Sudarea cu laser este o metodă de îmbinare a două materiale prin utilizarea unui fascicul laser ca sursă de căldură concentrată pentru a topi și a topi materialele la punctul lor de contact. Oferă avantaje față de tehnicile tradiționale de sudare, cum ar fi viteză mai mare, automatizare mai ușoară, calitate și precizie îmbunătățite și opțiuni extinse pentru materiale.Sudare cu laser la recese referă la un subset de metode de sudare cu laser care implică un aport de căldură mult mai mic în comparație cu sudarea cu laser standard. Dar cum funcționează și care sunt principalele tehnici de sudare cu laser la rece folosite astăzi?
Aport de căldură mai scăzut
Prin definiție, sudarea cu laser la rece utilizează o densitate de putere laser și un aport de căldură semnificativ mai redus decât metodele de sudare prin fuziune la cald. Acest lucru permite îmbinarea mai multor materiale sensibile la căldură, cum ar fi materialele plastice sau foliile subțiri, cu mai puține deformari, ardere sau alte daune termice în comparație cu sudarea cu laser mai fierbinte.[1]
Tehnicile obișnuite de sudare cu laser la rece furnizează doar 25-30% din consumul de energie utilizat în sudarea laser convențională. Acest lucru echivalează cu densități de putere sub 1 megawatt pe centimetru pătrat și temperaturi de vârf sub 2500 de grade F la suprafețele liniei de legătură.[2]
Căldura mai scăzută minimizează deformarea pieselor și modificările metalurgice riscante ale componentelor sudate. De asemenea, permite legături de succes în materiale foarte reflectorizante, cum ar fi aluminiul sau cuprul, care ar devia în mod normal cantități mai mari de energie laser în loc să o absoarbă.[3]
Principalele tehnici de sudare cu laser la rece
Cele trei categorii principale de sudare cu laser considerate tehnici la rece includ:
1. Sudare cu laser cu densitate redusă
Aceasta implică reducerea densității de putere a laserelor standard cu stare solidă sau cu fibră la 0,5 megawați pe cm2 sau mai puțin. Permite suduri de până la 0,5 mm adâncime, minimizând în același timp aportul de căldură și impactul metalurgic asupra aliajelor sensibile.[4]
2. Scanare sudare cu laser
Această metodă oscilează sau scanează rapid fasciculul laser peste cusătură în timp ce declanșează impulsul. Combinația dintre un fascicul mai larg și o mișcare rapidă limitează aportul de căldură, în ciuda utilizării densităților de putere de peste 2 megawați pe cm2. Facilitează sudarea aliajelor aerospațiale exotice și a urechilor bateriei.[5]
3. Microsudura cu laser
Aceasta utilizează diode laser în infraroșu care emit lungimi de undă reglate la vârfurile de absorbție ale polimerilor. Controlând cu atenție emisia sub 150 wați, se creează suduri înguste cu mai puțin de 0,1 mm adâncime, dar suficient de puternice pentru componente precum cateterele medicale și microelectronica.[6],[7]
Avantaje față de sudarea cu laser standard
În timp ce vitezele și adâncimile maxime de sudură sunt limitate, tehnicile cu laser la rece oferă avantaje, inclusiv:
- Minimizarea distorsiunii pieselor și a modificărilor nocive ale metalurgiei
- Evitarea deteriorării termice și a pierderii temperamentului în aliajele sensibile
- Facilitează legături puternice de precizie în materiale foarte reflectorizante și conductoare anterior nesudabile
- Îmbinarea perechilor de materiale termoplastice și polimere diferite, predispuse la degradare termică
- Permite sudarea automată a foliilor extrem de subțiri până la 0,05 mm grosime [8]
Prin urmare, sudarea cu laser la rece umple o nișă importantă - facilitând îmbinarea complicată a metalelor, materialelor plastice și amestecurilor de materiale incompatibile cu metodele convenționale de sudare cu laser mai fierbinți.
Aplicații care profită
Industriile aerospațiale, electronice și dispozitive medicale, în special, adoptă soluții de sudură cu laser la rece pentru a profita de beneficii, cum ar fi asigurarea îmbinărilor de materiale solicitante cu distorsiuni minime pe componente mici și complicate.
Exemple de aplicații includ:
- Etanșarea ermetică a carcasei din titan pentru stimulatoare cardiace [9]
- Sudarea camerelor de vid exterioare pentru spectrometre de masă [10]
- Îmbinarea bobinelor de folie de nichel în generatoarele electrice, păstrând în același timp proprietățile magnetice [11]
- Polimeri de etanșare în plasturi de livrare de medicamente fără adezivi de lichefiere termică [12]
Așadar, în timp ce lucrează la scară mai mică, tehnicile cu laser la rece permit legături critice pentru misiune în aliaje de calitate spațială, instrumente de diagnostic și componente medicale care salvează vieți, unde menținerea proprietăților și dimensiunilor materialului de bază este primordială.
În concluzie
Sudarea cu laser la rece utilizează tehnici laser cu densitate energetică redusă care limitează aportul de căldură în timpul sudării de precizie. Menținerea temperaturilor scăzute minimizează distorsiunea pieselor și daunele metalurgice, permițând în același timp lipirea componentelor foarte reflectorizante și sensibile la căldură, care anterior erau interzise sudării prin fuziune la cald. Deși lucrează la micro-scări, laserul rece permite îmbinarea complicată a perechilor de materiale exotice și diferite, esențiale pentru aplicații de la sateliți la implanturi chirurgicale.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în cercetare și dezvoltare, producție și vânzare de mașini automate de placare cu laser, mașini de placare cu laser de mare viteză, mașini de stingere cu laser, mașini de sudură cu laser și echipamente de imprimare 3D cu laser. Produsele noastre sunt rentabile și vândute în țară și în străinătate. Dacă sunteți interesat de produsele noastre, vă rugăm să ne contactați labob@gshenglaser.com.
Referinte:
[1] Katayama, S. Manual de tehnologii de sudare cu laser. Editura Woodhead. 2013. p. 342.
[2] Ion JC Procesarea cu laser a materialelor de inginerie: principii, procedură și aplicare industrială. Elsevier. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Laser Welding: A Practical Guide. Editura Woodhead. 1992. p. 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Techniques for joining disimilar materials: metals and polymers. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Tehnici avansate pentru sudarea cu laser a polimerilor transparenti. Fizica Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Avansare și inovații recente în tehnologia de sudare cu fascicul laser. Optică și lasere în inginerie. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Laser Welding of Polymers Using High-Intensity Lasers. Jurnalul de Micro Nanoinginerie Laser. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Fenomene de sudare cu laser în sudarea foliei subțiri. Journal of Laser Applications. 2011 iunie 1;23(2):022005.
[9] L respectivampe T, Roos E. Investigații privind sudarea prin fuziune a aliajelor de titan pentru stimulatoare cardiace. Materiale pentru dispozitive medicale II: lucrări de la Conferința Materiale și procese pentru dispozitive medicale. 2004 noiembrie 8. p. 12-6.
[10] Synowicki RA. Probleme de material pentru camerele de vid sudate din titan în aplicațiile de spectrometrie de masă. A 18-a întâlnire tematică despre știința energiei de fuziune. 28 octombrie 1999.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Sudarea cu laser a oțelurilor electrice și consecințele sale tehnologice asupra miezurilor magnetice de curent alternativ. Tranzacții IEEE pe magnetică. 1992 septembrie;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Utilizarea procedeului de sudare cu transmisie laser pentru etanșarea dispozitivelor protetice pentru implantare. Cerere de brevet SUA US 06/938,069. 4 decembrie 1974.