Методи за заваряване на микро и малки детайли Лазерното заваряване е ефикасен и прецизен метод на заваряване, който използва лазерен лъч с висока енергийна плътност като източник на топлина. Това е едно от важните приложения на технологията за лазерна обработка на материали. През 70-те години на миналия век се използва главно за заваряване на тънкостенни материали и нискоскоростно заваряване, а процесът на заваряване принадлежи към типа топлопроводимост. По-специално, лазерното лъчение нагрява повърхността на детайла, а топлината от повърхността се разпространява навътре чрез топлопроводимост. Чрез контролиране на параметри като ширина, енергия, пикова мощност и честота на повторение на лазерните импулси, детайлът се разтопява, за да образува специфична разтопена вана. Благодарение на уникалните си предимства, то е успешно приложено в...прецизно заваряване на микро и малки детайли.Китайската технология за лазерно заваряване се нарежда сред най-модерните в света. Тя притежава технологията и възможността да формира сложни компоненти от титаниеви сплави с площ над 12 квадратни метра с помощта на лазер и е била приложена в производството на прототипи и продукти в множество местни авиационни изследователски проекти. През октомври 2013 г. китайски експерт по заваряване спечели наградата „Брук“, най-високото академично отличие в областта на заваряването, което потвърди световното ниво на лазерно заваряване на Китай.
## История на развитието Първият в света лазерен лъч е генериран през 1960 г. чрез възбуждане на рубинени кристали с импулсна лампа. Ограничен от топлинния капацитет на кристала, той може да произвежда само много кратки импулсни лъчи с ниска честота. Въпреки че моменталната пикова енергия на импулса може да достигне до 10^6 вата, тя все пак принадлежи към нискоенергийните лъчи. Кристален прът от итриево-алуминиев гранат (Nd:YAG), легиран с неодим, с неодим (Nd) като възбуждащ елемент, може да генерира непрекъснат лазерен лъч с една дължина на вълната и мощност от 1-8 kW. YAG лазерът с дължина на вълната 1,06 μm може да бъде свързан към лазерната обработваща глава чрез гъвкаво оптично влакно, което се отличава с гъвкаво разположение на оборудването и е подходящ за заваряване на детайли с дебелина от 0,5-6 mm. CO₂ лазерът, използващ въглероден диоксид като възбудител (с дължина на вълната 10,6 μm), може да постигне изходна енергия до 25 kW и да реализира еднократно заваряване с пълно проникване на плочи с дебелина 2 мм. Той е широко използван в металообработката в индустриалния сектор. В средата на 80-те години на миналия век лазерното заваряване, като нова технология, привлича широко внимание в Европа, Съединените щати и Япония. През 1985 г. ThyssenKrupp Steel AG (Германия) и Volkswagen AG (Германия) си сътрудничат, за да внедрят успешно първата в света лазерно заварена заготовка върху каросерията на Audi 100. През 90-те години на миналия век големите производители на автомобили в Европа, Северна Америка и Япония започват широко да използват технологията за лазерно заваряване на заготовки в производството на автомобилни каросерии. Практическият опит както от лаборатории, така и от производители на автомобили доказва, че лазерно заварените заготовки могат да се прилагат успешно в производството на автомобилни каросерии. Лазерното заваряване по поръчка използва лазерна енергия за автоматично снаждане и заваряване на различни видове стомани, неръждаеми стомани, алуминиеви сплави и др. с различни материали, дебелини и покрития в интегрирана плоча, профил или сандвич панел. Това отговаря на различните изисквания за материални характеристики на компонентите и постига леко оборудване с най-ниско тегло, оптимална структура и най-добри характеристики. В развитите страни като Европа и Съединените щати,лазерно заваряване по поръчкаИзползва се не само в производството на транспортно оборудване, но и широко в области като строителство, мостове, производство на заваръчни плочи за домакински уреди и заваряване на стоманени плочи във валцови линии (свързване на плочи при непрекъснато валцоване). Световноизвестни предприятия за лазерно заваряване включват Soudonic (Швейцария), ArcelorMittal Group (Франция), ThyssenKrupp TWB (Германия), Servo-Robot (Канада) и Precitec (Германия). Приложението на технологията за лазерно заваряване на заготовки в Китай току-що започна. На 25 октомври 2002 г. официално беше пусната в експлоатация първата професионална търговска производствена линия в Китай за лазерно заварени заготовки. Тя беше представена от Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding от ThyssenKrupp TWB (Германия). По-късно Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. и други предприятия бяха последователно пуснати в производство. През 2003 г. чуждестранни страни реализираха двулъчевото CO₂ лазерно заваряване с тел за запълване и...YAG лазерно заваряване с пълнителна телза конструкцията на долния стенен панел от алуминиева сплав A318. Тази технология замени традиционната нитована конструкция, намалявайки теглото на фюзелажа на самолета с 20% и спестявайки 20% от разходите. Гунг Шуили вярваше, че технологията за лазерно заваряване ще играе важна роля в трансформацията и модернизирането на традиционната авиационна индустрия в Китай. Той незабавно кандидатства за редица свързани предварителни изследователски проекти, организира изследователски екип и пое водеща роля във въвеждането на технологията за „двулъчево лазерно заваряване“ в изследователски проекти в Китай. От самото начало той планира да приложи тази технология в производството на самолети. Китайският експертен екип докладва предварителната технология на институт за проектиране на самолети и популяризира предимствата и осъществимостта на двулъчевото лазерно заваряване. След множество проверки и оценки, институтът за проектиране реши да приложи тази технология за производството на оребрени стенни панели за определен самолет, постигайки първоначалната цел за прилагане на технологията за „двулъчево лазерно заваряване“ в производството на самолети. Компанията проби ключови технологии като прецизен контрол на лазерно заваряване на леки сплави, разработи интегрирано и иновативно хибридно устройство за заваряване с двулъчев лазер, създаде първата в Китай високомощна двулъчева лазерна заваръчна тел, реализира двулъчево и двустранно синхронно заваряване на Т-образни съединения в големи тънкостенни конструкции и успешно го приложи за първи път в производството на ключови структурни части на авиационни оребрени стенни панели, играейки важна роля в разработването на новите самолети на Китай. През 2003 г. първият местен голямомащабен комплект оборудване за онлайн заваряване на ленти, предоставен от HG Laser, премина офлайн приемане. Това оборудване интегрира лазерно рязане, заваряване и термична обработка, което прави HG Laser едно от четвъртите предприятия в света, способни да произвеждат такова оборудване. През 2004 г. проектът „Високомощно лазерно рязане, заваряване и комбинирана технология и оборудване за обработка на рязане и заваряване“ на HG Laser Farley Laserlab спечели втората награда на Националната награда за научен и технологичен прогрес, което го прави единственото лазерно предприятие в Китай с капацитет за научноизследователска и развойна дейност на тази технология и оборудване. С бързото развитие на индустриалната лазерна индустрия, пазарът постави по-високи изисквания към технологията за лазерна обработка. Лазерната технология постепенно се измести от единично приложение към разнообразни приложения. По отношение на лазерната обработка, тя вече не се ограничава до единично рязане или заваряване. Пазарното търсене на интегрирано оборудване за лазерна обработка, което комбинира рязане и заваряване, се увеличава и по този начин се появи интегрирано оборудване за лазерно рязане и заваряване. HG Laser Farley Laserlab разработи интегрираната машина за рязане и заваряване Walc9030 с ултра голям формат 9×3 метра, която в момента е най-голямото интегрирано оборудване за лазерно рязане и заваряване в света. Walc9030 е оборудване за лазерно рязане и заваряване с голям формат, което интегрира...функции за лазерно рязане и лазерно заваряванеОборудван е с професионална режеща глава и заваръчна глава, като двете обработващи глави споделят един лъч. Технологията за числено управление гарантира, че те не си пречат взаимно. Оборудването може да изпълнява едновременно два процеса, изискващи рязане и заваряване. Може свободно да превключва между рязане първо и заваряване или заваряване първо и рязане, реализирайки както функции за лазерно рязане, така и заваряване с едно оборудване, без необходимост от допълнително оборудване. Това спестява разходи за оборудване за производителите на приложения, подобрява ефективността на обработката и обхвата на обработка. Освен това, благодарение на интеграцията на рязане и заваряване, точността на обработката е напълно гарантирана, а производителността на оборудването е ефективна и стабилна. Освен това, то е преодоляло трудностите при термична деформация на плочите по време на заваряването на ултра големи плочи и е постигнало стабилна реализация на ултра дълги оптични пътища. Може да заварява едновременно две плоски плочи с дължина 6 метра и ширина 1,5 метра, а заварената повърхност е гладка и равна без допълнителна последваща обработка. В същото време може да реже плочи с ширина 3 метра, дължина над 6 метра и дебелина по-малка от 20 мм в един процес на формоване без вторично позициониране. Институтът по автоматизация в Шенян към Китайската академия на науките осъществи международно сътрудничество с корпорация IHI (Япония). Следвайки националната стратегия за научно-технологично развитие „въвеждане, усвояване, абсорбция и реиновации“, той преодоля няколко ключови технологии...лазерно заваряване по поръчка, разработи първия в Китай комплект цялостни производствени линии за лазерно заваряване по поръчка през септември 2006 г. и успешно разработи роботизирана система за лазерно заваряване, реализираща лазерно заваряване на равнинни и пространствени криви. През октомври 2013 г. китайски експерт по заваряване спечели наградата Brook, най-високото академично отличие в областта на заваряването. Институтът по заваряване (TWI, Великобритания) препоръчва и номинира кандидати всяка година от повече от 4000 звена-членки в над 120 страни и накрая присъжда тази награда на един експерт в знак на признание за изключителния му принос към науката и технологиите на заваряването или съединяването и неговото промишлено приложение. Тази награда е не само признание за Гонг Шуили и неговия екип, но и потвърждение на ролята на AVIC в насърчаването на напредъка на технологиите за съединяване на материали.
## Структурни параметри
### Работно оборудване Състои се от оптичен осцилатор и среда, поставена между огледалата в двата края на кухината на осцилатора. Когато средата е възбудена до високоенергийно състояние, тя започва да генерира синфазни светлинни вълни, които се отразяват напред-назад между огледалата в двата края, образувайки фотоелектричен конкатенационен ефект. Това усилва светлинните вълни и когато се получи достатъчно енергия, се излъчва лазер. Лазерът може да се определи и като устройство, което преобразува първични енергийни източници като електрическа енергия, химическа енергия, топлинна енергия, светлинна енергия или ядрена енергия в електромагнитни лъчи със специфични оптични честоти (ултравиолетова светлина, видима светлина или инфрачервена светлина). Това преобразуване може лесно да се осъществи в определени твърди, течни или газообразни среди. Когато тези среди са възбудени под формата на атоми или молекули, те произвеждат светлинен лъч с почти еднаква фаза и почти една дължина на вълната - лазер. Поради свойството си да е синфазен и да има една дължина на вълната, ъгълът на дивергенция е много малък и той може да се предава на голямо разстояние, преди да бъде силно концентриран, за да осигури функции като заваряване, рязане и термична обработка. ### Класификация на лазерите За заваряване се използват основно два вида лазери, а именно CO₂ лазери и Nd:YAG лазери. Както CO₂ лазерите, така и Nd:YAG лазерите са невидима с невъоръжено око инфрачервена светлина. Лъчът, генериран от Nd:YAG лазера, е предимно близка инфрачервена светлина с дължина на вълната 1,06 μm. Термопроводниците имат относително висок коефициент на поглъщане за светлината с тази дължина на вълната и за повечето метали отражателната способност е 20%-30%. Близкият инфрачервен лъч може да бъде фокусиран до диаметър 0,25 mm с помощта на стандартни оптични лещи. Лъчът на CO₂ лазера е далечна инфрачервена светлина с дължина на вълната 10,6 μm. Повечето метали имат отражателна способност 80%-90% за този тип светлина, така че са необходими специални оптични лещи, за да се фокусира лъчът до диаметър 0,75-1,0 mm. Мощността на Nd:YAG лазерите обикновено може да достигне около 4000-6000 W, а максималната мощност вече е достигнала 10 000 W. За разлика от това, мощността на CO₂ лазерите може лесно да достигне 20 000 W или дори по-висока. Високомощните CO₂ лазери решават проблема с високата отражателна способност чрез ефекта на ключалката. Когато повърхността на материала, облъчена от светлинното петно, се разтопи, се образува ключалка. Тази ключалка, изпълнена с пара, е като черно тяло, което абсорбира почти цялата енергия на падащата светлина. Равновесната температура вътре в ключалката достига около 25 000°C, а отражателната способност намалява бързо в рамките на няколко микросекунди. Въпреки че фокусът на разработването на CO₂ лазери все още е върху разработването и изследванията на оборудването, вече не става въпрос за увеличаване на максималната изходна мощност, а за това как да се подобри качеството на лъча и неговата фокусираща производителност. Освен това, когато аргонът се използва като защитен газ за CO₂ лазерно заваряване с мощност над 10 kW, той често индуцира силна плазма, което намалява дълбочината на проникване. Следователно, хелий, който не генерира плазма, често се използва като защитен газ за високомощно CO₂ лазерно заваряване. Приложението на диодни лазерни комбинации за възбуждане на високомощни Nd:YAG кристали е важна тема за изследвания и разработки, която значително ще подобри качеството на лазерните лъчи и ще доведе до по-ефективна лазерна обработка. Използването на директни диодни решетки за възбуждане и извеждане на лазери в близката инфрачервена област е постигнало средна мощност от 1 kW и ефективност на фотоелектрическото преобразуване от близо 50%. Диодите също така имат по-дълъг експлоатационен живот (10 000 часа), което спомага за намаляване на разходите за поддръжка на лазерното оборудване. Разработването на оборудване за диодно напомпвани твърдотелни лазери (DPSSL) също напредва.
Време на публикуване: 27 август 2025 г.
