Laserkiirkeevitus
Laserkeevitus on suure efektiivsusega ja ülitäpne keevitusmeetod, mis kasutab soojusallikana suure energiatihedusega laserkiirt. Keevitamist saab teha pidevate või impulsslaserkiirtega. Laserkeevituse põhimõtete kohaselt saab protsessid jagada kaheks: soojusjuhtivusega keevitamine ja lasersüvakeevitus. Võimsustihedus alla 104–105 W/cm2 viitab soojusjuhtivusega keevitusele. Sellisel juhul on läbitungimissügavus väike ja keevituskiirus madal; kui võimsustihedus on suurem kui 105–107 W/cm2, siis kuumuse mõjul metalli pind moodustab süvendi, moodustades sügava läbitungimiskeevituse.
FUNKTSIOONID
Kiire keevituskiiruse ja suure kuvasuhte omadused
Laserkiirkeevituses kasutatakse materjalide ühendamiseks üldiselt pidevat laserkiirt. Metallurgiline füüsikaline protsess on väga sarnane elektronkiirkeevitusega, st energia muundamise mehhanismi täiendab "võtmeaugu" struktuur.
Piisavalt suure võimsustihedusega laserkiirguse all materjal aurustub ja moodustab väikesed augud. See auruga täidetud väike auk on nagu must keha, neelates peaaegu kogu langeva kiire energia. Õõnsuse tasakaalutemperatuur on umbes 2500 °C. Soojus kandub kõrge temperatuuriga õõnsuse välisseinalt üle, sulatades õõnsust ümbritseva metalli. Väikesed augud täidetakse kõrge temperatuuriga auruga, mis tekib seinamaterjali pideval aurustumisel valgusvihu all.
Väikeste aukude neli seina ümbritsevad sulametalli ja vedel metall ümbritseb tahket materjali. (Enamikes tavapärastes keevitusprotsessides ja laserjuhtivkeevituses toimub energia esmalt (ladestub töödeldava detaili pinnale ja transporditakse seejärel ülekande teel sissepoole). Vedeliku vool väljaspool augu seina ja seina kihi pindpinevus on kooskõlas augu õõnsuses pidevalt tekkiva aururõhuga ja säilitavad dünaamilise tasakaalu. Valguskiir siseneb pidevalt väikesesse auku ja väikese augu välisküljel olev materjal voolab pidevalt. Valguskiire liikumisel on väike auk alati stabiilses vooluseisundis.
See tähendab, et väike auk ja seda ümbritsev sulametall liiguvad edasi juhtiva kiire edasiliikumiskiirusega. Sulmetall täidab väikese augu jäetud tühimiku ja seejärel kondenseerub, moodustades keevisõmbluse. Kõik ülaltoodud protsessid toimuvad nii kiiresti, et keevituskiirus võib kergesti ulatuda mitme meetrini minutis.
1. Laserkiirkeevitus on sulatuskeevitus, mille puhul kasutatakse energiaallikana laserkiirt, mis mõjutab keevisliitet.
2. Laserkiirt saab juhtida tasase optilise elemendi (näiteks peegli) abil ja seejärel projitseeritakse kiir keevisõmblusele peegeldava fokuseeriva elemendi või läätse abil.
3. Laserkeevitus on kontaktivaba keevitamine. Töö ajal ei ole rõhku vaja, kuid sulavanni oksüdeerumise vältimiseks on vaja inertgaasi. Lisandmetalli kasutatakse aeg-ajalt.
4. Laserkiirkeevitust saab kombineerida MIG-keevitusega, et moodustada laser-MIG-komposiitkeevitus, mis saavutab suure läbitungimisega keevituse, samas kui soojusenergia sisend on MIG-keevitusega võrreldes oluliselt väiksem.
Rakendused
Laserkeevitusmasinat kasutatakse laialdaselt sellistes täppistöötlusvaldkondades nagu autod, laevad, lennukid ja kiirraudteed. See on oluliselt parandanud inimeste elukvaliteeti ja edendanud ka kodumasinate tööstust täppistehnoloogia suunas.
Plasmakaare keevitamine
Plasmakaarkeevitus on sulatuskeevitusmeetod, mis kasutab keevitussoojusallikana suure energiatihedusega plasmakaarekiirt. Keevitamise ajal on ioongaas (mis moodustab ioonkaare) ja kaitsegaas (mis kaitseb sulavanni ja keevitusõmblust õhu kahjulike mõjude eest) puhas argoon. Plasmakaarkeevituses kasutatavad elektroodid on tavaliselt volframelektroodid ja mõnikord tuleb need täita metalliga (keevitustraat). Üldiselt kasutatakse alalisvoolu positiivse ühenduse meetodit (volframvarras ühendatakse negatiivse elektroodiga). Seega on plasmakaarkeevitus sisuliselt volframgaasiga varjestatud keevitamine, millel on surveefekt.
Plasmakaarkeevitust iseloomustavad energia kontsentratsioon, kõrge tootlikkus, kiire keevituskiirus, väike pingedeformatsioon ja stabiilne elektriline isolatsioon ning see sobib õhukeste plaatide ja karbimaterjalide keevitamiseks. See sobib eriti hästi erinevate tulekindlate, kergesti oksüdeeruvate ja kuumustundlike metallmaterjalide (näiteks volframi, molübdeeni, vase, nikli, titaani jne) keevitamiseks.
Gaas dissotsieerub kaare kuumutamisel ja surutakse kokku, kui see läbib suurel kiirusel vesijahutusega düüsi, suurendades energiatihedust ja dissotsiatsiooniastet, moodustades plasmakaare. Selle stabiilsus, kütteväärtus ja temperatuur on kõrgemad kui tavalisel kaarel, seega on sellel suurem läbitungimiskiirus ja keevituskiirus. Plasmakaare moodustav gaas ja seda ümbritsev kaitsegaas kasutavad üldiselt puhast argooni. Sõltuvalt erinevate toorikute materjaliomadustest kasutatakse mõned heeliumi, lämmastikku, argooni või mõlema segu.
FUNKTSIOONID
1. Mikrokiire plasmakaarkeevitusega saab keevitada fooliume ja õhukesi plaate.
2. Väikese augu efektiga saab see paremini teostada ühepoolset keevitamist ja kahepoolset vabavormimist.
3. Plasmakaarel on kõrge energiatihedus, kõrge kaarekolonni temperatuur ja tugev läbitungimisvõime. See võib saavutada 10-12mm paks teras ilma kaldkeevituseta. Seda saab keevitada korraga kahepoolse vormimise teel. Keevituskiirus on kiire, tootlikkus kõrge ja pingedeformatsioon väike.
4. Seade on suhteliselt keeruline, gaasitarbimine on suur, kontsernil on ranged nõuded töödeldava detaili kliirensile ja puhtusele ning see sobib ainult siseruumides keevitamiseks.
Rakendused
Plasmakeevitus on tööstuslikus tootmises oluline vahend, eriti vase ja vasesulamite, titaani ja titaanisulamite, legeerterase, roostevaba terase, molübdeeni ja muude kosmosemetallide keevitamiseks, mida kasutatakse sõjanduses ja muudes tipptasemel tööstusharudes, näiteks teatud tüüpi titaanisulamist raketimürskude ja õhusõidukite osaliste õhukeseinaliste konteinerite tootmisel.
Kulud, hooldus ja tegevuse efektiivsus
Mõned tegurid, mis on seotud laserkiirkeevituse ja plasmakaarkeevituse tehnoloogiavalikute võrdlemisega tööstuslikes rakendustes, hõlmavad kulusid, hooldust ja tegevuse efektiivsust.
Kulude analüüs
Laserkiirkeevitus nõuab suurt alginvesteeringut, kuna seadmed on plasmakaarkeevitusega võrreldes keerukamad. Üldiste tööstuslike laserkeevitussüsteemide väärtus ulatub tavaliselt üle ... $200,000, samas kui plasmakaarkeevitussüsteemide hinnad jäävad vahemikku $10,000 et $50,000. LBW-l on aga potentsiaali märkimisväärseks pikaajaliseks kulude kokkuhoiuks tänu suuremale töötlemiskiirusele ja minimaalsele keevitusjärgsele viimistlusele. Plasmakeevituse edasiseks tööks võivad kulumaterjalide kulud olla kõrgemad.
Hooldusnõuded
Kuna kuluvad osad, näiteks elektroodid ja gaasidüüsid, kuluvad sagedamini, vajavad plasmakaarkeevitussüsteemid tavaliselt sagedasemat hooldust. Seevastu laserkeevitussüsteemid vajavad vähem kuluvaid materjale, kuid nende optika ja laserallikad vajavad aeg-ajalt puhastamist ja ümberkalibreerimist. Nõuetekohase hoolduse korral võivad laserallikad kesta üle 20,000 tunni lühema seisakuajaga. Plasmasüsteemidel, kuigi lihtsamatel, võivad kuluvate osade kulumise tõttu esineda sagedasemad katkestused.
Töö efektiivsus
Laserkeevitustehnikad on palju kiiremad ja täpsemad, saavutades õhukeste materjalide puhul kiiruse kuni 10 meetrit minutis, mistõttu on need ideaalsed masstootmiseks. See tekitab ka väga väikeseid kuummõjutsoone, mis vähendab materjali moonutusi ja parandab seega toote kvaliteeti. Plasmakeevitus on efektiivne paksemate materjalide puhul, kuigi aeglasemal kiirusel ja vajab sageli keevisõmbluste puhastamiseks täiendavaid viimistlustöid, näiteks lihvimist.
Kuigi laserkiirkeevitus nõuab alguses suuremaid investeerimiskulusid, pakuvad selle efektiivsus ja harvem hooldusvajadus pikas perspektiivis sageli kuluefektiivsust, eriti suurt täpsust nõudvate rakenduste puhul. Plasmakaarkeevitus sobib siiski vähem keerukate tööde ja väiksemate toimingute jaoks.
