Spawanie laserowo-hybrydowe
Spawanie laserowo-hybrydowe to rodzaj procesu spawania, który łączy w sobie zasady spawania wiązką laserową i spawania łukowego .
Połączenie światła laserowego i łuku elektrycznego w połączony proces spawania istnieje od lat 70. XX wieku, ale dopiero niedawno zostało wykorzystane w zastosowaniach przemysłowych. Istnieją trzy główne typy procesu spawania hybrydowego, w zależności od stosowanego łuku: TIG , plazmowe lub MIG ze wspomaganiem laserowym. Podczas gdy spawanie laserowe wspomagane TIG było pierwszym przedmiotem badań, MIG jako pierwszy wszedł do przemysłu i jest powszechnie znany jako hybrydowe spawanie laserowe.
Podczas gdy na początku źródła laserowe wciąż musiały udowadniać swoją przydatność do zastosowań przemysłowych, dziś są one standardowym wyposażeniem wielu przedsiębiorstw produkcyjnych. Połączenie spawania laserowego z innym procesem spawania nazywa się „procesem spawania hybrydowego”. Oznacza to, że wiązka lasera i łuk elektryczny działają jednocześnie w jednej strefie spawania, wpływając na siebie i wspierając się.
Laser
Spawanie laserowe wymaga nie tylko dużej mocy lasera, ale także wysokiej jakości wiązki, aby uzyskać pożądany „efekt głębokiego spawania”. Wynikająca z tego wyższa jakość wiązki może być wykorzystana do uzyskania mniejszej średnicy ogniska lub większej odległości ogniskowej. W tym procesie stosuje się różne typy laserów, w szczególności Nd:YAG, w przypadku których światło lasera może być transmitowane przez chłodzone wodą włókno szklane. Wiązka jest kierowana na obrabiany przedmiot za pomocą układu optycznego kolimującego i skupiającego . Laser na dwutlenek węgla może być również stosowany tam, gdzie wiązka jest transmitowana przez soczewki lub lustra.
Proces laserowo-hybrydowy
W przypadku spawania obiektów metalowych wiązka lasera jest skupiana w celu uzyskania intensywności przekraczającej 1 MW/cm 2 . Kiedy wiązka lasera uderza w powierzchnię materiału, punkt ten nagrzewa się do temperatury parowania, aw metalu spoiny tworzy się komora parowa z powodu wydostających się oparów metalu. Nazywa się to dziurką od klucza. Niezwykłą cechą spoiny jest wysoki stosunek głębokości do szerokości. Gęstość przepływu energii swobodnie palącego się łuku wynosi nieco ponad 100 kW/ cm2 . W przeciwieństwie do podwójnego procesu, w którym dwa oddzielne procesy spawania działają kolejno, spawanie hybrydowe można postrzegać jako połączenie obu procesów spawania działających jednocześnie w jednej i tej samej strefie procesu. W zależności od rodzaju zastosowanego procesu łukowego lub laserowego oraz w zależności od parametrów procesu oba systemy będą oddziaływać na siebie w różny sposób.
Połączenie procesu laserowego i procesu łukowego powoduje zwiększenie zarówno głębokości wtopienia spoiny, jak i prędkości spawania (w porównaniu z każdym procesem osobno). Opary metalu wydostające się z wnęki parowej oddziałują na plazmę łuku. Absorpcja promieniowania laserowego w plazmie obróbczej pozostaje znikoma. W zależności od stosunku dwóch wejść mocy, charakter całego procesu może być określony głównie przez laser lub przez łuk.
Na absorpcję promieniowania laserowego istotny wpływ ma temperatura powierzchni przedmiotu obrabianego. Przed rozpoczęciem procesu spawania laserowego należy pokonać początkowy współczynnik odbicia, zwłaszcza na powierzchniach aluminiowych . Można to osiągnąć przez wstępne podgrzanie materiału. W procesie hybrydowym łuk nagrzewa metal, pomagając w sprzężeniu wiązki laserowej. Po osiągnięciu temperatury odparowania tworzy się komora parowa i prawie cała energia promieniowania może zostać wprowadzona do przedmiotu obrabianego. Potrzebna do tego energia jest więc określona przez absorpcję zależną od temperatury i przez ilość energii traconej przez przewodzenie do pozostałej części przedmiotu obrabianego. W spawaniu laserowo-hybrydowym przy użyciu metody MIG odparowywanie odbywa się nie tylko z powierzchni przedmiotu obrabianego, ale także z drutu elektrodowego, dzięki czemu dostępna jest większa ilość oparów metalu ułatwiających absorpcję promieniowania laserowego.
Zmęczenie
Przez lata przeprowadzono wiele badań, aby zrozumieć zachowanie zmęczeniowe, szczególnie w przypadku nowych technik, takich jak spawanie laserowo-hybrydowe, ale wiedza jest nadal ograniczona. Spawanie laserowo-hybrydowe to zaawansowana technologia spawania, która umożliwia tworzenie wąskich, głębokich spawów i zapewnia większą swobodę w kontrolowaniu geometrii powierzchni spoiny. W związku z tym analiza zmęczeniowa i przewidywanie trwałości hybrydowych złączy spawanych nabrały większego znaczenia i są przedmiotem ciągłych badań.
