Ang spot welding ay isang mabilis at matipid na paraan ng pagdudugtong. Ito ay angkop para sa pagdudugtong ng mga thin-plate na bahagi na may mga lap joint na hindi nangangailangan ng airtightness. Maraming uri ng spot welding, tulad ng resistance spot welding, arc spot welding, adhesive spot welding,pinagsamang spot welding, at laser spot welding. Sa kasalukuyan, ang resistance spot welding ay malawakang ginagamit sa produksyon. Kung gagamitin natin ang industriya ng automotive bilang halimbawa, 3,000 hanggang 4,000 weld spots ang kailangan sa pag-assemble ng mga bahagi ng body panel ng sasakyan, na nangangailangan ng 250 hanggang 300 robot, kasama ang mga supporting control system at iba pang auxiliary equipment. Gayunpaman, ang resistance spot welding ay may mahinang flexibility. Dahil sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya, ang update cycle ng mga geometric na hugis at istruktura ng mga bahagi ng sasakyan ay naging napakaikli. Ang pag-upgrade ng mga bagong produkto at modelo ay nangangailangan ng isang bagong uri ng teknolohiya ng spot welding na mahusay at flexible. Samakatuwid, ang teknolohiya ng laser spot welding ay unti-unting naging pokus ng atensyon at inaasahang malawakang ilalapat sa produksyon ng industriya ng sasakyan. Sa larangan ng aerospace, ang laser spot welding ay sinusubukan din bilang isang alternatibong teknolohiya. Sa loob ng mahabang panahon, ang mga lap joint ng mga produktong aerospace ay karaniwang gumagamit ng riveting, na kinabibilangan ng maraming proseso ng produksyon at mabibigat na workload. Dahil sa pagtaas ng aplikasyon ng mga bagong materyales tulad ng aluminum alloys, titanium alloys, at composite materials, ang pag-aampon ng mga bagong teknolohiya ng welding upang palitan ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pagdugtong ay naging isang pangunahing trend. Hindi lamang nito pinapabuti ang kahusayan ng produksyon kundi binabawasan din ang bigat ng istruktura at natutugunan ang mga bagong kinakailangan sa disenyo ng istruktura, na napakahalaga para sa mga produktong aerospace. Ang mataas na katumpakan at mataas na kakayahang umangkop ng laser spot welding ay nagbibigay dito ng mga makabuluhang bentahe sa praktikal na produksyon, lalo na sa industriya ng abyasyon, kung saan maaari nitong palitan ang mga tradisyonal na proseso tulad ng resistance spot welding at riveting.
I. Kahulugan at mga Katangian ng Laser Spot Welding
Kahulugan
Ang laser spot welding ay tumutukoy sa proseso ng pagtunaw at pagdudugtong ng mga workpiece gamit ang isang laser pulse (t > 1ms) o isang serye ng mga laser pulse sa parehong posisyon.
Ang laser spot welding ay halos kapareho ng ibang proseso ng laser welding; ang pagkakaiba lamang ay walang relatibong pag-aalis ng direksyon sa pagitan ng laser beam at ng workpiece habang nag-spot welding. Ang laser spot welding ay nahahati sa dalawang uri: thermal conduction welding at keyhole welding. Sa thermal conduction spot welding, ang laser ay maaari lamang tunawin ang metal nang hindi ito pinapasingaw. Ang pamamaraang ito ay mas angkop para sa pag-welding ng mga metal na may kapal na mas mababa sa 0.5mm, tulad ng Nd:YAG laser spot welding ng mga elektronikong bahagi. Sa keyhole laser spot welding, ang laser ay maaaring direktang makapasok sa loob ng materyal sa pamamagitan ng keyhole, na nagpapataas ng rate ng paggamit ng enerhiya ng laser at nakakamit ng mas malaking lalim ng pagtagos. Ang tradisyonal na resistance spot welding ay tinutunaw ang mga workpiece upang bumuo ng mga weld spot gamit ang resistance heat na nalilikha ng electric current, habang ang pinagmumulan ng init ng laser spot welding ay nagmumula sa laser radiation, na nagreresulta sa makabuluhang magkakaibang hugis ng weld spot.
Ang mga naaayos na parametro ng laser spot welding sa pangkalahatan ay kinabibilangan ng lakas ng laser, oras ng spot welding, at dami ng defocus. Para sa spot welding gamit ang pulse mode, kasama rin sa mga parametro ang pulse waveform, frequency, at duty cycle. Kabilang sa mga ito, ang lakas ng laser ay pangunahing nakakaapekto sa lalim ng pagpasok ng weld spot, habang ang oras ng spot welding ay may mas malaking epekto sa laki ng gilid ng weld spot. Sa pangkalahatan, mas matagal ang oras ng pagkilos ng laser, mas malaki ang laki ng itaas at ibabang bahagi ng weld spot at ang laki ng fusion surface. Ang mga pagbabago sa dami ng defocus ay pangunahing nakakaapekto sa diameter ng spot at density ng enerhiya na kumikilos sa ibabaw ng workpiece, kaya may malaking epekto sa pangkalahatang hugis ng weld spot.
Mga Katangian
- Gamit ang laser bilang pinagmumulan ng init, ang spot welding ay nag-aalok ng mataas na bilis, mataas na katumpakan, mababang init na pumapasok, at kaunting deformasyon ng workpiece.
- Ang antas ng kalayaan sa mga posisyon ng spot welding ay lubos na pinabuti, na nagbibigay-daan sa all-position spot welding at madaling maisakatuparanhinang na may isang panig, kaya naman lubos na pinapahusay ang kalayaan sa pagdisenyo ng produkto.
- Mababa ang mga kinakailangan sa laki ng mga lap joint gamit ang laser spot welding. May kaunting mga paghihigpit sa mga parametro tulad ng dami ng lap ng mga joint at distansya sa pagitan ng mga weld spot, at hindi na kailangang isaalang-alang ang epekto ng current shunting.
- Para sa pagwelding ng mga platong hindi magkakapareho ang kapal, mga materyales na hindi magkapareho, at mga espesyal na materyales (mga aluminum alloy, mga galvanized sheet), mas mahusay ang pagganap ng laser spot welding kaysa sa mga tradisyonal na pamamaraan ng spot welding.
- Hindi ito nangangailangan ng malaking bilang ng mga pantulong na kagamitan, mabilis na nakakaangkop sa mga pagbabago ng produkto, at nakakatugon sa mga pangangailangan ng merkado.
II. Pagsusuri ng Depekto ng Laser Spot Welding
Ang mga bitak, butas, at paglulubog ang mga pinakakaraniwang depekto sa laser spot welding, na susuriin isa-isa sa ibaba.
1. Mga bitak
Ang mga bitak ay nahahati sa mga bitak sa ibabaw at mga bitak na pahaba. Ang bilis ng pag-init at paglamig habang nagwe-weld gamit ang laser spot welding ay napakabilis, na nagreresulta sa malaking gradient ng temperatura sa pagitan ng pinainit na lugar at ng nakapalibot na metal, na madaling humahantong sa pagbuo ng bitak. Ang paglitaw ng mga bitak ay malapit na nauugnay sa materyal; halimbawa, ang mga haluang metal na aluminyo ay may mas mataas na tendensiyang magbitak habang nagwe-weld gamit ang laser spot welding kaysa sa hindi kinakalawang na asero. Ang isang epektibong paraan upang mapigilan ang pagbuo ng bitak ay ang pag-optimize ng pulse waveform upang makontrol ang bilis ng paglamig ng proseso ng solidification ng metal at mabawasan ang internal stress.
2. Mga butas ng balat
Ang mga butas-butas (pores) sa mga laser spot weld ay maaaring hatiin sa maliliit na butas at malalaking butas. Ang maliliit na butas ay pangunahing sanhi ng pagbaba ng solubility ng hydrogen sa likidong metal habang nagpapatigas ang metal, pati na rin ang mabilis na pagsingaw ng metal sa keyhole at ang pagkagambala ng tinunaw na pool. Ang malalaking butas ay pangunahing sanhi ng napakabilis na rate ng paglamig habang nag-i-laser spot welding, na nag-iiwan ng hindi sapat na oras para mapuno muli ang metal sa paligid ng keyhole. Sa pangkalahatan, ang maliliit na butas ay madaling mabuo sa long-pulse spot welding, habang ang malalaking butas ay malamang na mangyari sa short-pulse spot welding.
May dalawang lokasyon kung saan pinakamalamang na lumitaw ang mga butas sa laser spot welding: ang isa ay malapit sa fusion zone sa gitna ng weld spot, at ang isa naman ay nasa ugat ng weld. Ipinapakita ng mga natutunaw na imahe na nakuha ng X-ray na ang mga butas malapit sa fusion zone ay pangunahing sanhi ng necking kapag nagsasara ang keyhole; para sa mga butas sa ugat ng weld, ang mga ito ay pangunahing nabubuo sa pamamagitan ng pagguho ng keyhole dahil sa mabilis na pagkawala ng laser pagkatapos mabuo ang keyhole.
3. Paglundo
Ang paglubog ay isang malinaw na penomeno sa laser spot welding. Ang gitnang paglubog sa ibabaw ng weld spot at ang akumulasyon ng metal sa paligid nito ay sanhi ng puwersa ng pag-urong na nalilikha ng pagsingaw ng metal na nagtutulak sa likidong metal papunta sa ibabaw ng weld spot. Sa panahon ng proseso ng paglamig, ang naipon na metal sa ibabaw ay mabilis na tumigas at hindi maaaring ganap na mapunan muli. Bukod pa rito, ang pagkawala ng materyal na dulot ng mabilis na pagsingaw ng metal at pagtalsik ay isa pang salik na nag-aambag sa gitnang paglubog. Ang pulse time ay may malaking epekto sa parehong paglubog ng ibabaw ng weld spot at sa pagbuo ng mga pores. Ang kasiya-siyang weld spot ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-optimize ng pulse waveform at oras.
4. Epekto ng Dami ng Defocus sa mga Weld Spot
Ang mga pagbabago sa dami ng defocus ay direktang nagbabago sa diameter ng spot at energy density. Kapag tumaas ang dami ng defocus sa parehong negatibo at positibong direksyon, nangangahulugan ito na tumataas ang diameter ng spot at bumababa ang energy density. Sa panahon ng laser spot welding, mayroong isang tiyak na katumbas na ugnayan sa pagitan ng diameter ng spot at ang laki ng unang keyhole na nabuo ng laser incident sa test piece, habang ang energy density ang tumutukoy sa expansion rate ng molten pool. Kapag maliit ang absolute value ng dami ng defocus, maliit ang diameter ng laser spot, mataas ang laser power density, at mabilis ang expansion rate ng weld spot molten pool, ngunit maliit ang diameter ng unang keyhole. Sa kabaligtaran, kapag malaki ang dami ng defocus, malaki ang diameter ng unang keyhole, ngunit bumabagal ang expansion rate ng molten pool, at ang nagreresultang laki ng weld spot ay maaaring hindi malaki. Samakatuwid, sa panahon ng pagbabago ng dami ng defocus, ang komprehensibong epekto ng diameter ng spot at surface power density ng weld spot ang tumutukoy sa laki ng weld spot.
III. Aplikasyon ng Teknolohiya ng Laser Spot Welding
Ang laser spot welding ay may mataas na bilis, malawak na lalim ng pagtagos, minimal na deformation, at maaaring isagawa sa temperatura ng silid o sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon gamit ang mga simpleng kagamitan sa hinang. Bukod pa rito, ang paglitaw ng mga high-frequency pulse laser (na may frequency na mas mataas sa 40 pulse kada segundo) ay nagbigay-daan sa malawakang aplikasyon ng laser spot welding sa pag-assemble at pag-welding ng mga micro at small component sa mass automated production. Kapag nagwe-welding ng maliliit na electronic component na nangangailangan ng maliit na heat-affected zone—tulad ng koneksyon sa pagitan ng salamin at metal, ang koneksyon ng mga joint sa heat-sensitive semiconductor circuits, at ang koneksyon sa pagitan ng iba't ibang metal sa mga wire—ang laser spot welding ay mas kapaki-pakinabang kaysa sa tradisyonal na proseso ng spot welding (hal., resistance spot welding), na may pollution-free welding spots at mataas na kalidad ng welding. Ipinapakita ng Figure 6-60 ang isang halimbawa ng aplikasyon ng laser spot welding sa produksyon ng mga automotive headlight: ang isang 500W solid-state pulse laser ay bumubuo ng apat na magkakatulad na weld spots na may napakataas na pulse frequency.
Kapag nagsasagawa ng high-precision spot welding sa mga microstructure gamit ang mataas na pulse energy, ang mga pulsed Nd:YAG laser ay may mga teknikal at ekonomikong bentahe. Sa karamihan ng mga industriyal na aplikasyon ng spot welding, ang mga pulsed solid-state laser na may average na lakas na 50W at pulse power na > 2kW ang pangunahing ginagamit. Ang laser ay maaaring direktang kumilos sa workpiece sa pamamagitan ng mga optical fiber o pinagsamang focusing lens.
Ang laser spot welding ay naaangkop sa iba't ibang materyales. Halimbawa, kapag nag-spot welding ng mga bateryang Li, gamit ang Nd:Teknolohiya ng YAG laser spot weldingAng pagkonekta ng iba't ibang metal ay mas mahusay kaysa sa TIG welding at resistance spot welding. Sa partikular, dahil ginagamit ang mga optical fiber upang magpadala ng mga laser sa panahon ng produksyon, mas maginhawa ang mabilis at may kakayahang umangkop na paglipat sa pagitan ng iba't ibang mga workbench.
Sa madaling salita, ang laser spot welding ay may mga sumusunod na katangian:
- Kasabay ng pagtaas ng lakas ng laser, ang diyametro ng ibabaw ng weld spot ay nagbabago pataas at pababa, habang ang diyametro ng fusion surface at ng ibabang bahagi ay mabagal na tumataas. Ang pagbabago sa cross-sectional na hugis ng weld spot ay hindi halata. Habang tumataas ang tagal, mabilis na tumataas ang laki ng weld spot, at ang bilis ng pagbabago ng diyametro ng fusion surface ay mas malaki kaysa sa itaas at ibabang bahagi ng ibabaw. Ang pagbabago sa dami ng defocus ay may malaking epekto sa laki ng weld spot. Direktang binabago nito ang diyametro ng spot at densidad ng lakas ng laser, at ang komprehensibong epekto ng dalawang salik na ito ang tumutukoy sa laki ng weld spot.
- Sa kaso ng ganap na pagtagos, mayroong halatang paglundo sa ibabaw ng laser spot weld. Kasabay ng pagtaas ng lakas at tagal ng laser, tumataas ang lalim ng paglundo sa ibabaw ng weld spot. Kapag malaki ang tagal o laki ng puwang, ang ibabang ibabaw ay maaari ring magpakita ng indentation.
- Habang lumalaki ang puwang, nagiging kitang-kita ang pangkalahatang deformasyon ng weld spot, central sagging, at indentation. Lumiliit ang fusion surface, at mabilis na nababawasan ang lakas. Sa kasalukuyan, sa welding ng mga resistor, baterya, at larangan ng electronics, ang proseso ng sabay-sabay na pagwelding ng dalawang spot ay karaniwang ginagamit, na karaniwang gumagamit ng disenyo na may dalawang pinagmumulan ng laser light.
Oras ng pag-post: Oktubre-27-2025
