelve a terméktervezés szabadságát.
- A lézeres ponthegesztés alacsony követelményeket támaszt az átlapolt kötések méretével kapcsolatban. Minimális korlátozások vonatkoznak az olyan paraméterekre, mint az átlapolt kötések száma és a hegesztési pontok közötti távolság, és nincs szükség az áramsöntölés hatásának figyelembevételére.
- Egyenetlen vastagságú lemezek, eltérő anyagok és speciális anyagok (alumíniumötvözetek, horganyzott lemezek) hegesztéséhez a lézeres ponthegesztés jobban teljesít, mint a hagyományos ponthegesztési módszerek.
- Nem igényel nagyszámú segédberendezést, gyorsan alkalmazkodik a termékváltozásokhoz és megfelel a piaci igényeknek.
II. Lézeres ponthegesztés hibaelemzése
A repedések, pórusok és megereszkedés a lézeres ponthegesztés leggyakoribb hibái, amelyeket az alábbiakban egyenként elemzünk.
1. Repedések
A repedéseket felületi és hosszanti repedésekre osztják. A lézeres ponthegesztés során a felmelegedési és lehűlési sebesség nagyon gyors, ami nagy hőmérséklet-gradienst eredményez a hevített terület és a környező fém között, ami könnyen repedésképződéshez vezet. A repedések előfordulása szorosan összefügg az anyaggal; például az alumíniumötvözetek sokkal hajlamosabbak a repedésre lézeres ponthegesztés során, mint a rozsdamentes acél. A repedésképződés elnyomásának hatékony módszere az impulzushullám-alak optimalizálása a fém szilárdulási folyamatának hűlési sebességének szabályozása és a belső feszültség csökkentése érdekében.
2. Pórusok
A lézeres ponthegesztések porózus hibái (pórusai) kis pórusokra és nagy pórusokra oszthatók. A kis pórusokat elsősorban a hidrogén oldhatóságának csökkenése okozza a folyékony fémben a fém megszilárdulása során, valamint a fém gyors párolgása a kulcslyukban és az olvadékfürdő felzavarása. A nagy pórusok főként a lézeres ponthegesztés során fellépő túl gyors hűtési sebességnek köszönhetők, ami nem hagy elegendő időt a kulcslyuk körüli fém feltöltődésére. Általánosságban elmondható, hogy a kis pórusok hajlamosak a hosszú impulzusú ponthegesztés során kialakulni, míg a nagy pórusok valószínűbbek a rövid impulzusú ponthegesztés során.
A lézeres ponthegesztés során két helyen a legvalószínűbb a pórusok megjelenése: az egyik a hegesztési pont közepén, az fúziós zóna közelében, a másik pedig a hegesztés tövében található. A röntgennel rögzített olvadási képek azt mutatják, hogy az fúziós zóna közelében lévő pórusokat főként a kulcslyuk bezárásakor keletkező szűkület okozza; a hegesztési gyökérnél lévő pórusok esetében ezek főként a kulcslyuk összeomlása miatt keletkeznek, ami a lézer gyors eltűnése miatt következik be a kulcslyuk kialakulása után.
3. Megereszkedés
A megereszkedés a lézeres ponthegesztés egyik nyilvánvaló jelensége. A hegesztési pont felületén a központi megereszkedést és a körülötte lévő fém felhalmozódását a fém elpárolgása által létrehozott visszarúgási erő okozza, amely a folyékony fémet a hegesztési pont felületére nyomja. A hűtési folyamat során a felületen felhalmozódott fém gyorsan megszilárdul, és nem lehet teljesen visszatölteni. Ezenkívül a gyors fémpárolgás és fröcskölés okozta anyagveszteség egy másik tényező, amely hozzájárul a központi megereszkedéshez. Az impulzusidő jelentős hatással van mind a hegesztési pont felületének megereszkedésére, mind a pórusok kialakulására. Megfelelő hegesztési pontok érhetők el az impulzus hullámformájának és idejének optimalizálásával.
4. A defókusz mértékének hatása a hegesztési pontokra
A defókuszálás mértékének változása közvetlenül befolyásolja a folt átmérőjét és az energiasűrűséget. Amikor a defókuszálás mértéke mind negatív, mind pozitív irányban növekszik, az azt jelenti, hogy a folt átmérője növekszik, az energiasűrűség pedig csökken. Lézeres ponthegesztés során bizonyos megfelelő összefüggés van a folt átmérője és a lézerfény által a vizsgálati darabra beeső kezdeti kulcslyuk mérete között, míg az energiasűrűség meghatározza az olvadékfürdő tágulási sebességét. Amikor a defókuszálás mértékének abszolút értéke kicsi, a lézerfolt átmérője kicsi, a lézer teljesítménysűrűsége magas, és a hegesztési pont olvadékfürdőjének tágulási sebessége gyors, de a kezdeti kulcslyuk átmérője kicsi. Ezzel szemben, amikor a defókuszálás mértéke nagy, a kezdeti kulcslyuk átmérője nagy, de az olvadékfürdő tágulási sebessége lelassul, és a kapott hegesztési folt mérete nem lehet nagy. Ezért a defókuszálás mértékének változása során a folt átmérőjének és a hegesztési pont felületi teljesítménysűrűségének átfogó hatása határozza meg a hegesztési folt méretét.
III. Lézeres ponthegesztési technológia alkalmazása
A lézeres ponthegesztés nagy sebességgel, nagy behatolási mélységgel, minimális deformációval rendelkezik, és szobahőmérsékleten vagy speciális körülmények között, egyszerű hegesztőberendezésekkel is elvégezhető. Ezenkívül a nagyfrekvenciás impulzuslézerek (másodpercenként 40 impulzusnál nagyobb frekvenciával) megjelenése lehetővé tette a lézeres ponthegesztés széles körű alkalmazását mikro- és kis alkatrészek összeszerelésében és hegesztésében a tömegesen automatizált gyártásban. Kisméretű elektronikus alkatrészek hegesztésekor, amelyek kis hőhatásövezetet igényelnek – például üveg és fém közötti csatlakozások, hőérzékeny félvezető áramkörökben lévő csatlakozások csatlakozásai, valamint különböző fémek közötti csatlakozások vezetékekben – a lézeres ponthegesztés előnyösebb, mint a hagyományos ponthegesztési eljárások (pl. ellenállás-ponthegesztés), szennyezésmentes hegesztési pontokkal és magas hegesztési minőséggel. A 6-60. ábra a lézeres ponthegesztés alkalmazási példáját mutatja be autóipari fényszórók gyártásában: egy 500 W-os szilárdtest impulzuslézer négy hasonló hegesztési pontot generál nagyon magas impulzusfrekvenciával.
Mikroszerkezetek nagy pontosságú ponthegesztésekor nagy impulzusenergiával az impulzusos Nd:YAG lézerek technikai és gazdasági előnyökkel járnak. A legtöbb ipari ponthegesztési alkalmazásban alapvetően 50 W átlagos teljesítményű és > 2 kW impulzusteljesítményű impulzusos szilárdtest lézereket használnak. A lézer optikai szálakon vagy kombinált fókuszáló lencséken keresztül közvetlenül a munkadarabra hathat.
A lézeres ponthegesztés számos anyaghoz alkalmazható. Például lítium akkumulátorok Nd-vel történő ponthegesztésekor:YAG lézeres ponthegesztési technológiaA különböző fémek összekapcsolása hatékonyabb, mint a TIG-hegesztés és az ellenállás-ponthegesztés. Különösen azért, mert optikai szálakat használnak a lézerek továbbítására a gyártás során, kényelmes és rugalmas mozgást tesz lehetővé a különböző munkapadok között.
Összefoglalva, a lézeres ponthegesztés a következő jellemzőkkel rendelkezik:
- A lézerteljesítmény növekedésével a hegesztési pont felületi átmérője felfelé és lefelé ingadozik, míg az olvadási felület és az alsó felület átmérője lassan növekszik. A hegesztési pont keresztmetszeti alakjának változása nem szembetűnő. Az időtartam növekedésével a hegesztési pont mérete gyorsan növekszik, és az olvadási felület átmérőjének változási sebessége nagyobb, mint a felső és alsó felület átmérőjének változási sebessége. A fókuszvesztés mértékének változása jelentős hatással van a hegesztési pont méretére. Közvetlenül megváltoztatja a pont átmérőjét és a lézer teljesítménysűrűségét, és e két tényező átfogó hatása határozza meg a hegesztési pont méretét.
- Teljes behatolás esetén a lézerponthegesztés felületén egyértelműen megereszkedés figyelhető meg. A lézerteljesítmény és -időtartam növekedésével a hegesztési pont felületén a megereszkedés mélysége is növekszik. Nagy időtartam vagy résméret esetén az alsó felületen bemélyedés is megjelenhet.
- Ahogy a rés növekszik, a hegesztési pont teljes deformációja, a központi megereszkedés és a bemélyedés nyilvánvalóvá válik. A hegesztési felület zsugorodik, és a szilárdság gyorsan csökken. Jelenleg az ellenállások, akkumulátorok és az elektronikai területen a két pont egyidejű hegesztésének eljárása elterjedt, amely általában két lézerfényforrást alkalmaz.
Közzététel ideje: 2025. október 27.
