Soudaj lazè ak soudaj ak ark yo te itilize depi lontan pou pwodiksyon endistriyèl, epi yo pèmèt yon pakèt itilizasyon nan domèn teknoloji koneksyon materyèl yo. Chak pwosesis sa yo gen domèn aplikasyon espesifik li yo, jan pwosesis fizik transpò enèji a rive nan pyès travay la ak koule enèji yo ka jwenn dekri yo. Enèji a transmèt soti nan sous lazè a rive nan materyèl la pou tretman an pa mwayen radyasyon koeran enfrawouj ki gen gwo enèji, lè l sèvi avèk yon kab fib optik. Ark la transmèt chalè ki nesesè pou soude pa mwayen yon gwo kouran elektrik k ap koule nan pyès travay la atravè yon kolòn ark. Radyasyon lazè a mennen nan yon zòn ki afekte pa chalè ki trè etwat ak yon gwo rapò pwofondè soudaj ak lajè kouti (efè soudaj pwofon). Kapasite pou ponse espas nan pwosesis soudaj lazè a trè ba, akòz ti dyamèt fokal li, men nan lòt men an li ka rive nan vitès soudaj ki trè wo. Pwosesis soudaj ak ark la gen yon dansite enèji ki pi ba anpil, men li lakòz yon pi gwo tach fokal sou sifas pyès travay la epi li karakterize pa yon vitès pwosesis ki pi dousman. Lè yo konbine tou de pwosesis sa yo, yo ka reyalize sinèji itil. Anfen, sa pèmèt nou reyalize avantaj kalite ak benefis nan jeni pwodiksyon, ansanm ak yon pi bon efikasite nan pri. Pwosesis sa a ofri aplikasyon enteresan ak ekonomikman atiran, ni nan endistri otomobil la, ni paske nou pèmèt tolerans ki pi wo sou soude yo, nou ka jwenn pi gwo pousantaj asanblaj, epi nou ka reyalize trè bon paramèt mekanik/teknolojik.
1. Entwodiksyon:
Depi ane 1970 yo, yo konnen kijan pou konbine limyè lazè ak ark elektrik nan yon pwosesis soude konbine, men pandan yon bon bout tan apre sa, yo pa t antreprann okenn lòt travay devlopman. Dènyèman, chèchè yo te vire atansyon yo sou sijè sa a ankò epi yo te eseye ini avantaj ark elektrik la ak avantaj lazè a, nan yon pwosesis soude ibrid. Alòske nan premye jou yo, sous lazè yo te toujou oblije pwouve si yo apwopriye pou itilizasyon endistriyèl, kounye a yo se ekipman teknolojik estanda nan anpil antrepriz fabrikasyon.
Konbinezon soude lazè ak yon lòt pwosesis soude yo rele yon "pwosesis soude ibrid". Sa vle di ke yon reyon lazè ak yon ark aji an menm tan nan yon zòn soude, epi yo enfliyanse epi sipòte youn lòt.
2. Lazè:
Soudaj lazè pa sèlman mande yon gwo puisans lazè, men tou yon gwo bout bwa kalite siperyè pou jwenn "efè soudaj pwofon" ki vle a. Pi bon kalite gwo bout bwa sa a ka itilize swa pou jwenn yon dyamèt fokal ki pi piti oswa yon distans fokal ki pi gwo.
Pou pwojè devlopman ki an kou kounye a, y ap itilize yon lazè solid-state ki ponpe ak lanp ak yon puisans reyon lazè 4 kW. Limyè lazè a transmèt atravè yon fib vè 600 µm.
Limyè lazè a transmèt atravè yon fib vè, kote kòmansman ak fen an refwadi ak dlo. Yon modil konsantrasyon ki gen yon distans fokal 200 mm projeté reyon lazè a sou pyès la.
3. Pwosesis lazè ibrid:
Pou soude pyès metalik, reyon lazè Nd:YAG la konsantre nan entansite ki pi wo pase 106W/cm2. Lè reyon lazè a frape sifas materyèl la, li chofe pwen sa a rive nan tanperati vaporizasyon, epi yon kavite vapè fòme nan metal soude a akòz vapè metal la ki chape. Karakteristik ki distenge kouti soude a se gwo rapò pwofondè-lajè li. Dansite koule enèji ark ki boule lib la yon ti kras pi wo pase 104 W/cm2. Figi 1 ilistre prensip debaz soude ibrid la. Reyon lazè a
Jan yo montre a, li bay metal soude a chalè nan pati anwo kouti a, anplis chalè ki soti nan ark la. Kontrèman ak yon konfigirasyon sekansyèl kote de pwosesis soude separe aji youn apre lòt, soude ibrid ka wè kòm yon konbinezon de tou de pwosesis soude ki aji an menm tan nan menm zòn pwosesis la. Tou depan de ki pwosesis ark oswa lazè ki itilize a, ak paramèt pwosesis yo, pwosesis yo pral enfliyanse youn lòt nan yon limit diferan ak nan diferan fason [1, 2].
Gras a konbinezon pwosesis lazè a ak pwosesis ak la, genyen tou yon ogmantasyon nan pwofondè penetrasyon soudi a ak vitès soudi a (konpare ak nenpòt nan pwosesis yo itilize poukont li). Vapè metal ki soti nan kavite vapè a aji an aryè sou plasma ak la. Absòpsyon radyasyon lazè Nd:YAG nan plasma pwosesis la rete neglijab. Tou depan de rapò de antre pouvwa yo chwazi a, karaktè pwosesis jeneral la ka detèmine nan yon degre pi gwo oswa pi piti swa pa lazè a oswa pa ak la [3,4].
Fig. 1: Reprezantasyon eskematik: Soudaj LaserHybrid
Absòpsyon radyasyon lazè a enfliyanse anpil pa tanperati sifas pyès la. Anvan pwosesis soude lazè a ka kòmanse, li nesesè pou simonte premye refleksyon an, sitou sou sifas aliminyòm. Sa ka reyalize lè yo kòmanse soude ak yon pwogram demaraj espesyal. Apre yo fin rive nan tanperati vaporizasyon an, kavite vapè a fòme, sa ki lakòz prèske tout enèji radyasyon an antre nan pyès la. Enèji ki nesesè pou sa a detèmine pa absòpsyon ki depann de tanperati a ak pa kantite enèji ki pèdi.
pa kondiksyon nan rès pyès la. Nan soude LaserHybrid, vaporizasyon an pa sèlman fèt sou sifas pyès la, men tou sou fil ranpli a, sa vle di gen plis vapè metal ki disponib, ki an vire fasilite antre radyasyon lazè a. Sa anpeche tou abandon pwosesis la [5, 6, 7, 8, 9].
4. Aplikasyon otomobil:
Lè l sèvi avèk teknoloji ankadreman espasyal, li posib pou jwenn yon rediksyon pwa 43% an konparezon ak yon karosri machin an asye.
Fig. 2: Konsèp Audi Space frame A2 la
Ankadreman Audi A2 Space la gen 30 m lazè (bann jòn nan figi 2 a) ak 20 m longè soude MIG. Anplis de sa, yo itilize 1700 rivet tou.
Fig. 3: Konparezon pwofil ak teknik koneksyon sou Audi-A2 la
Figi 4 la montre yon jwenti soude LaserHybrid ki fèt ak yon materyèl ALMg3 moule ak yon materyèl fèy AlMgSi. Fil ranpli a se AlSi5 epi gaz pwoteksyon yo itilize a se Agon. Avèk ogmantasyon puisans lazè a, yon penetrasyon pi pwofon posib. Lè w konbine reyon lazè a ak ark la nan fason sa a, ou ka jwenn yon pisin soude ki pi gwo pase ak pwosesis soude reyon lazè a poukont li. Sa fè li posib pou soude konpozan ki gen espas ki pi laj.
Fig 4: Jwenti sipèpoze ak yon espas 0.5 mm
Nan endistri otomobil la, gen anpil aplikasyon pou soude sipèpoze san preparasyon jwenti. Kounye a, pwosesis ki pi avanse pou travay soude sa a se pwosesis soude lazè a ak yon fil ranpli frèt, akòz fann cho nan alyaj AA 6xxx la. Lè yo soude jwenti a ak yon fil ranpli, anpil enèji lazè a pral pèdi pou fonn fil ranpli sa a.
Figi kap vini an reprezante diferans ki genyen ant soude LaserHybrid ak soude lazè sou yon jwenti sipèpoze ak yon vitès soude 2.4m/min. Nan ka soude lazè, pa gen okenn posibilite pou ranpli soude a, epi li pwodui yon koupe anba. Epitou, gen sèlman yon ti penetrasyon nan materyèl baz la. Lajè soude a piti anpil, kidonk yo pral atann yon rezistans tansyon ki ba. Nan ka soude LaserHybrid,
Yo transpòte plis materyèl nan pisin soude a. Yo ranpli pati anba a ak fil ki soti nan pwosesis MIG la, epi kounye a yo sove yon pòsyon nan enèji lazè a. Enèji lazè sa a ki sove a ka itilize pou ogmante penetrasyon nan materyèl debaz la epi lajè soude a pi gwo pase epesè materyèl la, sa ki nesesè nan simulation nimerik la.
Fig. 5 Konparezon ant soude LaserHybrid ak soude lazè san fil ranpli
Avèk pwosedi soudaj LaserHybrid la, li posib pou soude materyèl aliminyòm, asye ak asye pur ki rive jiska 4 mm epesè. Si epesè a twò wo, li pa posib pou yo rantre nèt. Pou konekte materyèl ki gen kouch zenk, li pi preferab tou pou itilize pwosesis soudaj lazè a.
Lòt aplikasyon nan otomobil la se tren pouvwa, aks ak karosri machin, kote pwosesis soude ibrid lazè a ka apwopriye.
Tèt soude:
Tèt soude a ta dwe gen ti dimansyon jeyometrik, pou asire bon aksè nan konpozan yo dwe soude, sitou nan domèn karosri otomobil la. Anplis de sa, li ta dwe fèt pou pèmèt tou de yon koneksyon detachab apwopriye ak tèt robo a ak ajisteman varyab pwosesis tankou distans fokal, ak distans flanbo nan tout kowòdone Kartezyen yo. Figi 5 montre tèt soude a, pandan pwosesis la ap fonksyone. Pwopagasyon ki fèt pandan pwosesis soude a mennen nan ogmantasyon salte nan vè pwoteksyon an. Vè kwatz la kouvri sou tou de bò ak yon materyèl antireflè epi li fèt pou pwoteje sistèm optik lazè a kont domaj.
Tou depan de degre salte a, pwojeksyon ki akimile sou vit la ka lakòz puisans lazè ki aktyèlman afekte pyès la diminye jiska 90%. Salte ki pi lou jeneralman mennen nan destriksyon vit pwoteksyon an, paske yon gwo pwopòsyon nan enèji radyan an absòbe pa vit la li menm, sa ki lakòz estrès tèmik nan vit la. Avèk tèt soude sa a ak ekipman soude sa a, li posib pou itilize li pou soude LaserHybrid, soude lazè, soude MSG ak...Brasaj fil cho lazè.
Fig. 6: Tèt soude ak pwosesis la
5. Avantaj soude lazè ibrid:
Avantaj sa yo soti nan fizyon ark ak reyon lazè: Avantaj soude LaserHybrid sou soude lazè:
• pi gwo estabilite pwosesis
• pi gwo kapasite pou ponse
• pénétration pi pwofon
• pi ba depans envestisman kapital
• pi gwo duktilité
Avantaj soude LaserHybrid konpare ak soude MIG:
• pi gwo vitès soude
• pi gwo penetrasyon nan pi gwo vitès soude
• pi ba konsomasyon tèmik
• pi gwo fòs tansyon
• kouti soude ki pi etwat
Fig. 7: Avantaj pou konbine de pwosesis yo
Pwosesis soude ak ark la karakterize pa yon sous enèji ki pa koute chè, yon bon kapasite pou fòme pon epi pa fasilite pou enfliyanse estrikti a lè w ajoute metal ranpli. Karakteristik ki distenge pwosesis reyon lazè a, okontrè, se gwo pwofondè soude a, gwo vitès soude a, ti chaj tèmik la ak kouti soude etwat li reyalize yo. Anlè yon sèten dansite reyon lazè, reyon lazè a pwodui yon "efè soude pwofon" nan materyèl metalik ki pèmèt soude konpozan ki gen pi gwo epesè miray - depi ke puisans lazè a ase wo. Soude Lazè Ibrid pèmèt vitès soude ki pi wo, estabilizasyon pwosesis akòz entèraksyon ant ark la ak reyon lazè a, ogmantasyon efikasite tèmik ak pi gwo tolerans pyès travay la. Paske pisin soude a pi piti pase nan pwosesis MIG la, gen mwens antre tèmik e konsa yon zòn ki afekte pa chalè ki pi piti. Sa vle di mwens soude.
distòsyon, sa ki diminye kantite travay redresman apre soude ki bezwen fèt apre sa.
Kote gen de pisin soude separe, enfliyans tèmik ki soti nan ark la vle di ke reyon lazè a - zòn soude a - sitou nan ka asye - resevwa yon tretman tanperaman apre soude, ki gaye valè dite yo pi respire sou tout jwenti a. Figi 6 rezime avantaj pwosesis konbine a (sa vle di ibrid la).
Kounye a, pou nou pale de avantaj ekonomik soude ibrid sou soude lazè, nou ka fè deklarasyon sa yo: Kouti soude a konsiste an pati de yon soude lazè ak an pati de yon soude MIG. Pwosesis ibrid la pèmèt diminye puisans reyon lazè a, sa vle di konsomasyon enèji sous lazè a ka diminye anpil, paske aparèy reyon lazè a gen yon efikasite sèlman 3%. Nan lòt mo: Yon rediksyon 1 kW nan puisans reyon lazè ki afekte pyès la mennen nan yon rediksyon anviwon 35 kVA nan puisans ki konsome nan rezo elektrik la.
Yon aparèy reyon lazè koute anviwon 0.1 milyon ero pou chak 1 kW.pouvwa reyon lazèPou nou pran yon sèl egzanp, nan yon ka kote itilizasyon pwosesis ibrid la pèmèt nou itilize yon aparèy reyon lazè 2 kW olye de youn ki gen yon puisans reyon 4 kW, sa ap lakòz yon ekonomi 0.2 milyon ero nan depans envestisman. Sepandan, nou dwe sonje isit la ke pou pwosesis ibrid la, yon machin MIG ki koute anviwon 20 000 ero ap nesesè.
Gras a vitès soude ki pi wo a, ni tan fabrikasyon yo ni pri soude yo ka redwi.
6. Soudaj ak fil cho Laser:
Yon lòt posiblite pou konbine reyon lazè a ak yon fil ranpli se pwosesis LaserHotwire la [10]. Nan pwosedi sa a, fil ranpli a chofe davans ak menm sous kouran an, ki ka itilize pouPwosesis soude lazè ibridFil ranpli a gen yon chaj kouran soti nan 100 A rive nan 220 A. Vitès alimenter fil la depann de seksyon kwa pèl soudaj la ak vitès soudaj la. Soudaj ofri, atravè kantite metal ranpli a, yon materyèl bòdi ki ka fini pi fasil pase kouti soude konparab yo. Gras a soudaj pati an fèy, travay reparasyon an ka fèt pi fasil pase sa li ta ye ak jwenti soude. Youn avantaj soudaj LaserHotwire se bon rezistans korozyon zòn soudaj la.
Kòm metal ranpli, yo itilize alyaj bon mache ki baze sou kwiv tankou SG-CuSi3 epi Agon sèvi kòm yon gaz pwoteksyon.
Fig. 8: Reprezantasyon eskematikBrasaj fil cho lazè:
Figi kap vini an montre koup transvèsal yon materyèl brase ak fil cho pou lazè. Materyèl ki kouvri ak zenk lan brase ak yon vitès 3 m/min epi fil ranpli a gen yon chaj kouran 205 A. Chalè ki antre a trè ba, kidonk pwosesis brasaj la bay yon ti distòsyon.
7. Rezime:
Soudaj lazè ibrid se yon teknoloji totalman nouvo ki ofri sinèji pou yon pakèt domèn aplikasyon nan endistri metal yo, sitou kote li pa posib oswa finansyèman solid pou reyalize tolerans konpozan ki nesesè pou...soude reyon lazèPi gwo varyete aplikasyon yo ak gwo kapasite pwosesis konbine a mennen nan yon pi gwo compétitivité an tèm de rediksyon depans envestisman, tan fabrikasyon ki pi kout, pi ba pri fabrikasyon ak pi gwo pwodiktivite.
Pwosesis LaserHybrid la ofri tou yon nouvo apwòch pou soude aliminyòm. Sepandan, se sèlman dènyèman li vin posib pou jwenn yon pwosesis ki estab e ki ka itilize nan pratik, gras a pi gwo puisans lazè solid yo. Anpil etid egzamine fondamantal pwosesis soude lazè-ark-ibrid yo. Lè nou di "pwosesis soude ibrid", nou vle di konbinezon soude ak gwo bout bwa lazè ak pwosesis soude ak ark, ak yon sèl zòn pwosesis (plasma ak fonn). Etid rechèch fondamantal yo montre ke yon pwosesis posib kote - lè nou konbine de pwosesis yo - nou ka reyalize sinèji epi konpanse dezavantaj chak pwosesis separe, sa ki lakòz amelyorasyon nan posiblite soude, soudabilite ak fyab soude pou anpil materyèl ak konstriksyon diferan. An patikilye, sa te demontre pou alyaj aliminyòm. Lè nou chwazi paramèt pwosesis favorab, li posib pou enfliyanse pwopriyete soude tankou jeyometri ak konstitisyon estriktirèl. Pwosesis soude ak ark la ogmante kapasite pon an lè nou ajoute metal ranpli; li detèmine tou lajè kouti soude a e konsa li diminye kantite preparasyon pyès ki nesesè. Anplis, entèraksyon ki fèt ant pwosesis yo mennen nan yon ogmantasyon sibstansyèl nan efikasite pwosesis la. Pwosesis konbinezon sa a mande tou depans envestisman ki pi piti anpil pase pwosesis soudaj lazè a.
Pwosesis soudaj fil cho lazè a ka itilize espesyalman pou materyèl ki kouvri ak zenk pou jwenn yon bon rezistans korozyon.
Dat piblikasyon: 18 avril 2025
