Metode zavarivanja mikro i malih dijelova Lasersko zavarivanje je efikasna i precizna metoda zavarivanja koja koristi laserski snop visoke gustoće energije kao izvor topline. To je jedna od važnih primjena tehnologije laserske obrade materijala. U 1970-ima, uglavnom se koristilo za zavarivanje tankozidnih materijala i zavarivanje malom brzinom, a proces zavarivanja pripadao je tipu toplotne kondukcije. Konkretno, lasersko zračenje zagrijava površinu obratka, a toplina na površini difuzira prema unutra putem toplotne kondukcije. Kontroliranjem parametara kao što su širina, energija, vršna snaga i frekvencija ponavljanja laserskih impulsa, obratak se topi i formira specifičan rastopljeni bazen. Zbog svojih jedinstvenih prednosti, uspješno je primijenjeno uprecizno zavarivanje mikro i malih dijelova.Kineska tehnologija laserskog zavarivanja spada među najnaprednije u svijetu. Posjeduje tehnologiju i sposobnost oblikovanja složenih komponenti od legure titana površine veće od 12 kvadratnih metara pomoću lasera, a primijenjena je u proizvodnji prototipova i proizvoda u više domaćih istraživačkih projekata u avijaciji. U oktobru 2013. godine, kineski stručnjak za zavarivanje osvojio je Brook nagradu, najvišu akademsku nagradu u oblasti zavarivanja, čime je potvrđen kineski nivo laserskog zavarivanja svjetske klase.
## Historija razvoja Prvi laserski snop na svijetu generiran je 1960. godine pobuđivanjem kristala rubina pomoću bljeskalice. Ograničen toplinskim kapacitetom kristala, mogao je proizvesti samo vrlo kratke pulsirajuće snopove niske frekvencije. Iako je trenutna vršna energija pulsa mogla doseći i do 10^6 vati, i dalje je pripadao niskoenergetskom izlazu. Kristalna šipka od itrijum aluminijum granata (Nd:YAG) dopirana neodimijumom, s neodimijumom (Nd) kao pobudnim elementom, može generirati kontinuirani laserski snop jedne talasne dužine snage od 1-8 kW. YAG laser, talasne dužine 1,06 μm, može se povezati s laserskom glavom za obradu putem fleksibilnog optičkog vlakna, što mu daje fleksibilan raspored opreme i pogodnost za zavarivanje radnih komada debljine 0,5-6 mm. CO₂ laser, koji koristi ugljikov dioksid kao pobudni plin (s valnom dužinom od 10,6 μm), može postići izlaznu energiju do 25 kW i ostvariti potpuno prodiranje ploča debljine 2 mm u jednom prolazu. Široko se koristi u obradi metala u industrijskom sektoru. Sredinom 1980-ih, lasersko zavarivanje, kao nova tehnologija, privuklo je široku pažnju u Evropi, Sjedinjenim Američkim Državama i Japanu. Godine 1985. ThyssenKrupp Steel AG (Njemačka) i Volkswagen AG (Njemačka) su sarađivali kako bi uspješno usvojili prvi laserski zavareni blankovi na svijetu na karoseriji Audija 100. Devedesetih godina, veliki proizvođači automobila u Evropi, Sjevernoj Americi i Japanu počeli su široko koristiti tehnologiju laserski zavarenih blankova u proizvodnji karoserija automobila. Praktično iskustvo iz laboratorija i proizvođača automobila dokazalo je da se laserski zavareni blankovi mogu uspješno primijeniti u proizvodnji karoserija automobila. Lasersko zavarivanje po mjeri koristi lasersku energiju za automatsko spajanje i zavarivanje nekoliko vrsta čelika, nehrđajućeg čelika, aluminijskih legura itd., s različitim materijalima, debljinama i premazima u integriranu ploču, profil ili sendvič panel. Ovo ispunjava različite zahtjeve performansi materijala komponenti i postiže laganu opremu s najmanjom težinom, optimalnom strukturom i najboljim performansama. U razvijenim zemljama poput Evrope i Sjedinjenih Američkih Država,lasersko zavarivanje po mjeriNe koristi se samo u industriji proizvodnje transportne opreme, već se široko primjenjuje i u oblastima kao što su građevinarstvo, mostovi, proizvodnja ploča za zavarivanje kućanskih aparata i zavarivanje čeličnih ploča na valjaonicama (spajanje ploča u kontinuiranom valjanju). Svjetski poznata preduzeća za lasersko zavarivanje uključuju Soudonic (Švicarska), ArcelorMittal Group (Francuska), ThyssenKrupp TWB (Njemačka), Servo-Robot (Kanada) i Precitec (Njemačka). Primjena tehnologije laserskog zavarivanja blankova u Kini je tek započela. 25. oktobra 2002. godine zvanično je puštena u rad prva profesionalna komercijalna proizvodna linija u Kini za laserski zavarene blankove. Uvela ju je kompanija Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding iz ThyssenKrupp TWB (Njemačka). Kasnije su u proizvodnju sukcesivno pušteni i Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. i druga preduzeća. Godine 2003. strane zemlje su realizovale dvostruko snopno CO₂ lasersko zavarivanje žicom za punjenje iYAG lasersko zavarivanje žicom za punjenjeza strukturu donjeg zidnog panela od aluminijske legure A318. Ova tehnologija je zamijenila tradicionalnu zakovljenu strukturu, smanjujući težinu trupa aviona za 20% i uštedeći 20% troškova. Gong Shuili je vjerovao da će tehnologija laserskog zavarivanja igrati značajnu ulogu u transformaciji i unapređenju tradicionalne kineske industrije proizvodnje aviona. Odmah se prijavio za niz srodnih predistraživačkih projekata, organizovao istraživački tim i preuzeo vodeću ulogu u uvođenju tehnologije „dvostrukog laserskog zavarivanja“ u istraživačke projekte u Kini. Od samog početka planirao je primijeniti ovu tehnologiju u proizvodnji aviona. Kineski stručni tim je prijavio preliminarnu tehnologiju institutu za dizajn aviona i promovisao prednosti i izvodljivost dvostrukog laserskog zavarivanja. Nakon višestrukih provjera i evaluacija, institut za dizajn je odlučio primijeniti ovu tehnologiju na proizvodnju rebrastih zidnih panela za određeni avion, postižući početni cilj primjene tehnologije „dvostrukog laserskog zavarivanja“ u proizvodnji aviona. Probio je ključne tehnologije kao što je precizna kontrola žice za lasersko zavarivanje lakih legura, razvio integrirani i inovativni hibridni uređaj za zavarivanje žicom za lasersko zavarivanje s dvostrukim snopom, uspostavio prvu kinesku platformu za zavarivanje žicom za lasersko zavarivanje velike snage s dvostrukim snopom, realizirao dvostruko i dvostrano sinhrono zavarivanje T-spojeva u velikim tankozidnim konstrukcijama i uspješno ga primijenio na proizvodnju zavarivanja ključnih strukturnih dijelova rebrastih zidnih panela za avijaciju po prvi put, igrajući važnu ulogu u razvoju novih kineskih aviona. 2003. godine, prvi domaći komplet opreme za online zavarivanje trakom velikih razmjera koji je obezbijedio HG Laser prošao je offline prihvaćanje. Ova oprema integrira lasersko rezanje, zavarivanje i termičku obradu, što HG Laser čini jednim od četvrtih svjetskih preduzeća sposobnih za proizvodnju takve opreme. 2004. godine, projekat „Tehnologija i oprema za lasersko rezanje, zavarivanje i kombinovanu tehnologiju obrade rezanjem i zavarivanjem velike snage“ kompanije HG Laser Farley Laserlab osvojio je drugu nagradu Nacionalne nagrade za napredak u nauci i tehnologiji, čineći ga jedinim laserskim preduzećem u Kini sa istraživačko-razvojnim kapacitetom ove tehnologije i opreme. S brzim razvojem industrijske laserske industrije, tržište je postavilo veće zahtjeve za tehnologiju laserske obrade. Laserska tehnologija se postepeno prebacila s pojedinačnih na raznolike primjene. Što se tiče laserske obrade, ona više nije ograničena na pojedinačno rezanje ili zavarivanje. Potražnja na tržištu za integriranom opremom za lasersku obradu koja kombinira rezanje i zavarivanje raste, te se stoga pojavila integrirana oprema za lasersko rezanje i zavarivanje. HG Laser Farley Laserlab razvio je integriranu mašinu za rezanje i zavarivanje Walc9030, ultra velikog formata 9×3 metra, koja je trenutno najveća integrirana oprema za lasersko rezanje i zavarivanje na svijetu. Walc9030 je oprema za rezanje i zavarivanje velikog formata koja integrira...funkcije laserskog rezanja i laserskog zavarivanjaOpremljen je profesionalnom glavom za rezanje i glavom za zavarivanje, a dvije glave za obradu dijele jednu zraku. Numerička tehnologija upravljanja osigurava da se ne miješaju jedna s drugom. Oprema može istovremeno obavljati dva procesa koja zahtijevaju rezanje i zavarivanje. Može se slobodno prebacivati između rezanja prvo pa zavarivanja ili zavarivanja prvo pa rezanja, ostvarujući funkcije laserskog rezanja i zavarivanja s jednom opremom bez potrebe za dodatnom opremom. Ovo štedi troškove opreme za proizvođače aplikacija, poboljšava efikasnost obrade i raspon obrade. Štaviše, zahvaljujući integraciji rezanja i zavarivanja, tačnost obrade je u potpunosti zagarantovana, a performanse opreme su efikasne i stabilne. Osim toga, prevaziđene su poteškoće termičke deformacije ploča tokom zavarivanja ultra velikih ploča i stabilna je realizacija ultra dugih optičkih putanja. Može zavarivati dvije ravne ploče dužine 6 metara i širine 1,5 metara odjednom, a zavarena površina je glatka i ravna bez dodatne naknadne obrade. Istovremeno, može rezati ploče širine 3 metra, dužine veće od 6 metara i debljine manje od 20 mm u jednom procesu oblikovanja bez sekundarnog pozicioniranja. Institut za automatizaciju Shenyang, Kineske akademije nauka, ostvario je međunarodnu saradnju sa IHI Corporation (Japan). Slijedeći nacionalnu strategiju naučnog i tehnološkog razvoja "uvođenja, analize, apsorpcije i reinovacije", savladao je nekoliko ključnih tehnologija...lasersko zavarivanje po mjeri, razvio je prvi kompletni set proizvodnih linija za lasersko zavarivanje po mjeri u Kini u septembru 2006. godine i uspješno razvio robotski sistem laserskog zavarivanja, realizujući lasersko zavarivanje ravnih i prostornih krivih. U oktobru 2013. godine, kineski stručnjak za zavarivanje osvojio je Brook nagradu, najviše akademsko priznanje u oblasti zavarivanja. Institut za zavarivanje (TWI, UK) svake godine preporučuje i nominuje kandidate iz više od 4.000 članica u preko 120 zemalja, i na kraju dodjeljuje ovu nagradu jednom stručnjaku kao priznanje za njihov izuzetan doprinos nauci i tehnologiji zavarivanja ili spajanja i njegovoj industrijskoj primjeni. Ova nagrada nije samo priznanje Gong Shuiliju i njegovom timu, već i potvrda uloge AVIC-a u promovisanju napretka tehnologije spajanja materijala.
## Strukturni parametri
### Radna oprema Sastoji se od optičkog oscilatora i medija smještenog između ogledala na oba kraja šupljine oscilatora. Kada se medij pobudi u visokoenergetsko stanje, počinje generirati svjetlosne valove u fazi, koji se reflektiraju naprijed-nazad između ogledala na oba kraja, formirajući efekt fotoelektričnog spajanja. Ovo pojačava svjetlosne valove i kada se dobije dovoljna energija, emituje se laser. Laser se također može definirati kao uređaj koji pretvara primarne izvore energije kao što su električna energija, hemijska energija, toplotna energija, svjetlosna energija ili nuklearna energija u elektromagnetne snopove zračenja specifičnih optičkih frekvencija (ultraljubičasto svjetlo, vidljiva svjetlost ili infracrveno svjetlo). Ova konverzija se može lako izvesti u određenim čvrstim, tečnim ili gasovitim medijima. Kada se ovi mediji pobude u obliku atoma ili molekula, oni proizvode svjetlosni snop sa gotovo istom fazom i gotovo jednom talasnom dužinom - laser. Zbog svog svojstva u fazi i jedne talasne dužine, ugao divergencije je vrlo mali i može se prenositi na veliku udaljenost prije nego što se visoko koncentrira kako bi se obezbijedile funkcije kao što su zavarivanje, rezanje i termička obrada. ### Klasifikacija lasera Postoje uglavnom dvije vrste lasera koji se koriste za zavarivanje, i to CO₂ laseri i Nd:YAG laseri. I CO₂ laseri i Nd:YAG laseri su infracrvena svjetlost nevidljiva golim okom. Snop koji generiše Nd:YAG laser je uglavnom bliska infracrvena svjetlost sa talasnom dužinom od 1,06 μm. Termoprovodnici imaju relativno visoku stopu apsorpcije za svjetlost ove talasne dužine, a za većinu metala, reflektivnost je 20%-30%. Bliska infracrvena svjetlost se može fokusirati na prečnik od 0,25 mm pomoću standardnih optičkih sočiva. Snop CO₂ lasera je daleka infracrvena svjetlost sa talasnom dužinom od 10,6 μm. Većina metala ima reflektivnost od 80%-90% za ovu vrstu svjetlosti, tako da su potrebna posebna optička sočiva za fokusiranje snopa na prečnik od 0,75-1,0 mm. Snaga Nd:YAG lasera generalno može doseći oko 4.000-6.000 W, a maksimalna snaga je sada dostigla 10.000 W. Nasuprot tome, snaga CO₂ lasera može lako doseći 20.000 W ili čak i više. CO₂ laseri velike snage rješavaju problem visoke reflektivnosti putem efekta ključaonice. Kada se površina materijala ozračena svjetlosnom tačkom otopi, formira se ključaonica. Ova ključaonica ispunjena parom je poput crnog tijela, koje apsorbira gotovo svu energiju upadne svjetlosti. Ravnotežna temperatura unutar ključaonice dostiže oko 25.000°C, a reflektivnost se brzo smanjuje u roku od nekoliko mikrosekundi. Iako se fokus razvoja CO₂ lasera i dalje fokusira na razvoj i istraživanje opreme, više se ne radi o povećanju maksimalne izlazne snage, već o tome kako poboljšati kvalitet snopa i njegove performanse fokusiranja. Osim toga, kada se argon koristi kao zaštitni plin za zavarivanje CO₂ laserom snage iznad 10 kW, često inducira jaku plazmu, što smanjuje dubinu prodiranja. Stoga se helij, koji ne generira plazmu, često koristi kao zaštitni plin za zavarivanje CO₂ laserom velike snage. Primjena kombinacija diodnih lasera za pobuđivanje Nd:YAG kristala velike snage važna je tema istraživanja i razvoja, koja će značajno poboljšati kvalitet laserskih snopova i formirati efikasniju lasersku obradu. Upotreba direktnih diodnih nizova za pobuđivanje i izlaz lasera u bliskom infracrvenom području postigla je prosječnu snagu od 1 kW i efikasnost fotoelektrične konverzije od skoro 50%. Diode također imaju duži vijek trajanja (10.000 sati), što pomaže u smanjenju troškova održavanja laserske opreme. Razvoj opreme za diodno pumpane lasere u čvrstom stanju (DPSSL) također napreduje.
Vrijeme objave: 27. avg. 2025.
