Ang laser beam welding at arc welding ay matagal nang ginagamit para sa industriyal na produksyon, at nagpapahintulot ng malawak na saklaw ng paggamit sa larangan ng teknolohiya ng pagdurugtong ng mga materyales. Ang bawat isa sa mga prosesong ito ay may kanya-kanyang partikular na larangan ng aplikasyon, gaya ng inilarawan ng mga pisikal na proseso ng transportasyon ng enerhiya patungo sa workpiece at ng mga daloy ng enerhiya na maaaring makuha. Ang enerhiya ay ipinapadala mula sa pinagmumulan ng laser beam patungo sa materyal para sa pagproseso sa pamamagitan ng high-energy infrared coherent radiation, gamit ang isang fiber-optic cable. Ang arc ay nagpapadala ng init na kailangan para sa hinang sa pamamagitan ng isang mataas na kuryenteng dumadaloy patungo sa workpiece sa pamamagitan ng isang arc column. Ang laser radiation ay humahantong sa isang napakakitid na heat-affected zone na may malaking ratio ng lalim ng hinang sa lapad ng tahi (deep-weld effect). Ang kakayahang mag-gap-bridging ng proseso ng laser welding ay napakababa, dahil sa maliit na focus diameter nito, ngunit sa kabilang banda, maaari itong umabot sa napakataas na bilis ng hinang. Ang proseso ng arc welding ay may mas mababang energy density, ngunit nagdudulot ng mas malaking focal spot sa ibabaw ng workpiece at nailalarawan sa pamamagitan ng mas mabagal na bilis ng pagproseso. Sa pamamagitan ng pagsasama ng parehong prosesong ito, makakamit ang mga kapaki-pakinabang na synergies. Sa huli, ginagawang posible nito ang parehong mga bentahe sa kalidad at mga benepisyo sa produksyon-inhinyeriya, pati na rin ang pinahusay na kahusayan sa gastos. Ang prosesong ito ay nag-aalok ng mga kawili-wili at matipid na kaakit-akit na aplikasyon, kapwa sa industriya ng sasakyan, lalo na dahil pinahihintulutan ang mas mataas na tolerance sa mga weldment, posible ang mas mataas na bilis ng pagdugtong, at makakamit ang napakahusay na mekanikal/teknolohikal na mga parameter.
1. Panimula:
Alam na kung paano pagsamahin ang liwanag ng laser at ang arko sa isang pinagsamang proseso ng hinang simula pa noong dekada 1970, ngunit sa loob ng mahabang panahon pagkatapos noon, wala nang karagdagang gawaing pag-unlad na isinagawa. Kamakailan lamang, muling itinuon ng mga mananaliksik ang kanilang pansin sa paksang ito at sinubukang pag-isahin ang mga bentahe ng arko at ng laser, sa isang proseso ng hybrid weld. Samantalang noong mga unang panahon, ang mga pinagmumulan ng laser ay kailangan pa ring patunayan ang kanilang pagiging angkop para sa pang-industriya na paggamit, sa kasalukuyan, ang mga ito ay karaniwang kagamitang teknolohikal sa maraming negosyo sa pagmamanupaktura.
Ang kombinasyon ng laser welding at ibang proseso ng pagwelding ay tinutukoy bilang "hybrid welding process". Nangangahulugan ito na ang isang laser beam at isang arc ay sabay na kumikilos sa isang welding zone, at naiimpluwensyahan at sinusuportahan ang isa't isa.
2. Laser:
Ang laser welding ay hindi lamang nangangailangan ng mataas na lakas ng laser kundi pati na rin ng isang mataas na kalidad na sinag upang makamit ang ninanais na "deep-weld effect". Ang nagreresultang mas mataas na kalidad ng sinag ay maaaring gamitin upang makakuha ng mas maliit na focus diameter o mas malaking focal distance.
Para sa mga proyektong pangkaunlaran na kasalukuyang isinasagawa, isang lamp-pumped solid-state laser na may lakas na 4 kW para sa laser beam ang ginagamit. Ang liwanag ng laser ay ipinapadala sa pamamagitan ng 600 µm na glass fiber.
Ang liwanag ng laser ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang glass fiber, kung saan ang simula at dulo ay pinapalamig ng tubig. Ang sinag ng laser ay ipino-project papunta sa workpiece sa pamamagitan ng isang focussing module na may focal distance na 200 mm.
3. Proseso ng Laser Hybrid:
Para sa pagwelding ng mga piraso ng metal, ang Nd:YAG laser beam ay nakapokus sa intensidad na higit sa 106W/cm2. Kapag ang laser beam ay tumama sa ibabaw ng materyal, pinapainit nito ang bahaging ito sa temperatura ng pagsingaw, at isang butas ng singaw ang nabubuo sa weld metal dahil sa tumatakas na singaw ng metal. Ang natatanging katangian ng weld seam ay ang mataas na ratio ng lalim-sa-lapad nito. Ang density ng enerhiya-daloy ng freely burning arc ay bahagyang higit sa 104 W/cm2. Inilalarawan ng Figure 1 ang pangunahing prinsipyo ng hybrid welding. Ang laser beam
Ang inilalarawan dito ay nagpapakain ng init sa hinang metal sa itaas na bahagi ng tahi, bilang karagdagan sa init mula sa arko. Hindi tulad ng isang sunud-sunod na konfigurasyon kung saan dalawang magkahiwalay na proseso ng hinang ang kumikilos nang magkakasunod, ang hybrid welding ay maaaring tingnan bilang isang kombinasyon ng parehong proseso ng hinang na kumikilos nang sabay-sabay sa iisang sona ng proseso. Depende sa kung aling proseso ng arko o laser ang ginagamit, at sa mga parameter ng proseso, ang mga proseso ay makakaimpluwensya sa isa't isa sa iba't ibang lawak at sa iba't ibang paraan [1, 2].
Dahil sa kombinasyon ng proseso ng laser at proseso ng arc, mayroon ding pagtaas sa parehong lalim ng pagtagos ng hinang at bilis ng hinang (kumpara sa alinman sa mga prosesong ginamit nang mag-isa). Ang singaw ng metal na tumatakas mula sa lukab ng singaw ay may epektong retroaktibo sa plasma ng arc. Ang pagsipsip ng radyasyon ng Nd:YAG laser sa plasma ng pagproseso ay nananatiling bale-wala. Depende sa kung anong ratio ng dalawang input ng kuryente ang napili, ang katangian ng pangkalahatang proseso ay maaaring matukoy sa mas malaki o mas maliit na antas alinman sa pamamagitan ng laser o ng arc [3,4].
Larawan 1: Representasyong eskematiko: LaserHybrid welding
Ang pagsipsip ng radyasyon ng laser ay malaki ang impluwensya ng temperatura ng ibabaw ng workpiece. Bago simulan ang proseso ng laser welding, kailangan munang malampasan ang unang reflectance, lalo na sa mga ibabaw ng aluminyo. Makakamit ito sa pamamagitan ng pagsisimula ng welding gamit ang isang espesyal na programa sa pagsisimula. Matapos maabot ang temperatura ng vaporization, nabubuo ang cavity ng singaw, na nagreresulta sa halos lahat ng enerhiya ng radyasyon ay maaaring maipasok sa workpiece. Kaya, ang enerhiyang kinakailangan para dito ay natutukoy ng pagsipsip na nakadepende sa temperatura at ng dami ng enerhiyang nawawala.
sa pamamagitan ng konduksyon papunta sa iba pang bahagi ng workpiece. Sa LaserHybrid welding, ang pagsingaw ay nagaganap hindi lamang mula sa ibabaw ng workpiece kundi pati na rin mula sa filler wire, ibig sabihin ay mas maraming metal vapor ang magagamit, na siya namang nagpapadali sa pagpasok ng laser radiation. Pinipigilan din nito ang paghinto ng proseso [5, 6, 7, 8, 9].
4. Aplikasyon sa sasakyan:
Sa pamamagitan ng paggamit ng teknolohiyang space frame, posible ang pagbawas ng timbang na 43% kumpara sa katawan ng kotseng bakal.
Larawan 2: Konsepto ng Audi Space frame A2
Ang Audi A2 Space frame ay binubuo ng 30 m Laser (mga dilaw na guhit sa pigura 2) at 20m MIG weld na haba. Bukod pa rito, 1700 rivet ang ginagamit din.
Larawan 3: Paghahambing ng mga profile at mga pamamaraan ng pagdudugtong sa Audi-A2
Ipinapakita ng Figure 4 ang isang LaserHybrid welded joint ng isang ALMg3 cast material na may AlMgSi sheet material. Ang filler wire ay AlSi5 at ang shielding gas na ginamit ay Argon. Sa pagtaas ng laser power, posible ang mas malalim na pagtagos. Ang pagsasama-sama ng laser beam sa arc sa ganitong paraan ay nakakamit ng mas malaking weld pool kaysa sa proseso ng laser beam weld nang mag-isa. Ginagawa nitong posible ang pagwelding ng mga bahagi na may mas malalaking puwang.
Larawan 4: Magkakapatong na dugtungan na may pagitan na 0.5 mm
Sa industriya ng sasakyan, maraming aplikasyon ang overlap welding nang walang joint preparation. Sa kasalukuyan, ang makabagong proseso para sa gawaing ito ng welding ay ang proseso ng laser welding gamit ang cold filler wire, dahil sa mainit na pagbitak ng AA 6xxx alloy. Kapag ang joint ay hinang gamit ang filler wire, maraming enerhiya ng laser ang mawawala upang matunaw ang filler wire na iyon.
Ang susunod na pigura ay kumakatawan sa mga pagkakaiba sa pagitan ng LaserHybrid at Laser welding sa isang overlap joint na may bilis ng welding na 2.4m/min. Sa kaso ng laser welding, walang posibilidad na mapuno ang weld bead, at nagkakaroon ng undercut. Gayundin, mayroon lamang napakaliit na pagtagos sa base material. Napakaliit ng lapad ng weld bead, at samakatuwid ay inaasahan ang mababang tensile strength. Sa kaso ng LaserHybrid welding,
Ang karagdagang materyal ay dinadala sa weld pool. Ang undercut ay pinupuno ng alambre mula sa proseso ng MIG, at isang bahagi ng enerhiya ng laser ang naiipon na ngayon. Ang natipid na enerhiya ng laser na ito ay maaaring gamitin upang mapataas ang penetration sa base material at ang lapad ng weld bead ay mas malaki kaysa sa kapal ng materyal, na kinakailangan mula sa numerical simulation.
Larawan 5 Paghahambing sa pagitan ng LaserHybrid at Laser welding na walang filler wire
Gamit ang pamamaraan ng hinang na LaserHybrid, posibleng maghinang ng mga materyales na gawa sa Aluminum, bakal, at hindi kinakalawang na bakal na may kapal na hanggang 4 mm. Kung masyadong mataas ang kapal, hindi posible ang ganap na pagtagos. Para sa pagdudugtong ng mga materyales na pinahiran ng Zinc, mas mainam ding gamitin ang proseso ng laser brazing.
Ang mga karagdagang aplikasyon sa industriya ng sasakyan ay ang mga power train, ehe, at katawan ng kotse, kung saan maaaring angkop ang proseso ng laser hybrid welding.
Ulo ng hinang:
Ang welding head ay dapat may maliliit na heometrikong dimensyon, upang matiyak ang maayos na pag-access sa mga bahaging iwewelding, lalo na sa larangan ng auto-body. Bukod dito, dapat itong idisenyo upang pahintulutan ang parehong angkop na natatanggal na koneksyon sa robot head at ang kakayahang i-adjust ang mga variable ng proseso tulad ng focal distance, at torch stand-off distances sa lahat ng Cartesian coordinates. Ipinapakita ng Figure 5 ang welding head, habang isinasagawa ang proseso. Ang mga pagtalsik na nangyayari habang isinasagawa ang proseso ng welding ay humahantong sa pagtaas ng dumi ng protective glass. Ang quartz glass ay pinahiran sa magkabilang panig ng isang antireflective material at nilayon upang protektahan ang laser optical system mula sa pinsala.
Depende sa antas ng dumi, ang mga patiti na naiipon sa salamin ay maaaring maging sanhi ng pagbaba ng lakas ng laser na aktwal na tumatama sa workpiece nang hanggang 90%. Ang mas mabigat na dumi ay karaniwang humahantong sa pagkasira ng proteksiyon na salamin, dahil ang malaking bahagi ng radiant energy ay hinihigop ng salamin mismo, na nagdudulot ng thermal stress sa salamin. Gamit ang welding head at kagamitan sa welding na iyon, posible itong gamitin para sa LaserHybrid welding, laser welding, MSG welding at iba pa.Pagpapatigas ng Laser Hot wire.
Larawan 6: Ulo at proseso ng hinang
5. Mga Bentahe ng Laser Hybrid welding:
Ang mga sumusunod na bentahe ay bunga ng pagsasama ng arc at laser beam: Mga bentahe ng LaserHybrid welding kumpara sa laser welding:
• mas mataas na katatagan ng proseso
• mas mataas na kakayahang mag-bridge
• mas malalim na pagtagos
• mas mababang gastos sa pamumuhunan sa kapital
• mas mataas na kakayahang umangkop
Mga Bentahe ng LaserHybrid welding kumpara sa MIG welding:
• mas mataas na bilis ng hinang
• mas malalim na pagtagos sa mas mataas na bilis ng hinang
• mas mababang thermal input
• mas mataas na lakas ng tensile
• mas makitid na mga tahi ng hinang
Larawan 7: Mga Benepisyo ng Pagsasama ng Dalawang Proseso
Ang proseso ng arc welding ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang halaga ng pinagmumulan ng enerhiya, mahusay na kakayahan sa tulay at ng kakayahang impluwensyahan ang istraktura sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga filler metal. Sa kabilang banda, ang mga natatanging katangian ng proseso ng laser beam ay ang mahusay na lalim ng hinang, mataas na bilis ng hinang, mababang thermal load at makikipot na weld-seam na nakakamit nito. Sa itaas ng isang tiyak na densidad ng beam, ang laser beam ay lumilikha ng "deep-weld effect" sa mga metal na materyales na nagbibigay-daan sa mga bahaging may mas malalaking kapal ng dingding na ma-weld – basta't sapat ang taas ng lakas ng laser. Kaya naman, ang Laser Hybrid welding ay nagdudulot ng mas mataas na bilis ng hinang, pag-stabilize ng proseso dahil sa interaksyon sa pagitan ng arc at laser beam, pagtaas ng thermal efficiency at mas malaking tolerance sa workpiece. Dahil mas maliit ang weld pool kaysa sa proseso ng MIG, mas kaunti ang thermal input at sa gayon ay mas maliit ang heat-affected zone. Nangangahulugan ito ng mas kaunting weldment.
distorsyon, na nagbabawas sa dami ng kasunod na gawaing pagtutuwid pagkatapos ng hinang na kailangang gawin.
Kung saan mayroong dalawang magkahiwalay na weld pool, ang kasunod na thermal input mula sa arc ay nangangahulugan na ang laser beam – ang welded area – lalo na sa kaso ng bakal – ay binibigyan ng post-weld tempering treatment, na mas pantay na ipinakakalat ang mga halaga ng katigasan sa buong seam. Binubuod ng Figure 6 ang mga bentahe ng pinagsamang (ibig sabihin, hybrid) na proseso.
Ngayon, tatalakayin natin ang mga bentahe sa ekonomiya ng hybrid welding kumpara sa laser welding, maaaring sabihin ang mga sumusunod: Ang weld seam ay binubuo ng bahagyang laser weld at bahagyang MIG weld. Ginagawang posible ng hybrid process na mabawasan ang lakas ng laser beam, ibig sabihin ay maaaring lubos na mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya ng laser source, dahil ang laser beam apparatus ay may kahusayan lamang na 3%. Sa madaling salita: Ang pagbawas ng 1 kW sa lakas ng laser beam na nakakaapekto sa workpiece ay humahantong sa pagbawas ng humigit-kumulang 35 kVA sa kuryenteng natupok mula sa mga pangunahing linya ng kuryente.
Ang isang aparatong laser beam ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang EUR 0.1 m para sa bawat 1 kW nglakas ng sinag ng laserBilang halimbawa, sa isang kaso kung saan ang paggamit ng prosesong hybrid ay ginagawang posible ang paggamit ng 2 kW na aparatong laser beam sa halip na isa na may 4 kW na lakas ng beam, nagreresulta ito sa pagtitipid ng EUR 0.2 milyon sa mga gastos sa pamumuhunan. Gayunpaman, dapat tandaan dito na para sa prosesong hybrid, kakailanganin ang isang makinang MIG na nagkakahalaga ng humigit-kumulang EUR 20,000.
Dahil sa mas mabilis na pag-welding, maaaring mabawasan ang parehong oras ng paggawa at ang mga gastos sa pag-welding.
6. Pagpapatigas gamit ang LaserHotwire:
Ang isa pang posibilidad para sa pagsasama ng laser beam sa isang filler wire ay ang prosesong LaserHotwire [10]. Sa pamamaraang ito, ang filler wire ay pinapainit gamit ang parehong pinagmumulan ng kuryente, na maaaring gamitin para saProseso ng hinang na Laser HybridAng filler wire ay may current load mula 100 A hanggang 220 A. Ang bilis ng pagpapakain ng wire ay nakadepende sa cross section ng brazing bead at sa bilis ng pagpapatigas. Ang pagpapatigas ay nag-aalok, sa pamamagitan ng dami ng filler metal, ng isang materyal na panghulma na mas madaling matapos kaysa sa maihahambing na mga weld seam. Sa pamamagitan ng pagpapatigas ng mga bahagi ng sheet, ang pagkukumpuni ay maaaring isagawa sa mas madaling paraan kaysa sa mga welded joint. Ang isang bentahe ng LaserHotwire brazing ay ang mahusay na resistensya sa kalawang ng brazed zone.
Bilang mga filler metal, ginagamit ang mga murang copper-based alloy tulad ng SG-CuSi3 at ang Argon ay nagsisilbing shielding gas.
Larawan 8: Representasyong eskematikoPagpapatigas ng Laser Hot wire:
Ang susunod na pigura ay nagpapakita ng cross section ng isang materyal na pinagbraze gamit ang Laser Hot wire. Ang materyal na pinahiran ng zinc ay pinagbraze sa bilis na 3 m/min at ang filler wire ay may current load na 205 A. Napakababa ng init na ipinapasok, samakatuwid, ang mababang distortion ang resulta ng proseso ng pagpapabraze.
7. Buod:
Ang Laser Hybrid welding ay isang ganap na bagong teknolohiya na nag-aalok ng mga sinerhiya para sa malawak na larangan ng aplikasyon sa mga industriya ng metalworking, lalo na kung saan hindi posible o hindi kayang bayaran sa pananalapi upang makamit ang mga tolerance ng bahagi na kinakailangan para sa...hinang na sinag ng laserAng mas malawak na saklaw ng aplikasyon at ang mataas na kakayahan ng pinagsamang proseso ay humahantong sa pinahusay na kompetisyon sa mga tuntunin ng nabawasang paggasta ng pamumuhunan, mas maikling oras ng paggawa, mas mababang gastos sa pagmamanupaktura at mas mataas na produktibidad.
Ang prosesong LaserHybrid ay nag-aalok din ng isang bagong diskarte sa pagwelding ng aluminyo. Gayunpaman, ang isang matatag na proseso na maaaring magamit sa pagsasagawa ay naging posible lamang kamakailan lamang, salamat sa mas mataas na magagamit na output powers ng mga solid-state laser. Maraming mga pag-aaral ang sumuri sa mga pangunahing kaalaman ng mga proseso ng laser-arc-hybrid welding. Sa "hybrid welding process", ang ibig naming sabihin ay ang kombinasyon ng laserbeam welding at ang proseso ng arc welding, na may iisang process zone lamang (plasma at melt). Ipinakita ng mga pangunahing pag-aaral sa pananaliksik na posible ang isang proseso kung saan – sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang proseso – makakamit ang mga synergies at ang mga disbentaha ng bawat magkakahiwalay na proseso ay maaaring mabayaran, na nagreresulta sa pinahusay na mga posibilidad sa pagwelding, weldability at pagiging maaasahan ng pagwelding para sa maraming iba't ibang materyales at konstruksyon. Sa partikular, ito ay naipakita na para sa mga aluminum alloy. Sa pamamagitan ng pagpili ng mga kanais-nais na parameter ng proseso, posible na piliing maimpluwensyahan ang mga katangian ng weld tulad ng geometry at structural constitution. Pinapataas ng proseso ng arc welding ang bridgeability sa pamamagitan ng pagdaragdag ng filler metal; tinutukoy din nito ang lapad ng weld-seam at sa gayon ay binabawasan ang dami ng paghahanda ng workpiece na kinakailangan. Bukod dito, ang mga interaksyon na nagaganap sa pagitan ng mga proseso ay humahantong sa isang malaking pagtaas sa kahusayan ng proseso. Ang prosesong ito ng kombinasyon ay nangangailangan din ng mas maliit na gastos sa pamumuhunan kaysa sa proseso ng laser welding.
Ang proseso ng pagpapatigas gamit ang Laser Hot wire ay maaaring gamitin lalo na para sa materyal na pinahiran ng zinc upang makakuha ng mahusay na resistensya sa kalawang.
Oras ng pag-post: Abril-18-2025
