Lassen met laserstralen
Laserstraallassen is een zeer efficiënte en zeer nauwkeurige lasmethode waarbij een laserstraal met een hoge energiedichtheid als warmtebron wordt gebruikt. Lassen kan worden gedaan door continue of gepulseerde laserstralen. Volgens de principes van laserlassen kunnen de processen verder worden onderverdeeld in twee: warmtegeleidingslassen en laserdieplassen. Vermogensdichtheid onder 104 ~ 105 W/cm2 verwijst naar warmtegeleidingslassen. Op dat moment is de penetratiediepte ondiep met een lage lassnelheid; wanneer de vermogensdichtheid groter is dan 105 ~ 107 W/cm2, neemt het metalen oppervlak onder de hittewerking de uitsparing in "gat"-uiterlijk aan om dieppenetratielassen te vormen.
Kenmerken
Kenmerken van hoge lassnelheid en grote aspectverhouding
Laserstraallassen gebruikt over het algemeen continue laserstralen om de verbinding van materialen te voltooien. Het metallurgische fysieke proces lijkt erg op elektronenstraallassen, dat wil zeggen dat het energieomzettingsmechanisme wordt voltooid door een "sleutelgat"-structuur.
Bij laserbestraling met voldoende hoge vermogensdichtheid verdampt het materiaal en vormt het kleine gaatjes. Dit kleine gaatje gevuld met stoom is als een zwart lichaam, dat bijna alle energie van de invallende straal absorbeert. De evenwichtstemperatuur in de holte is ongeveer 2500C. De warmte wordt overgedragen van de buitenwand van de hogetemperatuurholte, waardoor het metaal rondom de holte smelt. De kleine gaatjes worden gevuld met hogetemperatuurstoom die wordt gegenereerd door de continue verdamping van het wandmateriaal onder de lichtbundel.
De 4 wanden van de kleine gaatjes omringen het gesmolten metaal en het vloeibare metaal omringt het vaste materiaal. (Bij de meeste conventionele lasprocessen en lasergeleidingslassen wordt de energie eerst (afgezet op het oppervlak van het werkstuk en vervolgens door overdracht naar binnen getransporteerd). De vloeistofstroom buiten de gatwand en de oppervlaktespanning van de wandlaag zijn consistent met de stoomdruk die continu in de gatholte wordt gegenereerd en handhaven een dynamisch evenwicht. De lichtbundel komt continu het kleine gaatje binnen en het materiaal buiten het kleine gaatje stroomt continu. Terwijl de lichtbundel beweegt, bevindt het kleine gaatje zich altijd in een stabiele stromingstoestand.
Dat wil zeggen, het kleine gaatje en het gesmolten metaal rondom het gaatje zullen met de voorwaartse snelheid van de leidende balk vooruit bewegen. Het gesmolten metaal vult de opening die door het kleine gaatje is achtergelaten en condenseert vervolgens, en de las wordt gevormd. Al het bovenstaande proces gebeurt zo snel dat de lassnelheid gemakkelijk enkele meters per minuut kan bereiken.
1. Laserlassen is smeltlassen, waarbij een laserstraal als energiebron wordt gebruikt en op de gelaste verbinding wordt aangebracht.
2. De laserstraal kan worden geleid door een plat optisch element (zoals een spiegel), waarna de straal met een reflecterend focusseerelement of lens op de lasnaad wordt geprojecteerd.
3. Laserstraallassen is contactloos lassen. Er is geen druk nodig tijdens de bewerking, maar er is wel een inert gas nodig om oxidatie van de smeltpoel te voorkomen. Het vulmetaal wordt af en toe gebruikt.
4. Laserlassen kan worden gecombineerd met MIG-lassen om laser-MIG-composietlassen te vormen waarmee lassen met een grote penetratie kan worden bereikt, terwijl de warmte-inbreng aanzienlijk wordt verminderd in vergelijking met MIG-lassen.
Toepassingen
De laserlasmachine wordt veel gebruikt in zeer nauwkeurige productiegebieden zoals auto's, schepen, vliegtuigen en hogesnelheidstreinen. Het verbeterde de kwaliteit van leven van mensen enorm en stuwde ook de huishoudelijke apparatenindustrie naar precisietechniek.
Plasma booglassen
Plasmabooglassen verwijst naar een smeltlasmethode die een plasmaboog met hoge energiedichtheid als laswarmtebron gebruikt. Tijdens het lassen zijn het ionengas (dat een ionenboog vormt) en het beschermgas (om het smeltbad en de lasnaad te beschermen tegen de schadelijke effecten van lucht) zuiver argon. De elektroden die bij plasmabooglassen worden gebruikt, zijn over het algemeen wolfraamelektroden en moeten soms worden gevuld met metaal (lasdraad). Over het algemeen wordt de DC-positieve verbindingsmethode gebruikt (de wolfraamstaaf is verbonden met de negatieve elektrode). Daarom is plasmabooglassen in wezen een wolfraamgas-afgeschermd lassen met een compressie-effect.
Plasmabooglassen heeft de kenmerken van energieconcentratie, hoge productiviteit, hoge lassnelheid, kleine spanningsdeformatie en stabiele elektrische isolatie, en is geschikt voor het lassen van dunne platen en doosmaterialen. Het is vooral geschikt voor verschillende vuurvaste, gemakkelijk oxiderende en hittegevoelige metalen materialen (zoals wolfraam, molybdeen, koper, nikkel, titanium, enz.).
Het gas wordt gedissocieerd door de verhitting van de boog en wordt samengeperst wanneer het met hoge snelheid door het watergekoelde mondstuk gaat, waardoor de energiedichtheid en de mate van dissociatie toenemen en een plasmaboog ontstaat. De stabiliteit, calorische waarde en temperatuur zijn hoger dan bij de algemene boog, dus het heeft een hogere penetratie en lassnelheid. Het gas dat de plasmaboog vormt en het beschermgas eromheen gebruiken over het algemeen zuiver argon. Afhankelijk van de materiaaleigenschappen van verschillende werkstukken gebruiken sommigen helium, stikstof, argon of een mengsel van beide.
Kenmerken
1. Met microbundelplasmabooglassen kunnen folies en dunne platen worden gelast.
2. Dankzij het kleine gateffect kan het enkelzijdig lassen en dubbelzijdig vrij vormen beter realiseren.
3. Plasmaboog heeft een hoge energiedichtheid, hoge boogkolomtemperatuur en een sterk penetratievermogen. Het kan 10-12mm dik staal zonder schuine las. Het kan in één keer worden gelast door dubbelzijdige vorming. De lassnelheid is snel, de productiviteit is hoog en de spanningsdeformatie is klein.
4. De apparatuur is relatief ingewikkeld, het gasverbruik is groot, de groep stelt strenge eisen aan de speling en de netheid van het werkstuk en is alleen geschikt voor lassen binnenshuis.
Toepassingen
Plasmalassen is een van de belangrijkste methoden in de industriële productie, met name voor het lassen van koper en koperlegeringen, titanium en titaniumlegeringen, gelegeerd staal, roestvrij staal, molybdeen en andere metalen uit de lucht- en ruimtevaart. Deze metalen worden gebruikt in de militaire en andere geavanceerde industrieën, zoals de productie van een bepaald type raketgranaat van titaniumlegering en gedeeltelijk dunwandige containers in vliegtuigen.
Kosten, onderhoud en operationele efficiëntie
Factoren die van belang zijn bij het vergelijken van de keuze van technologieën voor laserlassen en plasmabooglassen voor industriële toepassingen, zijn onder meer kosten, onderhoud en operationele efficiëntie.
Kostenanalyse
Laserstraallassen vereist een hoge initiële investering, aangezien de apparatuur ingewikkeld is vergeleken met plasmabooglassen. De waarde van algemene industriële laserlassystemen varieert meestal van meer dan $200,000, terwijl plasmabooglassystemen ergens tussen de en kosten. $10,000 aan $50,000. LBW heeft echter het potentieel voor aanzienlijke kostenbesparingen op de lange termijn dankzij verhoogde verwerkingssnelheden en minimale benodigde na-lasafwerkingen. Plasmalassen kan hogere verbruikskosten hebben voor voortgezette werking.
Onderhoudsvereisten
Omdat verbruiksartikelen, zoals elektroden en gasmondstukken, vaker slijten, vereisen plasmabooglassystemen doorgaans vaker onderhoud. Laserlassystemen daarentegen vereisen minder verbruiksartikelen, maar hun optica en laserbronnen moeten wel af en toe worden schoongemaakt en opnieuw worden gekalibreerd. Bij goed onderhoud kunnen laserbronnen meer dan 20,000 uur meegaan met minder uitvaltijd. Plasmasystemen, hoewel eenvoudiger, kunnen vaker onderbrekingen ondervinden omdat verbruiksartikelen slijten.
Operationele efficiëntie
De lastechnieken van laser zijn veel sneller en nauwkeuriger, en bereiken snelheden tot wel 10 meter per minuut op dunne materialen, dus zeer ideaal voor massaproductie. Het produceert ook zeer kleine hitte-beïnvloede zones, waardoor er minimale materiaalvervorming is, wat de kwaliteit van het product verbetert. Plasmalassen is effectief in dikkere materialen, hoewel op een lagere snelheid, waarbij vaak extra afwerkingen nodig zijn om lassen op te schonen, zoals slijpen.
Hoewel laserstraallassen hogere investeringskosten vereist, leveren de efficiëntie en de minder frequente behoefte aan onderhoud op de lange termijn vaak kostenvoordelen op, vooral voor toepassingen die een hoge precisie vereisen. Plasmabooglassen is nog steeds goed voor minder complex werk en kleinere bewerkingen.
