Основе ласерског заваривања
Ласерско заваривање је бесконтактни процес који захтева приступ зони заваривања са једне стране делова који се заварују.
• Завар се формира када интензивна ласерска светлост брзо загрева материјал – обично се израчунава у милисекундама.
• Обично постоје 3 врсте заваривања:
– Режим проводљивости.
– Режим проводљивости/пенетрације.
– Режим пенетрације или кључаонице.
• Заваривање у кондуктивном режиму се изводи при малој густини енергије формирајући зрна вара који је плитак и широк.
• Режим проводљивости/пенетрације се јавља при средњој густини енергије и показује већу пенетрацију него проводни режим.
• Заваривање пенетрацијом или заваривањем у облику кључаонице карактеришу дубоки уски завари.
– У овом режиму ласерско светло формира филамент испареног материјала познатог као „кључаоница“ која се протеже у материјал и обезбеђује канал за ефикасно довођење ласерске светлости у материјал.
– Ова директна испорука енергије у материјал се не ослања на проводљивост да би се постигла пенетрација, и на тај начин минимизира топлоту у материјал и смањује зону погођену топлотом.
Цондуцтион Велдинг
• Кондуктивно спајање описује породицу процеса у којима је ласерски зрак фокусиран:
– Да би се добила густина снаге реда величине 10³ Вмм⁻²
– Спаја материјал за стварање споја без значајног испаравања.
• Кондуктивно заваривање има 2 режима:
– Директно грејање
– Пренос енергије.
Директно загревање
• Током директног грејања,
– проток топлоте је регулисан класичном топлотном проводљивошћу из површинског извора топлоте, а завар је направљен топљењем делова основног материјала.
• Први проводљиви завари су направљени раних 1-их, коришћени су импулсни рубин мале снаге и CO2 ласери за жичане конекторе.
• Проводни завари могу бити направљени од широког спектра метала и легура у облику жица и танких лимова у различитим конфигурацијама коришћењем.
- CO2 , Нд:ИАГ и диодни ласери са нивоима снаге реда десетина вати.
– Директно грејање помоћу а CO2 ласерски зрак се такође може користити за преклопне и сучеоне заваре у полимерним лимовима.
Трансмисион Велдинг
• Трансмисионо заваривање је ефикасан начин спајања полимера који емитују блиско инфрацрвено зрачење Нд:ИАГ и диодних ласера.
• Енергија се апсорбује кроз нове методе међуфазне апсорпције.
• Композити се могу спајати под условом да су термичка својства матрице и арматуре слична.
• Начин преноса енергије проводљивог заваривања се користи за материјале који преносе блиско инфрацрвено зрачење, посебно полимере.
• Упијајуће мастило се поставља на интерфејс преклопног споја. Мастило апсорбује енергију ласерског зрака, која се спроводи у ограничену дебљину околног материјала да би се формирао растопљени међуфазни филм који се учвршћује као заварени спој.
• Преклопни спојеви дебелих пресека могу се направити без топљења спољашњих површина споја.
• Сучеони завари се могу направити усмеравањем енергије ка линији споја под углом кроз материјал на једној страни споја, или са једног краја ако је материјал високо преносив.
Ласерско лемљење и лемљење
• У процесима ласерског лемљења и лемљења, сноп се користи за топљење додатка пунила, који влажи ивице споја без топљења основног материјала.
• Ласерско лемљење је почело да добија на популарности раних 1980-их за спајање извода електронских компоненти кроз рупе на штампаним плочама. Параметри процеса су одређени својствима материјала.
Пенетрационо ласерско заваривање
• При високим густинама снаге сви материјали ће испарити ако се енергија може апсорбовати. Тако се приликом заваривања на овај начин обично испаравањем формира рупа.
• Ова "рупа" се затим пролази кроз материјал са растопљеним зидовима који затварају иза ње.
• Резултат је оно што је познато као „завар за кључаоницу. Карактерише га паралелно бочна зона спајања и уска ширина.
Ефикасност ласерског заваривања
• Термин који дефинише овај концепт ефикасности познат је као „ефикасност придруживања“.
• Ефикасност спајања није права ефикасност јер има јединице (мм2 спојени /кЈ испоручени).
– Ефикасност=Вт/П (реципрочна вредност специфичне енергије при сечењу) где је В = брзина кретања, мм/с; т = дебљина заварене, мм; П = упадна снага, КВ.
Ефикасност придруживања
• Што је већа вредност ефикасности спајања, мање енергије се троши на непотребно грејање.
– Зона утицаја ниже топлоте (ХАЗ).
– Мања дисторзија.
• Заваривање отпором је најефикасније у овом погледу јер се енергија фузије и ХАЗ ствара само на интерфејсу високог отпора који се завари.
• Ласерски и електронски сноп такође имају добру ефикасност и велику густину снаге.
Варијације процеса
• Ласерско заваривање са проширеним луком.
– Лук из ТИГ бакље постављене близу тачке интеракције ласерског зрака аутоматски ће се закључати на ласерски генерисану врућу тачку.
– Температура потребна за овај феномен је око 300°Ц изнад температуре околине.
– Ефекат је или да се стабилизује лук који је нестабилан због брзине кретања или да се смањи отпор лука који је стабилан.
– Закључавање се дешава само за лукове са малом струјом и самим тим спорим катодним млазом; односно за струје мање од 80А.
– Лук се налази на истој страни радног предмета као и ласер, што омогућава удвостручење брзине заваривања за скромно повећање трошкова капитала.
• Двоструко ласерско заваривање
– Ако се истовремено користе 2 ласерска зрака, постоји могућност контроле геометрије завареног базена и облика зрна заваривања.
– Користећи 2 електронска снопа, кључаоница би се могла стабилизовати изазивајући мање таласа на завареном базену и дајући бољи продор и облик зрна.
– Ексимер и CO2 Комбинација ласерског зрака показала је побољшано спајање за заваривање материјала високе рефлексије, као што су алуминијум или бакар.
– Побољшано спајање је разматрано првенствено због:
• мењање рефлексивности услед површинског таласања изазваног ексцимером.
• секундарни ефекат који долази од спајања кроз плазму генерисану ексимером.
