Lasersvejsning er en metode til at forbinde to materialer ved at bruge en laserstråle som en koncentreret varmekilde til at smelte og smelte materialerne ved deres kontaktpunkt. Det giver fordele i forhold til traditionelle svejseteknikker som hurtigere hastighed, lettere automatisering, forbedret kvalitet og præcision og udvidede materialemuligheder.Kold lasersvejsningrefererer til en undergruppe af lasersvejsemetoder, der involverer meget lavere varmetilførsel sammenlignet med standard lasersvejsning. Men hvordan fungerer det, og hvad er de vigtigste koldlasersvejseteknikker, der bruges i dag?
Lavere varmetilførsel
Per definition bruger kold lasersvejsning betydeligt mindre lasereffekttæthed og varmetilførsel end varmere fusionssvejsemetoder. Dette tillader mere varmefølsomme materialer som plast eller tynde folier at blive sammenføjet med mindre deformation, brænding eller anden termisk skade sammenlignet med varmere lasersvejsning.[1]
Typiske koldlasersvejsningsteknikker leverer kun 25-30 % af energitilførslen, der bruges ved konventionel lasersvejsning. Dette svarer til effekttætheder under 1 megawatt pr. kvadratcentimeter og spidstemperaturer under 2500 grader F ved bindingslinjens overflader.[2]
Den lavere varme minimerer delevridning og risikable metallurgiske ændringer i komponenter, der svejses. Det tillader også vellykkede bindinger i stærkt reflekterende materialer som aluminium eller kobber, der normalt ville afbøje større mængder laserenergi i stedet for at absorbere den.[3]
Vigtigste koldlasersvejseteknikker
De tre hovedkategorier af lasersvejsning, der betragtes som kolde teknikker, omfatter:
1. Lasersvejsning med lav effektdensitet
Dette indebærer at reducere effekttætheden af standard solid-state- eller fiberlasere til 0,5 megawatt pr. cm2 eller derunder. Den tillader svejsninger op til 0.5 mm dybde, mens den minimerer varmetilførsel og metallurgisk påvirkning af følsomme legeringer.[4]
2. Scanning Lasersvejsning
Denne metode oscillerer eller scanner laserstrålen hurtigt over sømmen, mens den pulserer. Kombinationen af en bredere stråle og hurtig bevægelse begrænser varmetilførslen på trods af brug af effekttætheder over 2 megawatt pr. cm2. Det letter svejsning af eksotiske rumfartslegeringer og batteritapper.[5]
3. Lasermikrosvejsning
Dette bruger infrarøde laserdioder, der udsender bølgelængder, der er indstillet til absorptionstoppene af polymerer. Omhyggelig styring af emission under 150 watt skaber smalle svejsninger, der er mindre end 0,1 mm dybe, men stærke nok til komponenter som medicinske katetre og mikroelektronik.[6],[7]
Fordele vs standard lasersvejsning
Mens maksimale svejsehastigheder og -dybder er begrænset, tilbyder kold laserteknikker fordele, herunder:
- Minimering af delforvrængning og skadelige metallurgiændringer
- Undgå varmeskader og temperament i følsomme legeringer
- Facilitering af stærke præcisionsbindinger i stærkt reflekterende og ledende materialer, der tidligere ikke kunne svejses
- Sammenføjning af termoplastiske og polymere uens materialeparringer, der er tilbøjelige til termisk nedbrydning
- Tillader automatisk svejsning af ekstremt tynde folier ned til 0.05 mm tykkelse [8]
Så kold lasersvejsning udfylder en vigtig niche - letter kompliceret sammenføjning af metaller, plastik og materialeblandinger, der er uforenelige med varmere konventionelle lasersvejsemetoder.
Ansøgninger, der drager fordel
Især luftfarts-, elektronik- og medicinsk udstyrsindustrien anvender kold lasersvejseløsninger for at udnytte fordele som at muliggøre krævende materialesamlinger med minimal forvrængning på små, indviklede komponenter.
Eksempler på applikationer inkluderer:
- Hermetisk forsegling af pacemaker titanium kabinetter [9]
- Svejsning af ydre vakuumkamre til massespektrometre [10]
- Sammenføjning af nikkelfoliespoler i elektriske generatorer, samtidig med at de magnetiske egenskaber bevares [11]
- Forsegling af polymerer i plastre til tilførsel af lægemidler uden varme, flydende klæbemidler [12]
Så mens der arbejdes i mindre skalaer, muliggør koldlaserteknikker missionskritiske bindinger i rumkvalitetslegeringer, diagnostiske instrumenter og livreddende medicinske komponenter, hvor opretholdelse af grundmaterialeegenskaber og -dimensioner er altafgørende.
Sammenfattende
Kold lasersvejsning anvender laserteknikker med reduceret energitæthed, der begrænser varmetilførslen under præcisionssvejsning. Ved at holde temperaturerne lave minimeres delforvrængning og metallurgisk skade, samtidig med at det tillader bindinger i meget reflekterende og termisk følsomme komponenter, der tidligere var udelukket for varmsmeltesvejsning. Selvom den arbejder i mikroskala, muliggør kold laser kompliceret sammenføjning af eksotiske og forskelligartede materialeparringer, der er afgørende for applikationer fra satellitter til kirurgiske implantater.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. er en højteknologisk virksomhed med speciale i F&U, fremstilling og salg af automatisk laserbeklædningsmaskine, højhastigheds laserbeklædningsmaskine, laserslukningsmaskine, lasersvejsemaskine og laser 3D-printudstyr. Vores produkter er omkostningseffektive og sælges i ind- og udland. Hvis du er interesseret i vores produkter, så kontakt os venligst påbob@gshenglaser.com.
Referencer:
[1] Katayama, S. Handbook of Laser Welding Technologies. Woodhead Publishing. 2013. s. 342.
[2] Ion JC-laserbehandling af tekniske materialer: principper, procedure og industriel anvendelse. Elsevier. 2005. s 203-204.
[3] Dawes C. Lasersvejsning: En praktisk vejledning. Woodhead Publishing. 1992. s 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Teknikker til sammenføjning af uens materialer: metaller og polymerer. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Avancerede teknikker til lasersvejsning af transparente polymerer. Fysik Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Fremskridt og nyere innovationer inden for laserstrålesvejseteknologi. Optik og lasere i teknik. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Laser Welding of Polymers Using High-Intensity Lasers. Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Lasersvejsningsfænomener ved tyndfoliesvejsning. Journal of Laser Applications. 2011 Jun 1;23(2):022005.
[9] henholdsvis Lampe T, Roos E. Undersøgelser om smeltesvejsning af titanlegeringer til pacemakere. Materialer til medicinsk udstyr II: forløb fra konferencen Materialer og processer til medicinsk udstyr. 2004 8. nov. s. 12-6.
[10] Synowicki RA. Materialeproblemer for svejste titaniumvakuumkamre i massespektrometriapplikationer. 18. aktuelt møde om videnskaben om fusionsenergi. 28. oktober 1999.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Lasersvejsning af elektrisk stål og dets teknologiske konsekvenser på AC magnetiske kerner. IEEE-transaktioner på magnetik. 1992 sep;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Brug af lasertransmissionssvejseproces til forsegling af proteseanordninger til implantation. US patentansøgning US 06/938.069. 4. december 1974.