Laserkeevitamise põhitõed
Laserkeevitus on kontaktivaba protsess, mis nõuab juurdepääsu keevitustsoonile keevitatavate osade ühelt küljelt.
• Keevisõmblus tekib intensiivse laserkiire kiirel kuumutamisel materjali – tavaliselt millisekundites.
• Tavaliselt on 3 tüüpi keevisliiteid:
– Juhtivusrežiim.
– Juhtimis-/penetratsioonirežiim.
– Läbitungimise või võtmeaugu režiim.
• Juhtivusrežiimis keevitus tehakse madala energiatihedusega, moodustades madala ja laia keevisõmbluse.
• Juhtivus-/penetratsioonirežiim esineb keskmise energiatiheduse juures ja näitab suuremat penetratsiooni kui juhtivusrežiim.
• Läbistava ehk võtmeaugu meetodil keevitamist iseloomustavad sügavad ja kitsad keevisõmblused.
– Selles režiimis moodustab laserkiir aurustunud materjalist niidi, mida nimetatakse „võtmeauguks“, mis ulatub materjali sisse ja toimib kanalina, mille kaudu laserkiir saab tõhusalt materjali siseneda.
– See energia otsene edastamine materjali ei eelda läbitungimise saavutamiseks juhtivust, minimeerides seega materjali sattuvat soojust ja vähendades kuumuse mõjuala.
Juhtiv keevitamine
• Juhtivusliitumine kirjeldab protsesside perekonda, mille käigus laserkiir fokuseeritakse:
– Anda võimsustihedus suurusjärgus 10³ Wmm⁻²
– See sulatab materjali, et luua vuuk ilma olulise aurustumiseta.
• Juhtimiskeevitamisel on kaks režiimi:
– Otsene küte
– Energiaülekanne.
Otsene kuumus
• Otsese kuumutamise ajal
– soojusvoogu reguleerib klassikaline soojusjuhtivus pinnasoojusallikast ja keevisõmblus tehakse alusmaterjali osade sulatamise teel.
• Esimesed juhtivuskeevitused tehti 1. aastate alguses, kasutades madala võimsusega impulss-rubiini ja CO2 juhtmeühenduste laserid.
• Juhtivkeeviseid saab teha väga erinevatest metallidest ja sulamitest traatide ja õhukeste lehtede kujul erinevates konfiguratsioonides, kasutades.
- CO2 , Nd:YAG ja dioodlaserid võimsusega kümnete vattide suurusjärgus.
– Otsene kuumutamine CO2 Laserkiirt saab kasutada ka polümeerlehtede kattega ja põkk-keevisõmbluste jaoks.
Ülekandekeevitus
• Läbilaskev keevitamine on tõhus viis Nd:YAG ja dioodlaserite lähiinfrapunakiirgust laskvate polümeeride ühendamiseks.
• Energia neeldub uudsete faasidevahelise neeldumise meetodite abil.
• Komposiite saab ühendada tingimusel, et maatriksi ja tugevduse termilised omadused on sarnased.
• Konduktsioonkeevituse energiaülekanderežiimi kasutatakse materjalidega, mis lasevad läbi lähiinfrapunakiirgust, eelkõige polümeeridega.
• Kattuvusliite liidesele kantakse neelav tint. Tint neelab laserkiire energiat, mis juhitakse piiratud paksusega ümbritsevasse materjali, moodustades sulanud faasidevahelise kile, mis keevisliite moodustades tahkub.
• Paksude profiilidega ülekatteühendusi saab teha ilma vuugi välispindu sulatamata.
• Põkk-keeviseid saab teha, suunates energia liitekoha poole nurga all läbi materjali liite ühel küljel või ühest otsast, kui materjal on väga läbilaskev.
Laserjootmine ja kõvajoodisega jootmine
• Laserjootmise ja kõvajootmise protsessides kasutatakse kiirt täiteaine sulatamiseks, mis niisutab vuugi servi ilma alusmaterjali sulatamata.
• Laserjootmine hakkas populaarsust koguma 1980. aastate alguses elektroonikakomponentide juhtmete ühendamiseks trükkplaatide aukude kaudu. Protsessi parameetrid määravad materjali omadused.
Läbistav laserkeevitus
• Suure võimsustiheduse korral aurustuvad kõik materjalid, kui energiat saab neelata. Seega tekib sellisel viisil keevitamisel aurustumise teel tavaliselt auk.
• Seejärel läbitakse see "auk" materjali, mille taga sulguvad sulanud seinad.
• Tulemuseks on nn "võtmeaugu keevisõmblus". Seda iseloomustab paralleelsete külgedega sulamistsoon ja kitsas laius.
Laserkeevituse efektiivsus
• Selle efektiivsuse kontseptsiooni defineerimiseks on tuntud kui "liitumise efektiivsus".
• Ühendamistõhusus ei ole tegelik efektiivsus, kuna selle ühikud on (mm2 ühendatud /kJ tarnitud).
– Efektiivsus = Vt/P (lõikamise erienergia pöördväärtus), kus V = liikumiskiirus, mm/s; t = keevitatud materjali paksus, mm; P = langev võimsus, kW.
Liitumise efektiivsus
• Mida suurem on ühendustõhususe väärtus, seda vähem energiat kulub ebavajalikule kuumutamisele.
– Alumine kuumusmõjutsoon (HAZ).
– Väiksem moonutus.
• Takistuskeevitus on selles osas kõige tõhusam, kuna sulamis- ja kuumuseauru tsooni energia tekib ainult keevitataval suure takistusega liidesel.
• Laseril ja elektronkiirel on samuti hea kasutegur ja suur võimsustihedus.
Protsessi variatsioonid
• Kaarleekidega laserkeevitus.
– Laserkiire kokkupuutepunkti lähedale paigaldatud TIG-põleti kaar lukustub automaatselt laserkiire tekitatud kuumale punktile.
– Selle nähtuse tekkeks vajalik temperatuur on umbes 300 °C ümbritsevast temperatuurist kõrgem.
– Mõju on kas kaare stabiliseerimine, kui see on liikumiskiiruse tõttu ebastabiilne, või stabiilse kaare takistuse vähendamine.
– Lukustamine toimub ainult väikese voolutugevuse ja seetõttu aeglase katoodjoaga kaarleevituste korral; st voolutugevuse korral, mis on väiksem kui 80 A.
– Kaar on laseriga samal küljel töödeldavat detaili, mis võimaldab keevituskiirust kahekordistada, suurendades kapitalikulusid mõõdukalt.
• Kahekiireline laserkeevitus
– Kui samaaegselt kasutatakse kahte laserkiirt, on võimalik kontrollida keevisvanni geomeetriat ja keevisõmbluse kuju.
– Kahe elektronkiire abil sai võtmeaugu stabiliseerida, põhjustades keevisvannis vähem laineid ning andes parema läbitungimise ja õmbluse kuju.
– Eksimer ja CO2 Laserkiire kombinatsioon näitas paremat sidestust, võimaldades keevitada suure peegeldusega materjale, näiteks alumiiniumi või vaske.
– Tõhustatud sidestust kaaluti peamiselt järgmistel põhjustel:
• eksimeeri poolt põhjustatud pinna lainetuse tõttu peegelduvuse muutmine.
• sekundaarne efekt, mis tekib eksimeeri tekitatud plasma kaudu sidestumisel.
