Kasaysayan ng Pag-unlad ng Laser Welding

Mga Paraan ng Pag-welding para sa mga Maliit at Maliit na Bahagi. Ang laser welding ay isang mahusay at tumpak na paraan ng pag-welding na gumagamit ng high-energy-density laser beam bilang pinagmumulan ng init. Isa ito sa mahahalagang aplikasyon ng teknolohiya sa pagproseso ng materyal na laser. Noong dekada 1970, pangunahing ginagamit ito para sa pag-welding ng mga materyales na may manipis na dingding at low-speed welding, at ang proseso ng pag-welding ay kabilang sa uri ng heat conduction. Sa partikular, pinapainit ng laser radiation ang ibabaw ng workpiece, at ang init sa ibabaw ay kumakalat papasok sa pamamagitan ng thermal conduction. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga parameter tulad ng lapad, enerhiya, peak power, at repetition frequency ng mga laser pulse, ang workpiece ay natutunaw upang bumuo ng isang partikular na molten pool. Dahil sa mga natatanging bentahe nito, matagumpay itong nailapat sa...katumpakan ng hinang ng maliliit at maliliit na bahagi.Ang teknolohiya ng laser welding ng Tsina ay kabilang sa mga advanced na antas sa mundo. Taglay nito ang teknolohiya at kakayahang bumuo ng mga kumplikadong bahagi ng titanium alloy sa lawak na mahigit 12 metro kuwadrado gamit ang laser, at nailapat na sa prototype at paggawa ng produkto ng maraming proyekto sa pananaliksik sa abyasyon sa loob ng bansa. Noong Oktubre 2013, isang eksperto sa welding ng Tsina ang nanalo ng Brook Award, ang pinakamataas na akademikong parangal sa larangan ng welding, na nagpatunay sa antas ng world-class na laser welding ng Tsina.

## Kasaysayan ng Pag-unlad Ang unang laser beam sa mundo ay nabuo noong 1960 sa pamamagitan ng mga exciting ruby ​​crystals na may flash lamp. Dahil limitado sa thermal capacity ng kristal, nakakagawa lamang ito ng napakaikling pulsed beams na may mababang frequency. Bagama't ang instantaneous pulse peak energy ay maaaring umabot ng hanggang 10^6 watts, kabilang pa rin ito sa low-energy output. Ang isang neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) crystal rod, na may neodymium (Nd) bilang excitation element, ay maaaring makabuo ng isang tuloy-tuloy na single-wavelength laser beam na may lakas na 1-8KW. Ang YAG laser, na may wavelength na 1.06μm, ay maaaring ikonekta sa laser processing head sa pamamagitan ng isang flexible optical fiber, na nagtatampok ng flexible equipment layout at pagiging angkop para sa mga welding workpiece na may kapal na 0.5-6mm. Ang CO₂ laser, gamit ang carbon dioxide bilang excitant (na may wavelength na 10.6μm), ay maaaring makamit ang output energy na hanggang 25KW at maisakatuparan ang single-pass full-penetration welding ng mga plate na may kapal na 2mm. Malawakang ginagamit ito sa pagproseso ng metal sa sektor ng industriya. Noong kalagitnaan ng dekada 1980, ang laser welding, bilang isang bagong teknolohiya, ay nakakuha ng malawakang atensyon sa Europa, Estados Unidos, at Japan. Noong 1985, nagtulungan ang ThyssenKrupp Steel AG (Germany) at Volkswagen AG (Germany) upang matagumpay na magamit ang unang laser-welded blank sa mundo sa katawan ng Audi 100. Noong dekada 1990, ang mga pangunahing tagagawa ng sasakyan sa Europa, Hilagang Amerika, at Japan ay nagsimulang malawakang gumamit ng teknolohiyang laser-welded blank sa paggawa ng katawan ng sasakyan. Ang praktikal na karanasan mula sa parehong mga laboratoryo at mga tagagawa ng sasakyan ay nagpatunay na ang mga laser-welded blank ay maaaring matagumpay na mailapat sa paggawa ng mga katawan ng sasakyan. Ang laser tailor-welding ay gumagamit ng enerhiya ng laser upang awtomatikong i-splice at i-weld ang ilang bakal, hindi kinakalawang na asero, aluminum alloys, atbp., na may iba't ibang materyales, kapal, at coatings sa isang integrated plate, profile, o sandwich panel. Natutugunan nito ang iba't ibang kinakailangan sa pagganap ng materyal ng mga bahagi, at nakakamit ang magaan na kagamitan na may pinakamagaan na timbang, pinakamainam na istraktura, at pinakamahusay na pagganap. Sa mga mauunlad na bansa tulad ng Europa at Estados Unidos,hinang na pangtahi gamit ang laserHindi lamang ito ginagamit sa industriya ng paggawa ng kagamitan sa transportasyon kundi malawakang ginagamit din sa mga larangan tulad ng konstruksyon, mga tulay, produksyon ng welding plate ng mga kagamitan sa bahay, at welding ng steel plate sa mga rolling lines (plate connection sa tuluy-tuloy na rolling). Kabilang sa mga kilalang negosyo sa laser welding sa mundo ang Soudonic (Switzerland), ArcelorMittal Group (France), ThyssenKrupp TWB (Germany), Servo-Robot (Canada), at Precitec (Germany). Ang aplikasyon ng teknolohiyang laser-welded blank sa Tsina ay nagsimula pa lamang. Noong Oktubre 25, 2002, opisyal na ipinatupad ang unang propesyonal na komersyal na linya ng produksyon ng Tsina para sa mga laser-welded blank. Ipinakilala ito ng Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding mula sa ThyssenKrupp TWB (Germany). Kalaunan, ang Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd., at iba pang mga negosyo ay sunud-sunod na inilagay sa produksyon. Noong 2003, natanto ng mga dayuhang bansa ang double-beam CO₂ laser filler wire welding atHinang na kawad ng tagapuno ng laser ng YAGpara sa istruktura ng A318 aluminum alloy lower wall panel. Pinalitan ng teknolohiyang ito ang tradisyonal na riveted structure, na binabawasan ang bigat ng fuselage ng sasakyang panghimpapawid ng 20% ​​at nakatipid ng 20% ​​ng gastos. Naniniwala si Gong Shuili na ang teknolohiya ng laser welding ay gaganap ng mahalagang papel sa pagbabago at pagpapahusay ng tradisyonal na industriya ng pagmamanupaktura ng abyasyon ng Tsina. Agad siyang nag-aplay para sa ilang kaugnay na pre-research project, nag-organisa ng isang research team, at nanguna sa pagpapakilala ng teknolohiyang "double-beam laser welding" sa mga proyektong pananaliksik sa Tsina. Mula pa sa simula, pinlano niyang ilapat ang teknolohiyang ito sa pagmamanupaktura ng sasakyang panghimpapawid. Iniulat ng Chinese expert team ang paunang teknolohiya sa isang aircraft design institute at itinaguyod ang mga bentahe at posibilidad ng double-beam laser welding. Pagkatapos ng maraming beripikasyon at pagsusuri, nagpasya ang design institute na ilapat ang teknolohiyang ito sa paggawa ng ribbed wall panels para sa isang partikular na sasakyang panghimpapawid, na nakamit ang paunang layunin na ilapat ang teknolohiyang "double-beam laser welding" sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid. Nalampasan nito ang mga pangunahing teknolohiya tulad ng precision control ng laser welding filler wire para sa mga magaan na haluang metal, bumuo ng isang integrated at makabagong double-beam laser filler wire hybrid welding device, itinatag ang unang high-power double-beam laser filler wire welding platform sa Tsina, naisakatuparan ang double-beam at double-sided synchronous welding ng mga T-joints sa malalaking manipis na pader na istruktura, at matagumpay itong inilapat sa paggawa ng welding ng mga pangunahing istrukturang bahagi ng aviation ribbed wall panel sa unang pagkakataon, na gumanap ng mahalagang papel sa pagpapaunlad ng bagong sasakyang panghimpapawid ng Tsina. Noong 2003, ang unang domestic large-scale online strip welding complete set ng kagamitan na ibinigay ng HG Laser ay nakapasa sa offline acceptance. Pinagsasama ng kagamitang ito ang laser cutting, welding, at heat treatment, na ginagawang isa ang HG Laser sa ikaapat na negosyo sa mundo na may kakayahang gumawa ng mga naturang kagamitan. Noong 2004, ang proyektong "High-Power Laser Cutting, Welding and Combined Cutting-Welding Processing Technology and Equipment" ng HG Laser Farley Laserlab ay nanalo ng Ikalawang Gantimpala ng National Science and Technology Progress Award, na siyang tanging negosyo ng laser sa Tsina na may kakayahan sa R&D ng teknolohiya at kagamitang ito. Kasabay ng mabilis na pag-unlad ng industriya ng laser, ang merkado ay naghain ng mas mataas na mga kinakailangan para sa teknolohiya ng pagproseso ng laser. Ang teknolohiya ng laser ay unti-unting lumipat mula sa iisang aplikasyon patungo sa iba't ibang aplikasyon. Sa mga tuntunin ng pagproseso ng laser, hindi na ito limitado sa iisang pagputol o pagwelding. Ang pangangailangan sa merkado para sa integrated laser processing equipment na pinagsasama ang pagputol at pagwelding ay tumataas, at sa gayon ay lumitaw ang integrated laser cutting at welding equipment. Ang HG Laser Farley Laserlab ay bumuo ng Walc9030 integrated cutting at welding machine, na may ultra-large format na 9×3 metro, na kasalukuyang pinakamalaking format integrated laser cutting at welding equipment sa mundo. Ang Walc9030 ay isang large-format cutting at welding equipment na nagsasama ng...mga function ng laser cutting at laser weldingIto ay nilagyan ng propesyonal na cutting head at welding head, at ang dalawang processing head ay nagbabahagi ng iisang beam. Tinitiyak ng numerical control technology na hindi sila makakasagabal sa isa't isa. Kayang kumpletuhin ng kagamitan ang dalawang proseso na nangangailangan ng pagputol at pag-welding nang sabay-sabay. Maaari itong malayang lumipat sa pagitan ng pagputol muna bago ang pag-welding, o pag-welding muna bago ang pag-cut, na nagsasagawa ng parehong laser cutting at welding function gamit ang isang kagamitan nang hindi nangangailangan ng karagdagang kagamitan. Nakakatipid ito ng mga gastos sa kagamitan para sa mga tagagawa ng aplikasyon, nagpapabuti sa kahusayan sa pagproseso at saklaw ng pagproseso. Bukod dito, dahil sa pagsasama ng pagputol at pag-welding, ang katumpakan ng pagproseso ay ganap na ginagarantiyahan, at ang pagganap ng kagamitan ay mahusay at matatag. Bukod pa rito, nalampasan nito ang mga kahirapan ng thermal deformation ng mga plato sa panahon ng tailor-welding ng mga ultra-large plate at ang matatag na pagsasakatuparan ng ultra-long flying optical paths. Maaari nitong i-welding ang dalawang patag na plato na 6 na metro ang haba at 1.5 metro ang lapad nang sabay-sabay, at ang hinang na ibabaw ay makinis at patag nang walang karagdagang post-processing. Kasabay nito, maaari nitong putulin ang mga plato na may lapad na 3 metro, haba na higit sa 6 na metro, at kapal na mas mababa sa 20mm sa isang proseso ng paghubog nang walang pangalawang pagpoposisyon. Ang Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, ay nagsagawa ng internasyonal na kooperasyon sa IHI Corporation (Japan). Kasunod ng pambansang estratehiya sa pag-unlad ng agham at teknolohikal na "pagpapakilala, panunaw, pagsipsip, at muling inobasyon", nalampasan nito ang ilang pangunahing teknolohiya nghinang na pangtahi gamit ang laser, bumuo ng unang set ng kumpletong linya ng produksyon ng laser tailor-welding sa Tsina noong Setyembre 2006, at matagumpay na bumuo ng isang robotic laser welding system, na nagsasagawa ng laser welding ng planar at spatial curves. Noong Oktubre 2013, isang eksperto sa welding na Tsino ang nanalo ng Brook Award, ang pinakamataas na akademikong parangal sa larangan ng welding. Ang Welding Institute (TWI, UK) ay nagrerekomenda at nagnominate ng mga kandidato bawat taon mula sa mahigit 4,000 miyembrong yunit sa mahigit 120 bansa, at sa wakas ay iginagawad ang premyong ito sa isang eksperto bilang pagkilala sa kanilang natatanging kontribusyon sa agham at teknolohiya ng welding o pagdugtong at sa industriyal na aplikasyon nito. Ang parangal na ito ay hindi lamang isang pagkilala kay Gong Shuili at sa kanyang koponan kundi isang pagpapatunay din sa papel ng AVIC sa pagtataguyod ng pag-unlad ng teknolohiya ng pagdugtong ng materyal.

## Mga Parameter ng Istruktura

### Kagamitang Pangtrabaho Ito ay binubuo ng isang optical oscillator at isang medium na nakalagay sa pagitan ng mga salamin sa magkabilang dulo ng oscillator cavity. Kapag ang medium ay na-excite sa isang high-energy state, nagsisimula itong bumuo ng mga in-phase light wave, na nagrereflect pabalik-balik sa pagitan ng mga salamin sa magkabilang dulo, na bumubuo ng isang photoelectric concatenation effect. Pinapalakas nito ang mga light wave, at kapag nakakuha ng sapat na enerhiya, ang laser ay inilalabas. Ang laser ay maaari ding tukuyin bilang isang aparato na nag-convert ng mga pangunahing pinagmumulan ng enerhiya tulad ng enerhiyang elektrikal, enerhiyang kemikal, enerhiyang thermal, enerhiyang liwanag, o enerhiyang nuklear sa mga electromagnetic radiation beam ng mga partikular na optical frequency (ultraviolet light, visible light, o infrared light). Ang conversion na ito ay madaling maisagawa sa ilang solid, liquid, o gaseous media. Kapag ang mga media na ito ay na-excite sa anyo ng mga atomo o molekula, nakakagawa sila ng light beam na may halos parehong phase at halos isang wavelength—laser. Dahil sa in-phase properties at single wavelength nito, ang divergence angle ay napakaliit, at maaari itong maipadala sa mahabang distansya bago maging lubos na concentrated upang magbigay ng mga function tulad ng welding, cutting, at heat treatment. ### Klasipikasyon ng mga Laser Mayroong dalawang pangunahing uri ng laser na ginagamit para sa hinang, ang mga CO₂ laser at Nd:YAG laser. Ang parehong CO₂ laser at Nd:YAG laser ay hindi nakikitang infrared na ilaw sa mata. Ang sinag na nalilikha ng Nd:YAG laser ay pangunahing malapit-infrared na ilaw na may wavelength na 1.06μm. Ang mga thermal conductor ay may medyo mataas na absorption rate para sa ilaw na may ganitong wavelength, at para sa karamihan ng mga metal, ang reflectivity ay 20%-30%. Ang malapit-infrared na sinag ay maaaring i-focus sa diameter na 0.25mm gamit ang mga karaniwang optical lens. Ang sinag ng CO₂ laser ay far-infrared na ilaw na may wavelength na 10.6μm. Karamihan sa mga metal ay may reflectivity na 80%-90% para sa ganitong uri ng ilaw, kaya kinakailangan ang mga espesyal na optical lens upang i-focus ang sinag sa diameter na 0.75-1.0mm. Ang lakas ng mga Nd:YAG laser sa pangkalahatan ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 4,000-6,000W, at ang pinakamataas na lakas ay umabot na ngayon sa 10,000W. Sa kabaligtaran, ang lakas ng mga CO₂ laser ay madaling umabot sa 20,000W o mas mataas pa. Ang mga high-power CO₂ laser ay lumulutas sa problema ng mataas na reflectivity sa pamamagitan ng keyhole effect. Kapag ang ibabaw ng materyal na na-irradiate ng light spot ay natunaw, isang keyhole ang nabubuo. Ang keyhole na ito na puno ng singaw ay parang isang black body, na sumisipsip ng halos lahat ng enerhiya ng incident light. Ang temperatura ng equilibrium sa loob ng keyhole ay umaabot sa humigit-kumulang 25,000°C, at ang reflectivity ay mabilis na bumababa sa loob ng ilang microseconds. Bagama't ang pokus ng pag-unlad ng mga CO₂ laser ay nakatuon pa rin sa pag-unlad at pananaliksik ng kagamitan, hindi na ito tungkol sa pagpapataas ng pinakamataas na output power, kundi tungkol sa kung paano mapapabuti ang kalidad ng beam at ang performance nito sa pagpo-focus. Bukod pa rito, kapag ang argon ay ginagamit bilang shielding gas para sa CO₂ laser welding na may lakas na higit sa 10kW, kadalasan itong nagbubunga ng malakas na plasma, na nagpapababa sa lalim ng pagtagos. Samakatuwid, ang helium, na hindi bumubuo ng plasma, ay kadalasang ginagamit bilang shielding gas para sa high-power CO₂ laser welding. Ang paggamit ng mga kombinasyon ng diode laser para sa nakaka-excite na high-power Nd:YAG crystals ay isang mahalagang paksa sa pananaliksik at pagpapaunlad, na lubos na magpapabuti sa kalidad ng mga laser beam at bubuo ng mas mahusay na pagproseso ng laser. Ang paggamit ng mga direktang diode array upang mag-excite at mag-output ng mga laser sa near-infrared na rehiyon ay nakamit ang average na lakas na 1kW at isang photoelectric conversion efficiency na halos 50%. Ang mga diode ay mayroon ding mas mahabang buhay ng serbisyo (10,000 oras), na nakakatulong na mabawasan ang gastos sa pagpapanatili ng mga kagamitan sa laser. Ang pag-unlad ng diode-pumped solid-state laser (DPSSL) na kagamitan ay umuunlad din.