Bagaimana mesin kimpalan laser berfungsi?

Kimpalan laser adalah teknologi canggih yang digunakan secara meluas dalam industri moden untuk menyertai komponen logam dengan ketepatan yang melampau. Apabila industri beralih ke arah automasi dan pembuatan ketepatan tinggi, mesin kimpalan laser telah menjadi alat yang sangat diperlukan, menawarkan kelajuan tinggi, herotan haba yang rendah, dan kualiti unggul.

Pada terasnya, kimpalan laser adalah teknik yang menggunakan rasuk cahaya pekat untuk mencairkan dan bahan fius. Tidak seperti kaedah kimpalan tradisional, yang sering melibatkan hubungan dan daya mekanikal yang tinggi, kimpalan laser adalah proses yang tidak bersentuhan, sangat terkawal. Ini menghasilkan kimpalan yang lebih bersih, lebih tepat, dan lebih cepat, menjadikannya sesuai untuk aplikasi dalam automotif, aeroangkasa, elektronik, peranti perubatan, dan banyak lagi.

Prinsip kerja mesin kimpalan laser

Mesin kimpalan laser beroperasi pada prinsip menggunakan rasuk laser bertenaga tinggi untuk mencairkan dan fius bahan pada sendi mereka. Proses ini cepat, tepat, dan menghasilkan zon yang terkena haba yang minimum, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kimpalan yang bersih dan tepat. Untuk memahami bagaimana teknologi ini berfungsi, mari kita memecahkan peringkat teras yang terlibat dalam proses yang bermula dari generasi laser ke pembentukan akhir kimpalan.

Penjanaan laser dan penghantaran

Di tengah -tengah setiap mesin kimpalan laser adalah sumber lasernya. Peranan sumber laser adalah untuk menghasilkan rasuk cahaya koheren yang sangat fokus dan diarahkan kepada bahan kerja sasaran. Beberapa jenis sumber laser digunakan bergantung kepada aplikasi, jenis bahan, dan kuasa output yang diperlukan.

1. Laser serat

Laser serat adalah yang paling banyak digunakan dalam mesin kimpalan laser moden, terutamanya dalam aplikasi ketepatan tinggi dan berkelajuan tinggi. Laser ini menjana rasuk melalui serat optik yang doped dengan unsur-unsur jarang bumi seperti ytterbium. Rasuk laser kemudiannya dihantar melalui serat dengan kehilangan tenaga yang minimum, mengakibatkan:

• Kualiti rasuk yang tinggi

• Fokus yang sangat baik

• Kecekapan tenaga

• Penyelenggaraan yang rendah

Kerana kebolehpercayaan dan skalabiliti mereka, laser serat sesuai untuk sistem kimpalan robot dan automatik.

2. Co₂ laser

Laser CO₂ menjana cahaya laser inframerah menggunakan campuran gas (biasanya karbon dioksida, nitrogen, dan helium). Laser ini berkesan dalam memotong dan mengimpal bahan bukan logam seperti plastik, kayu, dan seramik. Walau bagaimanapun, dalam konteks kimpalan laser, ia juga digunakan untuk bahan logam yang lebih tebal apabila penghantaran rasuk melalui cermin boleh dilaksanakan.

Walaupun laser CO₂ menawarkan tahap kuasa yang tinggi, mereka mempunyai batasan dalam aplikasi ketepatan kerana:

• Saiz tempat rasuk yang lebih besar

• Penghantaran rasuk kompleks menggunakan cermin

• Penyelenggaraan yang lebih tinggi berbanding laser serat

3. Nd: YAG Lasers

ND: YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet) laser tradisional secara tradisional Mesin kimpalan laser  kerana keupayaan mereka untuk beroperasi dalam kedua -dua mod yang berterusan dan berdenyut. Mereka juga menawarkan fleksibiliti dalam penghantaran rasuk melalui optik serat. Walau bagaimanapun, dengan kebangkitan laser serat yang menawarkan kecekapan elektrik yang lebih baik dan kos operasi yang lebih rendah, ND: laser YAG sebahagian besarnya telah dihentikan memihak kepada teknologi yang lebih canggih.

Penghantaran rasuk dan fokus

Selepas generasi, rasuk laser perlu diangkut ke tapak kimpalan. Ini biasanya dilakukan melalui:

• Kabel gentian optik dalam laser serat

• Cermin dan kanta dalam sistem laser CO₂

Rasuk itu kemudian difokuskan menggunakan kanta ketepatan ke kawasan kecil bahan kerja. Tenaga pekat ini mewujudkan pemanasan setempat yang sengit, cukup untuk mencairkan bahan asas tanpa menjejaskan zon sekitar.

Memberi tumpuan, pemanasan, dan mencairkan bahan

Rasuk fokus yang dihasilkan oleh mesin kimpalan laser menyampaikan tenaga yang besar ke dalam lokasi yang jelas, menyebabkan bahan memanaskan dengan cepat dan membentuk kolam cair. Kolam renang cair ini bergerak di sepanjang sendi ketika laser bergerak atau dibimbing di sepanjang jalan kimpalan.

Beberapa faktor menentukan betapa mendalam dan berkesan kimpalan menembusi:

Kuasa laser : Kuasa yang lebih tinggi menghasilkan penembusan yang lebih mendalam dan kelajuan kimpalan yang lebih cepat.

Saiz Spot Focal : Saiz tempat yang lebih kecil meningkatkan ketumpatan tenaga, membolehkan lebur yang lebih baik.

Kelajuan kimpalan : Kelajuan lebih cepat mengurangkan input haba, yang mempengaruhi penembusan dan bentuk manik.

Jenis Bahan dan Reflektiviti : Logam seperti aluminium dan tembaga mencerminkan cahaya laser dan mungkin memerlukan tenaga yang lebih tinggi atau panjang gelombang khusus.

Apabila rasuk laser berlangsung, kolam cair dengan cepat menyejukkan dan menguatkan, membentuk jahitan kimpalan kekuatan tinggi. Kadar pemanasan dan penyejukan yang cepat meminimumkan penyimpangan dan mengekalkan integriti struktur bahan.

Langkah Proses Kimpalan di Mesin Kimpalan Laser

Fungsi a Mesin kimpalan laser  boleh dihargai dengan lebih baik apabila diperiksa sebagai proses langkah demi langkah. Setiap peringkat-dari penyediaan bahan untuk pemejalan-sangat penting untuk mencapai kimpalan yang berkualiti tinggi.

1. Kedudukan Bahan

Kedudukan bahan yang tepat adalah kritikal dalam kimpalan laser. Sebelum proses kimpalan bermula, kerja -kerja mesti diselaraskan dengan tepat untuk memastikan bahawa rasuk laser difokuskan tepat pada sendi. Bergantung pada persediaan, ini boleh dilakukan dengan menggunakan:

• Lekapan ketepatan tinggi

• Jadual yang dikawal CNC

• Lengan robot

• Sistem yang berpandu penglihatan

Dalam persekitaran automatik, kamera penglihatan mesin mengesan dan membetulkan penyimpangan dalam masa nyata, memastikan penjajaran yang betul walaupun untuk geometri kompleks atau berubah-ubah.

2. Penyinaran dan kawalan rasuk laser

Sebaik sahaja bahan diposisikan dengan betul, mesin kimpalan laser mengaktifkan laser. Sistem kawalan mesin mengarahkan rasuk ke sendi menggunakan cermin atau optik serat. Tahap ini melibatkan kawalan masa nyata terhadap parameter kritikal, seperti:

• Output Kuasa Laser : Menentukan jumlah tenaga yang disampaikan.

• Kekerapan Pulse (dalam mod berdenyut) : Bilangan pecah tenaga sesaat.

• Kelajuan perjalanan : Kelajuan di mana laser bergerak melintasi sendi.

• Pelarasan panjang fokus : Memelihara rasuk dalam fokus pada permukaan kimpalan.

Mesin kimpalan laser lanjutan mempunyai sistem maklum balas gelung tertutup yang menyesuaikan pembolehubah ini secara on-the-fly untuk memastikan kimpalan yang stabil, walaupun bahan atau persekitaran berubah.

3. Melting, penyejukan, dan pembentukan kimpalan

Apabila rasuk laser menyentuh sendi, ia menghasilkan haba yang cukup untuk mencairkan logam, membentuk kolam kimpalan cair. Kedalaman dan lebar kimpalan dikawal oleh parameter laser dan sifat bahan.

Sebagai kemajuan laser:

• Kelebihan trailing kolam cair menyejukkan dan menguatkan.

• Jahitan kimpalan pepejal yang menggabungkan kedua -dua bahan secara kekal.

• Proses ini boleh berlaku dalam mod berterusan atau selang berdenyut, bergantung kepada teknik kimpalan dan aplikasi.

Kadar penyejukan dalam kimpalan laser biasanya sangat cepat, yang menyumbang kepada:

• Mikrostruktur halus

• Zon Terjejas Haba Minimal (HAZ)

• Kekuatan mekanikal yang dipertingkatkan

Jenis Teknik Kimpalan Laser

Mesin kimpalan laser boleh beroperasi dalam beberapa mod, masing -masing sesuai untuk aplikasi yang berbeza.

1. Kimpalan Gelombang Berterusan (CW)

Dalam mod ini, laser memancarkan sinar cahaya yang berterusan, menjadikannya sesuai untuk kimpalan yang panjang dan tidak terganggu. Ia sering digunakan dalam barisan pengeluaran berkelajuan tinggi, terutamanya dalam pembuatan automotif. Kimpalan CW biasanya memerlukan kuasa tinggi, dari 1000W hingga 6000W.

2. Kimpalan laser berdenyut

Kaedah ini memancarkan tenaga laser dalam denyutan intensiti tinggi. Ia adalah yang terbaik untuk bahan kimpalan atau komponen kecil yang sensitif terhadap haba. Kimpalan berdenyut biasanya digunakan dalam:

• Elektronik

• Perhiasan

• Peranti perubatan

Tahap kuasa di sini jauh lebih rendah, biasanya antara 50W dan 500W.

3. Kimpalan Keyhole vs Kimpalan Pengaliran

• Kimpalan Keyhole (Penembusan Deep) : Kuasa tinggi laser menguap bahan, mewujudkan lubang sempit, mendalam yang dikenali sebagai 'keyhole. ' Ini membolehkan kimpalan menembusi jauh ke dalam bahan. Ia sesuai untuk bahan tebal dan aplikasi struktur.

• Kimpalan konduksi (gabungan permukaan) : Laser hanya memanaskan permukaan, menyebabkan lebur cetek. Ia sesuai untuk logam nipis dan aplikasi ketepatan di mana herotan haba yang minimum adalah kritikal.

Ketepatan dan kawalan

Apa yang membezakan kimpalan laser bukan sekadar kelajuan atau panasnya -itu ketepatan dan kawalan yang ditawarkannya.

Kuasa laser, kekerapan nadi, dan pelarasan fokus

• Kuasa laser : Menentukan berapa banyak tenaga yang dihantar ke bahan kerja. Lebih banyak kuasa membolehkan kimpalan yang lebih dalam atau operasi lebih cepat, tetapi terlalu banyak boleh membakar atau memutarbelitkan bahan.

• Kekerapan Pulse : Dalam kimpalan berdenyut, ini mentakrifkan berapa banyak pecah tenaga yang dihantar sesaat. Frekuensi yang lebih tinggi mengakibatkan kimpalan yang lebih lancar dan lebih konsisten.

• Pelarasan Fokus : Titik fokus mesti diselaraskan tepat pada permukaan kimpalan. Tumpuan yang tidak jelas boleh menyebabkan gabungan yang lemah atau sendi yang lemah.

Sistem kawalan dan penglihatan automatik

Mesin kimpalan laser moden dilengkapi dengan pemantauan masa nyata, gelung maklum balas automatik, dan sistem penglihatan mesin. Teknologi ini memastikan:

• Kedudukan yang tepat

• Kualiti kimpalan yang konsisten

• Pengesanan dan pembetulan kecacatan

• Mengurangkan kesilapan manusia

Dalam persediaan lanjutan, AI dan pembelajaran mesin juga digunakan untuk mengoptimumkan parameter kimpalan secara automatik, meningkatkan kualiti dan kecekapan.

Kesimpulan

Kimpalan laser adalah keajaiban kejuruteraan moden -menggabungkan tenaga tinggi, kawalan tepat, dan automasi pintar. Dari menjana rasuk laser untuk membentuk kimpalan yang bersih, tahan lama, proses itu dibina untuk kelajuan, ketepatan, dan kekuatan. Sama ada digunakan dalam pembuatan elektronik, automotif, atau mewah, fleksibiliti dan ketepatannya menjadikannya penyelesaian penting.

Jika anda ingin meneroka teknologi kimpalan laser atau melabur dalam mesin kimpalan laser yang boleh dipercayai, kami mengesyorkan menyambung dengan Guangdong Puda Automation Technology Co., Ltd. Sebagai pengeluar yang dipercayai yang mengkhususkan diri dalam penyelesaian kimpalan maju, Puda menawarkan bimbingan pakar dan peralatan berprestasi tinggi yang disesuaikan dengan keperluan anda. Lawati laman web mereka atau hubungi pasukan mereka hari ini untuk mengetahui lebih lanjut.