Лазер туяа гагнуур болон нуман гагнуур хоёулаа үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд удаан хугацаанд ашиглагдаж ирсэн бөгөөд материалыг холбох технологийн салбарт өргөн хүрээний хэрэглээг зөвшөөрдөг. Эдгээр процессууд тус бүр нь ажлын хэсэг рүү энерги дамжуулах физик процессууд болон олж авах боломжтой энергийн урсгалаар тодорхойлогддог өөрийн гэсэн хэрэглээний чиглэлтэй байдаг. Энергийг лазер туяаны эх үүсвэрээс боловсруулалтын материал руу шилэн кабелиар дамжуулан өндөр энергитэй хэт улаан туяаны когерент цацрагийн тусламжтайгаар дамжуулдаг. Нуман нь гагнуурын ажилд шаардлагатай дулааныг нуман баганагаар дамжуулан ажлын хэсэг рүү урсах өндөр цахилгаан гүйдлийн тусламжтайгаар дамжуулдаг. Лазер цацраг нь гагнуурын гүн ба оёдлын өргөн хоорондын харьцаа өндөр (гүн гагнуурын эффект) бүхий маш нарийн дулаанд өртсөн бүсэд хүргэдэг. Лазер гагнуурын процессын цоорхойг гүүрлэх чадвар нь жижиг фокусын диаметрээс шалтгаалан маш бага боловч нөгөө талаас маш өндөр гагнуурын хурдад хүрч чаддаг. Нуман гагнуурын процесс нь энергийн нягтрал багатай боловч ажлын хэсгийн гадаргуу дээр илүү том фокусын цэг үүсгэдэг бөгөөд боловсруулалтын хурд удаан байдаг. Эдгээр хоёр процессыг нэгтгэснээр ашигтай синергийг бий болгож чадна. Эцсийн дүнд энэ нь чанарын давуу тал болон үйлдвэрлэлийн инженерчлэлийн ашиг тусыг хоёуланг нь хүртэх, мөн өртгийн үр ашгийг дээшлүүлэх боломжийг олгодог. Энэхүү үйл явц нь автомашины үйлдвэрлэлд сонирхолтой, эдийн засгийн хувьд сэтгэл татам хэрэглээг санал болгодог бөгөөд ялангуяа гагнуурын үед өндөр хүлцэл зөвшөөрөгддөг, өндөр холболтын хурд боломжтой, маш сайн механик/технологийн параметрүүдийг бий болгож чаддагтай холбоотой юм.
1. Оршил:
1970-аад оноос хойш лазерын гэрэл болон нумыг нэгтгэн гагнуурын процесст хэрхэн хослуулахыг мэддэг болсон боловч түүнээс хойш удаан хугацааны турш цаашид хөгжүүлэлтийн ажил хийгдээгүй. Саяхан судлаачид энэ сэдэвт дахин анхаарлаа хандуулж, нумын давуу талыг лазерын давуу талуудтай хослуулан эрлийз гагнуурын процесст ашиглахыг оролдсон. Эхний үед лазерын эх үүсвэрүүд үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглахад тохиромжтой гэдгээ батлах шаардлагатай хэвээр байсан бол өнөө үед тэдгээр нь олон үйлдвэрлэлийн аж ахуйн нэгжүүдийн стандарт технологийн тоног төхөөрөмж юм.
Лазер гагнуурыг өөр гагнуурын процесстой хослуулахыг "эрлийз гагнуурын процесс" гэж нэрлэдэг. Энэ нь лазер туяа болон нум нь нэг гагнуурын бүсэд нэгэн зэрэг үйлчилж, бие биедээ нөлөөлж, дэмждэг гэсэн үг юм.
2. Лазер:
Лазер гагнуур нь хүссэн "гүн гагнуурын эффект"-ийг авахын тулд зөвхөн өндөр лазерын хүч төдийгүй өндөр чанартай цацраг шаарддаг. Үүний үр дүнд үүссэн өндөр чанартай цацрагийг бага фокусын диаметр эсвэл илүү их фокусын зай авахад ашиглаж болно.
Одоо хэрэгжиж буй хөгжлийн төслүүдэд 4 кВт чадалтай, лампаар шахагддаг хатуу төлөвт лазер ашиглаж байна. Лазерын гэрлийг 600 µм шилэн кабелиар дамжуулдаг.
Лазерын гэрэл нь шилэн кабелиар дамжин дамждаг бөгөөд эхлэл болон төгсгөлийг нь усан хөргөлттэй болгодог. Лазерын туяаг 200 мм-ийн фокусын зайтай фокуслах модулиар ажлын хэсэг рүү тусгадаг.
3. Лазер эрлийз процесс:
Металл ажлын хэсгүүдийг гагнахдаа Nd:YAG лазер туяаг 106Вт/см2-оос дээш эрчимтэй фокусалдаг. Лазер туяа нь материалын гадаргуу дээр тусахад энэ цэгийг ууршуулах температур хүртэл халааж, гадагшлах металлын уурын улмаас гагнуурын металлд уурын хөндий үүсдэг. Гагнуурын давхаргын онцлог шинж чанар нь түүний өндөр гүн-өргөний харьцаа юм. Чөлөөт шатаж буй нумын энергийн урсгалын нягтрал нь 104 Вт/см2-оос арай өндөр байна. Зураг 1-т эрлийз гагнуурын үндсэн зарчмыг харуулав. Лазер туяа
Энд дүрсэлсэн нь нуман дулаанаас гадна давхаргын дээд хэсэгт байрлах гагнуурын металл руу дулааныг өгдөг. Хоёр тусдаа гагнуурын процесс дараалан явагддаг дараалсан тохиргооноос ялгаатай нь эрлийз гагнуурыг нэг ижил процессын бүсэд нэгэн зэрэг үйлчилдэг хоёр гагнуурын процессын хослол гэж үзэж болно. Аль нуман эсвэл лазер процессыг ашиглаж байгаагаас болон процессын параметрүүдээс хамааран процессууд нь бие биедээ өөр өөр хэмжээгээр, өөр өөр байдлаар нөлөөлнө [1, 2].
Лазерын процесс болон нуман процессын хослолын ачаар гагнуурын нэвчилтийн гүн болон гагнуурын хурд хоёулаа нэмэгддэг (бие даасан ашигласан процессуудтай харьцуулахад). Уурын хөндийгөөс гарч буй металлын уур нь нуман плазмд ретро нөлөө үзүүлдэг. Боловсруулалтын плазм дахь Nd:YAG лазерын цацрагийн шингээлт нь маш бага хэвээр байна. Хоёр чадлын оролтын харьцааг сонгохоос хамааран нийт процессын шинж чанарыг лазер эсвэл нумаар их эсвэл бага хэмжээгээр тодорхойлж болно [3,4].
Зураг 1: Схемийн дүрслэл: Лазер Гибрид гагнуур
Лазерын цацрагийн шингээлт нь ажлын хэсгийн гадаргуугийн температураас ихээхэн хамаардаг. Лазерын гагнуурын процесс эхлэхээс өмнө, ялангуяа хөнгөн цагаан гадаргуу дээр анхны ойлтыг даван туулах ёстой. Үүнийг тусгай эхлүүлэх програмаар гагнуур эхлүүлснээр хийж болно. Ууршилтын температурт хүрсний дараа уурын хөндий үүсч, үүний үр дүнд бараг бүх цацрагийн энерги ажлын хэсэгт орж болно. Тиймээс үүнд шаардагдах энергийг температураас хамааралтай шингээлт болон алдагдсан энергийн хэмжээгээр тодорхойлно.
ажлын хэсгийн үлдсэн хэсэгт дамжуулах замаар. Лазер Гибрид гагнуурын үед ууршилт нь зөвхөн ажлын хэсгийн гадаргуугаас төдийгүй дүүргэгч утсаар явагддаг бөгөөд энэ нь илүү их металлын уур байдаг гэсэн үг бөгөөд энэ нь эргээд лазерын цацрагийн оролтыг хөнгөвчилдөг. Энэ нь мөн процесс тасалдахаас сэргийлдэг [5, 6, 7, 8, 9].
4. Автомашины хэрэглээ:
Сансрын хүрээний технологийг ашигласнаар ган машины кузовтой харьцуулахад жинг 43%-иар бууруулах боломжтой.
Зураг 2: Audi Space frame A2 концепт
Audi A2 Space загварын хүрээ нь 30 м лазер (2-р зурагт шар өнгийн тууз) болон 20 м MIG гагнуурын уртаас бүрдэнэ. Үүнээс гадна 1700 тав ашигладаг.
Зураг 3: Ауди-А2 дээрх профайлууд болон холбох техникүүдийн харьцуулалт
Зураг 4-т ALMg3 цутгамал материалын AlMgSi хуудас материалтай лазер гибрид гагнасан холболтыг харуулав. Дүүргэгч утас нь AlSi5 бөгөөд ашигласан хамгаалалтын хий нь аргон юм. Лазерын хүч нэмэгдэхийн хэрээр илүү гүнзгий нэвтрэх боломжтой. Лазер туяаг нумтай ийм байдлаар хослуулснаар лазер туяаны гагнуурын процессоос илүү том гагнуурын сан бий болно. Энэ нь илүү өргөн зайтай эд ангиудыг гагнах боломжтой болгодог.
Зураг 4: 0.5 мм-ийн зайтай давхцсан холбоос
Автомашины үйлдвэрлэлд үе шат бэлтгэхгүйгээр давхардсан гагнуурын олон хэрэглээ байдаг. Одоогийн байдлаар энэхүү гагнуурын ажлын хамгийн сүүлийн үеийн процесс бол AA 6xxx хайлшийг халуун хагарлаас болж хүйтэн дүүргэгч утсаар лазер гагнах явдал юм. Үе шатыг дүүргэгч утсаар гагнах үед дүүргэгч утсыг хайлуулахын тулд лазерын энергийн ихээхэн хэсэг алдагдана.
Дараагийн зураг нь 2.4м/мин гагнуурын хурдтай давхцсан холбоос дээр LaserHybrid болон Laser гагнуурын ялгааг харуулж байна. Лазер гагнуурын хувьд гагнуурын ирмэгийг дүүргэх боломжгүй бөгөөд доод зүсэлт үүсдэг. Түүнчлэн, суурь материал руу маш бага нэвтрэлт байдаг. Гагнуурын ирмэгийн өргөн маш бага тул суналтын бат бэх бага байх төлөвтэй байна. LaserHybrid гагнуурын хувьд,
Нэмэлт материалыг гагнуурын санд зөөвөрлөнө. Доод хэсгийг MIG процессоос гарсан утсаар дүүргэж, лазерын энергийн нэг хэсгийг хэмнэдэг. Энэхүү хэмнэгдсэн лазерын энергийг суурь материал руу нэвтрэх чадварыг нэмэгдүүлэхэд ашиглаж болох бөгөөд гагнуурын ирмэгийн өргөн нь тоон симуляциас шаардагдах материалын зузаанаас том байна.
Зураг 5. Дүүргэгч утасгүй LaserHybrid болон Laser гагнуурын харьцуулалт
Лазер Гибрид гагнуурын аргаар 4 мм хүртэл зузаантай хөнгөн цагаан, ган, зэвэрдэггүй ган материалыг гагнах боломжтой. Хэрэв зузаан нь хэт өндөр байвал бүрэн нэвтрэх боломжгүй. Цайраар бүрсэн материалыг холбоход лазер гагнуурын процессыг ашиглах нь зүйтэй.
Автомашины салбарт цаашдын хэрэглээнд цахилгаан дамжуулагч, тэнхлэг, машины кузов багтдаг бөгөөд лазер эрлийз гагнуурын процесс тохиромжтой байж болно.
Гагнуурын толгой:
Гагнуурын толгой нь жижиг геометрийн хэмжээстэй байх ёстой бөгөөд ингэснээр гагнах эд ангиудад, ялангуяа автомат их биеийн салбарт сайн хүртээмжтэй байх боломжтой. Түүнчлэн, роботын толгойтой тохирох салгаж болох холболт, фокусын зай, бамбар зогсох зай зэрэг процессын хувьсагчдыг бүх Декартын координатад тохируулах боломжтой байхаар зохион бүтээгдсэн байх ёстой. Зураг 5-т процесс явагдаж байх үед гагнуурын толгойг харуулав. Гагнуурын процессын явцад үүсэх цацрал нь хамгаалалтын шилний бохирдлыг нэмэгдүүлдэг. Кварц шилийг хоёр талаас нь гэрэл тусгалын эсрэг материалаар бүрсэн бөгөөд лазерын оптик системийг эвдрэлээс хамгаалах зориулалттай.
Бохирдлын зэргээс хамааран шилэн дээр хуримтлагдсан цацрал нь ажлын хэсэгт нөлөөлж буй лазерын хүчийг 90% хүртэл бууруулж болзошгүй. Илүү их бохирдол нь ерөнхийдөө хамгаалалтын шилийг устгахад хүргэдэг, учир нь цацрагийн энергийн ийм их хувийг шил өөрөө шингээж, шилэнд дулааны стресс үүсгэдэг. Энэхүү гагнуурын толгой болон гагнуурын төхөөрөмжийн тусламжтайгаар үүнийг LaserHybrid гагнуур, лазер гагнуур, MSG гагнуур гэх мэтэд ашиглах боломжтой.Лазер халуун утсаар гагнах.
Зураг 6: Гагнуурын толгой ба процесс
5. Лазер эрлийз гагнуурын давуу талууд:
Нуман болон лазер туяаг нэгтгэснээр дараах давуу талууд бий болно: Лазер гибрид гагнуур нь лазер гагнуураас давуу талууд:
• илүү өндөр процессын тогтвортой байдал
• гүүрний чанар өндөр
• илүү гүн нэвтрэх
• хөрөнгө оруулалтын зардал бага
• илүү уян хатан чанар
MIG гагнуураас лазер гибрид гагнуурын давуу талууд:
• гагнуурын хурд өндөр
• гагнуурын өндөр хурдтай үед илүү гүн нэвтрэх
• бага дулааны оролт
• суналтын бат бэх өндөр
• нарийн гагнуурын оёдол
Зураг 7: Хоёр үйл явцыг хослуулах давуу талууд
Нуман гагнуурын процесс нь бага өртөгтэй эрчим хүчний эх үүсвэр, сайн гүүрний чадвар, дүүргэгч металл нэмэх замаар бүтцэд нөлөөлөх чадвараараа онцлог юм. Нөгөөтэйгүүр, лазер туяаны процессын онцлог шинж чанарууд нь гагнуурын гүн их, гагнуурын хурд өндөр, дулааны ачаалал бага, нарийн гагнуурын оёдол юм. Тодорхой цацрагийн нягтралаас дээш лазер туяа нь металл материалд "гүн гагнуурын эффект" үүсгэдэг бөгөөд энэ нь лазерын хүч хангалттай өндөр байх тохиолдолд илүү их хананы зузаантай эд ангиудыг гагнах боломжийг олгодог. Тиймээс лазерын эрлийз гагнуур нь гагнуурын хурдыг нэмэгдүүлэх, нуман болон лазер туяаны харилцан үйлчлэлээс үүдэлтэй процессыг тогтворжуулах, дулааны үр ашгийг нэмэгдүүлэх, ажлын хэсгийн хүлцлийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Гагнуурын сан нь MIG процессоос бага тул дулааны оролт бага, улмаар дулаанд өртөх бүс бага байдаг. Энэ нь гагнуурын ажил бага гэсэн үг юм.
гажуудал нь гагнуурын дараах шулуун болгох ажлын хэмжээг бууруулдаг.
Хоёр тусдаа гагнуурын цөөрөм байгаа тохиолдолд нуманаас дараагийн дулааны оролт нь лазер туяа - гагнасан хэсэгт - ялангуяа гангийн хувьд - гагнуурын дараа хатууруулах боловсруулалт хийж, хатуулгийн утгыг давхаргын дагуу илүү жигд тараана гэсэн үг юм. Зураг 6-д хосолсон (өөрөөр хэлбэл эрлийз) процессын давуу талуудыг нэгтгэн харуулав.
Одоо лазер гагнуураас эрлийз гагнуурын эдийн засгийн давуу талуудын талаар авч үзвэл дараах мэдэгдлийг хийж болно: Гагнуурын оёдол нь лазер гагнуурын нэг хэсэг, MIG гагнуурын нэг хэсэг юм. Эрлийз процесс нь лазер туяаны чадлыг бууруулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь лазер туяаны аппарат нь ердөө 3% үр ашигтай байдаг тул лазерын эх үүсвэрийн эрчим хүчний хэрэглээг эрс бууруулж болно гэсэн үг юм. Өөрөөр хэлбэл: Ажлын материалд нөлөөлөх лазер туяаны чадлыг 1 кВт-аар бууруулах нь цахилгааны сүлжээнээс зарцуулсан эрчим хүчийг ойролцоогоор 35 кВА-аар бууруулахад хүргэдэг.
Лазер туяаны аппарат нь 1 кВт тутамд 0.1 м орчим еврогийн үнэтэй байдаг.лазерын цацрагийн хүчГанцхан жишээ дурдахад, эрлийз процессыг ашигласнаар 4 кВт-ын цацрагийн хүчин чадалтай лазерын оронд 2 кВт-ын лазер туяаны аппарат ашиглах боломжтой болсон тохиолдолд хөрөнгө оруулалтын зардлыг 0.2 сая еврогоор хэмнэх боломжтой. Гэсэн хэдий ч эрлийз процессын хувьд ойролцоогоор 20,000 еврогийн үнэтэй MIG машин шаардлагатай гэдгийг санах хэрэгтэй.
Гагнуурын хурд өндөр байгаа тул үйлдвэрлэлийн хугацаа болон гагнуурын зардлыг хоёуланг нь бууруулах боломжтой.
6. Лазер халуун утсан гагнуур:
Лазер туяаг дүүргэгч утастай хослуулах өөр нэг боломж бол LaserHotwire процесс юм [10]. Энэ процедурт дүүргэгч утсыг ижил тэжээлийн эх үүсвэрээр урьдчилан халаадаг бөгөөд үүнийг дараах зорилгоор ашиглаж болно.Лазер эрлийз гагнуурын үйл явцДүүргэгч утас нь 100 А-аас 220 А хүртэлх гүйдлийн ачаалалтай. Утасны тэжээлийн хурд нь гагнуурын ирмэгийн хөндлөн огтлол болон гагнуурын хурдаас хамаарна. Дүүргэгч металлын хэмжээгээр гагнуур нь гагнуурын ижил төстэй гагнуурын оёдлоос илүү хялбар өнгөлж болох хэвний материалыг санал болгодог. Хуудасны эд ангиудыг гагнах замаар засварын ажлыг гагнасан холболтоос илүү хялбар аргаар хийж болно. LaserHotwire гагнуурын нэг давуу тал нь гагнуурын бүсийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал юм.
Дүүргэгч металлын хувьд SG-CuSi3 зэрэг хямд зэс суурьтай хайлшийг ашигладаг бөгөөд аргон нь хамгаалалтын хий болдог.
Зураг 8: Схемийн дүрслэлЛазер халуун утсаар гагнах:
Дараагийн зурагт Лазер халуун утсаар гагнасан материалын хөндлөн огтлолыг харуулав. Цайраар бүрсэн материалыг 3 м/мин хурдтайгаар гагнаж, дүүргэгч утсан дээрх гүйдлийн ачаалал 205 А байна. Дулааны оролт маш бага тул гагнуурын процессын үр дүн нь бага гажуудал юм.
7. Хураангуй:
Лазер эрлийз гагнуур нь металл боловсруулах салбарт өргөн хүрээний хэрэглээнд синерги санал болгодог цоо шинэ технологи бөгөөд ялангуяа шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсгийн хүлцэлд хүрэх боломжгүй эсвэл санхүүгийн хувьд боломжгүй үед...лазер туяагаар гагнахХэрэглээний илүү өргөн хүрээ болон хосолсон процессын өндөр хүчин чадал нь хөрөнгө оруулалтын зардлыг бууруулах, үйлдвэрлэлийн хугацааг богиносгох, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулах, бүтээмжийг нэмэгдүүлэх зэргээр өрсөлдөх чадварыг нэмэгдүүлдэг.
Лазер Гибрид процесс нь хөнгөн цагаан гагнуурын шинэ аргыг санал болгодог. Гэсэн хэдий ч хатуу төлөвт лазерын гаралтын өндөр чадлын ачаар практикт ашиглаж болох тогтвортой процесс харьцангуй саяхан л боломжтой болсон. Олон тооны судалгаагаар лазер-нуман-гибрид гагнуурын процессын үндсийг судалсан. "Гибрид гагнуурын процесс" гэдэг нь бид лазер туяа гагнуур болон нуман гагнуурын процессын хослолыг зөвхөн нэг процессын бүс (плазм ба хайлмал)-тай холбож хэлж байна. Үндсэн судалгааны судалгаагаар хоёр процессыг хослуулснаар синергид хүрч, тусдаа процесс бүрийн сул талыг нөхөж, олон янзын материал, хийцэд гагнуурын боломж, гагнуурын чадвар, гагнуурын найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэх боломжтой процесс боломжтой болохыг харуулсан. Ялангуяа үүнийг хөнгөн цагаан хайлшийн хувьд харуулсан. Үйл явцын таатай параметрүүдийг сонгосноор геометр болон бүтцийн бүтэц зэрэг гагнуурын шинж чанарт сонгон нөлөөлөх боломжтой. Нуман гагнуурын процесс нь дүүргэгч металл нэмснээр гүүрний чадварыг нэмэгдүүлдэг; мөн гагнуурын давхаргын өргөнийг тодорхойлдог тул шаардлагатай ажлын хэсгийн бэлтгэлийн хэмжээг бууруулдаг. Түүнчлэн, процессуудын хооронд явагдаж буй харилцан үйлчлэл нь процессын үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Энэхүү хосолсон процесс нь лазер гагнуурын процессоос хамаагүй бага хөрөнгө оруулалтын зардал шаарддаг.
Лазер халуун утсан гагнуурын процессыг ялангуяа цайраар бүрсэн материалд зэврэлтээс сайн тэсвэртэй болгохын тулд ашиглаж болно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 4-р сарын 18
