Mga Pangunahing Kaalaman sa Laser Welding
Ang laser welding ay isang non-contact na proseso na nangangailangan ng access sa weld zone mula sa isang gilid ng mga bahaging hinangin.
• Ang weld ay nabuo habang ang matinding laser light ay mabilis na nagpapainit sa materyal-karaniwang kinakalkula sa milli-segundo.
• Karaniwang mayroong 3 uri ng welds:
- Mode ng pagpapadaloy.
– Conduction/penetration mode.
– Pagpasok o keyhole mode.
• Ang conduction mode welding ay ginagawa sa mababang density ng enerhiya na bumubuo ng weld nugget na mababaw at malawak.
• Ang conduction/penetration mode ay nangyayari sa medium energy density, at nagpapakita ng mas maraming penetration kaysa conduction mode.
• Ang penetration o keyhole mode welding ay nailalarawan sa pamamagitan ng malalim na makitid na welds.
– Sa mode na ito ang laser light ay bumubuo ng filament ng vaporized material na kilala bilang isang "keyhole" na umaabot sa materyal at nagbibigay ng conduit para sa laser light na mahusay na maihatid sa materyal.
– Ang direktang paghahatid ng enerhiya sa materyal ay hindi umaasa sa pagpapadaloy upang makamit ang pagtagos, at sa gayon ay pinapaliit ang init sa materyal at binabawasan ang apektadong lugar ng init.
Conduction Welding
• Inilalarawan ng conduction joining ang isang pamilya ng mga proseso kung saan nakatutok ang laser beam:
– Upang magbigay ng power density sa pagkakasunud-sunod na 10³ Wmm⁻²
– Pinagsasama nito ang materyal upang lumikha ng isang pinagsamang walang makabuluhang singaw.
• Ang conduction welding ay may 2 mode:
– Direktang pag-init
- Pagpapadala ng enerhiya.
Direktang Pag-init
• Sa panahon ng direktang pag-init,
– Ang daloy ng init ay pinamamahalaan ng klasikal na thermal conduction mula sa pinagmumulan ng init sa ibabaw at ang weld ay ginagawa sa pamamagitan ng pagtunaw ng mga bahagi ng base material.
• Ang 1st conduction welds ay ginawa noong unang bahagi ng 1960s, ginamit ang low power pulsed ruby at CO2 mga laser para sa mga wire connectors.
• Conduction welds ay maaaring gawin sa isang malawak na hanay ng mga metal at haluang metal sa anyo ng mga wire at manipis na mga sheet sa iba't ibang mga configuration gamit.
- CO2 , Nd:YAG at mga diode laser na may mga antas ng kapangyarihan sa pagkakasunud-sunod ng sampu-sampung watt.
– Direktang pag-init sa pamamagitan ng a CO2 Ang laser beam ay maaari ding gamitin para sa lap at butt welds sa polymer sheets.
Transmission Welding
• Ang transmission welding ay isang mahusay na paraan ng pagsali sa mga polymer na nagpapadala ng malapit na infrared radiation ng Nd:YAG at diode lasers.
• Ang enerhiya ay hinihigop sa pamamagitan ng mga nobelang pamamaraan ng interfacial absorption.
• Maaaring pagsamahin ang mga composite basta't magkatulad ang thermal properties ng matrix at reinforcement.
• Ang energy transmission mode ng conduction welding ay ginagamit sa mga materyales na nagpapadala malapit sa infrared radiation, lalo na ang mga polymer.
• Ang isang sumisipsip na tinta ay inilalagay sa interface ng isang lap joint. Ang tinta ay sumisipsip ng enerhiya ng laser beam, na isinasagawa sa isang limitadong kapal ng nakapalibot na materyal upang bumuo ng isang tinunaw na interfacial film na nagpapatigas bilang ang welded joint.
• Maaaring gawin ang makapal na section lap joint nang hindi natutunaw ang mga panlabas na ibabaw ng joint.
• Ang butt welds ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagdidirekta ng enerhiya patungo sa joint line sa isang anggulo sa pamamagitan ng materyal sa isang gilid ng joint, o mula sa isang dulo kung ang materyal ay mataas ang transmissive.
Laser Soldering at Brazing
• Sa mga proseso ng laser soldering at brazing, ang beam ay ginagamit upang matunaw ang isang filler na karagdagan, na binabasa ang mga gilid ng joint nang hindi natutunaw ang base material.
• Nagsimulang sumikat ang laser soldering noong unang bahagi ng 1980s para sa pagsali sa mga lead ng electronic component sa pamamagitan ng mga butas sa mga naka-print na circuit board. Ang mga parameter ng proseso ay tinutukoy ng mga katangian ng materyal.
Penetration Laser Welding
• Sa mataas na densidad ng kapangyarihan lahat ng mga materyales ay sumingaw kung ang enerhiya ay maa-absorb. Kaya, kapag hinang sa ganitong paraan ang isang butas ay karaniwang nabuo sa pamamagitan ng pagsingaw.
• Ang "butas" na ito ay dinadaanan sa materyal na may nakatatak na mga pader sa likod nito.
• Ang resulta ay tinatawag na "keyhole weld. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng parallel sided fusion zone at makitid na lapad.
Laser Welding Efficiency
• Ang isang termino upang tukuyin ang konseptong ito ng kahusayan ay kilala bilang ang "pagsasama ng kahusayan".
• Ang kahusayan sa pagsali ay hindi isang tunay na kahusayan dahil mayroon itong mga yunit ng (mm2 na pinagsama /kJ na ibinigay).
– Efficiency=Vt/P (ang kapalit ng partikular na enerhiya sa pagputol) kung saan V = bilis ng pagtawid, mm/s; t = kapal na hinangin, mm; P = kapangyarihan ng insidente, KW.
Pagsali sa Efficiency
• Kung mas mataas ang halaga ng kahusayan sa pagsali, mas kaunting enerhiya ang ginugugol sa hindi kinakailangang pag-init.
– Lower heat affected zone (HAZ).
- Mas mababang pagbaluktot.
• Ang pag-welding ng paglaban ay pinaka-epektibo sa bagay na ito dahil ang fusion at HAZ na enerhiya ay nabubuo lamang sa mataas na paglaban ng interface na i-welded.
• Ang laser at electron beam ay mayroon ding mahusay na kahusayan at mataas na densidad ng kapangyarihan.
Mga Pagkakaiba-iba ng Proseso
• Arc Augmented Laser Welding.
– Ang arko mula sa TIG torch na naka-mount malapit sa laser beam interaction point ay awtomatikong magla-lock sa laser generated hot spot.
– Ang temperaturang kinakailangan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay humigit-kumulang 300°C sa itaas ng nakapalibot na temperatura.
– Ang epekto ay alinman upang patatagin ang isang arko na hindi matatag dahil sa bilis ng pagtawid nito o upang bawasan ang resistensya ng isang arko na matatag.
– Ang pag-lock ay nangyayari lamang para sa mga arko na may mababang kasalukuyang at samakatuwid ay mabagal na cathode jet; iyon ay, para sa mga alon na mas mababa sa 80A.
– Ang arko ay nasa parehong bahagi ng workpiece bilang ang laser na nagbibigay-daan sa pagdodoble ng bilis ng welding para sa isang katamtamang pagtaas sa halaga ng kapital.
• Twin Beam Laser Welding
– Kung 2 laser beam ang ginamit nang sabay-sabay, may posibilidad na kontrolin ang weld pool geometry at ang weld bead na hugis.
– Gamit ang 2 electron beam, maaaring ma-stabilize ang keyhole na magdulot ng mas kaunting mga alon sa weld pool at nagbibigay ng mas magandang penetration at hugis ng butil.
– Isang excimer at CO2 Ang kumbinasyon ng laser beam ay nagpakita ng pinahusay na pagkabit para sa hinang ng mataas na reflectivity na materyales, tulad ng aluminyo o tanso ay maaaring makuha.
– Ang pinahusay na pagkabit ay isinasaalang-alang pangunahin dahil sa:
• binabago ang reflectivity sa pamamagitan ng surface rippling na dulot ng excimer.
• isang pangalawang epekto na nagmula mula sa pagkabit sa pamamagitan ng excimer na nabuong plasma.
