Tačkasto zavarivanje je brza i isplativa metoda spajanja. Pogodno je za spajanje tankolinih komponenti preklopnim spojevima koji ne zahtijevaju hermetičku nepropusnost. Postoje mnoge vrste tačkastog zavarivanja, kao što su otporno tačkasto zavarivanje, elektrolučno tačkasto zavarivanje, tačkasto zavarivanje ljepilom,kompozitno tačkasto zavarivanje, i lasersko tačkasto zavarivanje. Trenutno se tačkasto zavarivanje otporom široko koristi u proizvodnji. Uzimajući automobilsku industriju kao primjer, potrebno je 3.000 do 4.000 zavarnih mjesta tokom montaže komponenti karoserije automobila, što zahtijeva 250 do 300 robota, zajedno sa pratećim kontrolnim sistemima i drugom pomoćnom opremom. Međutim, tačkasto zavarivanje otporom ima slabu fleksibilnost. S brzim ekonomskim razvojem, ciklus ažuriranja geometrijskih oblika i struktura automobilskih komponenti postao je vrlo kratak. Nadogradnja novih proizvoda i modela zahtijeva novu vrstu tehnologije tačkastog zavarivanja koja je efikasna i fleksibilna. Stoga je tehnologija laserskog tačkastog zavarivanja postepeno postala fokus pažnje i očekuje se da će se široko primjenjivati u automobilskoj industrijskoj proizvodnji. U vazduhoplovnoj oblasti, lasersko tačkasto zavarivanje se također testira kao alternativna tehnologija. Dugo vremena, preklopni spojevi vazduhoplovnih proizvoda uglavnom su koristili zakivanje, što uključuje mnoge proizvodne procese i veliko opterećenje. S rastućom primjenom novih materijala kao što su legure aluminija, legure titana i kompozitni materijali, usvajanje novih tehnologija zavarivanja koje zamjenjuju tradicionalne metode spajanja postalo je glavni trend. Ovo ne samo da poboljšava efikasnost proizvodnje, već i smanjuje strukturalnu težinu i ispunjava nove zahtjeve strukturnog dizajna, što je od velikog značaja za vazduhoplovne proizvode. Visoka preciznost i velika fleksibilnost laserskog tačkastog zavarivanja daju mu značajne prednosti u praktičnoj proizvodnji, posebno u avio-industriji, gdje može zamijeniti tradicionalne procese kao što su tačkasto zavarivanje otporom i zakivanje.
I. Definicija i karakteristike laserskog tačkastog zavarivanja
Definicija
Lasersko tačkasto zavarivanje odnosi se na proces topljenja i spajanja radnih komada pomoću jednog laserskog impulsa (t > 1ms) ili serije laserskih impulsa na istoj poziciji.
Lasersko tačkasto zavarivanje je u osnovi slično drugim procesima laserskog zavarivanja; jedina razlika je u tome što ne postoji relativno pomjeranje između laserskog snopa i radnog komada tokom tačkastog zavarivanja. Lasersko tačkasto zavarivanje se dijeli na dvije vrste: termičko provodljivo zavarivanje i zavarivanje ključaonicom. Kod termičko provodljivog tačkastog zavarivanja, laser može samo rastopiti metal bez njegovog isparavanja. Ova metoda je pogodnija za zavarivanje metala debljine manje od 0,5 mm, kao što je Nd:YAG lasersko tačkasto zavarivanje elektronskih komponenti. Kod laserskog tačkastog zavarivanja ključaonicom, laser može direktno ući u unutrašnjost materijala kroz ključanicu, povećavajući stopu iskorištenja laserske energije i postižući veću dubinu prodiranja. Tradicionalno otporno tačkasto zavarivanje topi radne komade kako bi se formirale tačke zavara koristeći otpornu toplotu generiranu električnom strujom, dok izvor toplote laserskog tačkastog zavarivanja dolazi od laserskog zračenja, što rezultira značajno različitim oblicima tačaka zavara.
Podesivi parametri laserskog tačkastog zavarivanja uglavnom uključuju snagu lasera, vrijeme tačkastog zavarivanja i količinu defokusiranja. Za tačkasto zavarivanje korištenjem pulsnog načina rada, parametri također uključuju oblik pulsnog talasa, frekvenciju i radni ciklus. Među njima, snaga lasera uglavnom utiče na dubinu prodiranja tačke zavara, dok vrijeme tačkastog zavarivanja ima veći uticaj na bočnu veličinu tačke zavara. Generalno, što je duže vrijeme djelovanja lasera, to je veća veličina gornje i donje površine taljenja i veličina površine za taljenje. Promjene u količini defokusiranja uglavnom utiču na prečnik tačke i gustinu energije koja djeluje na površinu obratka, što ima značajan uticaj na ukupni oblik tačke zavara.
Karakteristike
- Sa laserom kao izvorom toplote, tačkasto zavarivanje nudi veliku brzinu, visoku preciznost, nizak unos toplote i minimalnu deformaciju radnog komada.
- Stepen slobode u položajima tačkastog zavarivanja je znatno poboljšan, omogućavajući tačkasto zavarivanje u svim položajima i jednostavnu realizacijujednostrano tačkasto zavarivanje, čime se značajno povećava sloboda dizajna proizvoda.
- Tačkasto lasersko zavarivanje ima niske zahtjeve za veličinu preklopljenih spojeva. Postoje minimalna ograničenja u pogledu parametara kao što su broj preklopljenih spojeva i udaljenost između zavarenih mjesta, te nema potrebe uzimati u obzir utjecaj pomjeranja struje.
- Za zavarivanje ploča nejednake debljine, različitih materijala i specijalnih materijala (aluminijske legure, pocinčani limovi), lasersko tačkasto zavarivanje daje bolje rezultate od tradicionalnih metoda tačkastog zavarivanja.
- Ne zahtijeva veliki broj pomoćne opreme, može se brzo prilagoditi promjenama proizvoda i zadovoljiti zahtjeve tržišta.
II. Analiza nedostataka kod laserskog tačkastog zavarivanja
Pukotine, pore i udubljenja su najčešći defekti kod laserskog tačkastog zavarivanja, koji su u nastavku analizirani jedan po jedan.
1. Pukotine
Pukotine se dijele na površinske pukotine i uzdužne pukotine. Brzine zagrijavanja i hlađenja tokom laserskog tačkastog zavarivanja su vrlo brze, što rezultira velikim temperaturnim gradijentom između zagrijanog područja i okolnog metala, što lako dovodi do stvaranja pukotina. Pojava pukotina je usko povezana s materijalom; na primjer, aluminijske legure imaju mnogo veću sklonost pucanju tokom laserskog tačkastog zavarivanja nego nehrđajući čelik. Efikasna metoda za suzbijanje stvaranja pukotina je optimizacija pulsnog talasnog oblika kako bi se kontrolisala brzina hlađenja procesa skrućivanja metala i smanjio unutrašnji napon.
2. Pore
Porozni defekti (pore) u laserskim tačkastim zavarivanjima mogu se podijeliti na male pore i velike pore. Male pore su uglavnom uzrokovane smanjenjem rastvorljivosti vodonika u tečnom metalu tokom skrućivanja metala, kao i brzim isparavanjem metala u ključaonici i poremećajem rastopljenog bazena. Velike pore su uglavnom posljedica prebrze brzine hlađenja tokom laserskog tačkastog zavarivanja, što ne ostavlja dovoljno vremena da se metal oko ključanice ponovo napuni. Generalno, male pore su sklone formiranju kod tačkastog zavarivanja dugim pulsom, dok se velike pore vjerovatno javljaju kod tačkastog zavarivanja kratkim pulsom.
Postoje dva mjesta gdje se pore najvjerovatnije pojavljuju kod laserskog tačkastog zavarivanja: jedno je blizu zone taljenja u sredini mjesta zavara, a drugo je u korijenu zavara. Slike topljenja snimljene rendgenskim zracima pokazuju da su pore u blizini zone taljenja uglavnom uzrokovane sužavanjem kada se ključaonica zatvori; pore u korijenu zavara uglavnom nastaju urušavanjem ključanice zbog brzog nestanka lasera nakon formiranja ključanice.
3. Opuštanje
Udubljenje je očigledan fenomen kod laserskog tačkastog zavarivanja. Centralno udubljenje na površini zavara i nakupljanje metala oko nje uzrokovani su silom trzanja koja nastaje isparavanjem metala, gurajući tečni metal na površinu zavara. Tokom procesa hlađenja, akumulirani metal na površini se brzo stvrdnjava i ne može se u potpunosti zatrpati. Osim toga, gubitak materijala uzrokovan brzim isparavanjem i prskanjem metala je još jedan faktor koji doprinosi centralnom udubljenju. Vrijeme pulsa ima značajan utjecaj i na udubljenje površine zavara i na formiranje pora. Zadovoljavajuća mjesta zavara mogu se dobiti optimizacijom oblika pulsa i vremena.
4. Utjecaj količine defokusiranja na mjesta zavarivanja
Promjene u količini defokusiranja direktno mijenjaju prečnik tačke i gustinu energije. Kada se količina defokusiranja povećava i u negativnom i u pozitivnom smjeru, to znači da se prečnik tačke povećava, a gustina energije smanjuje. Tokom laserskog tačkastog zavarivanja postoji određeni odgovarajući odnos između prečnika tačke i veličine početne ključaonice koju formira laser koji pada na ispitni uzorak, dok gustina energije određuje brzinu širenja rastopljenog bazena. Kada je apsolutna vrijednost količine defokusiranja mala, prečnik laserske tačke je mali, gustina snage lasera je visoka, a brzina širenja rastopljenog bazena zavara je brza, ali je prečnik početne ključaonice mali. Naprotiv, kada je količina defokusiranja velika, prečnik početne ključaonice je veliki, ali se brzina širenja rastopljenog bazena usporava, a rezultirajuća veličina tačke zavara možda neće biti velika. Stoga, tokom promjene količine defokusiranja, sveobuhvatni efekat prečnika tačke i površinske gustine snage tačke zavara određuje veličinu tačke zavara.
III. Primjena tehnologije laserskog tačkastog zavarivanja
Lasersko tačkasto zavarivanje odlikuje se velikom brzinom, velikom dubinom prodiranja, minimalnom deformacijom i može se izvoditi na sobnoj temperaturi ili pod posebnim uslovima uz pomoć jednostavne opreme za zavarivanje. Osim toga, pojava visokofrekventnih pulsirajućih lasera (sa frekvencijom većom od 40 pulseva u sekundi) omogućila je široku primjenu laserskog tačkastog zavarivanja u montaži i zavarivanju mikro i malih komponenti u masovnoj automatizovanoj proizvodnji. Prilikom zavarivanja malih elektronskih komponenti koje zahtijevaju malu zonu uticaja toplote - kao što je veza između stakla i metala, veza spojeva u poluprovodničkim kolima osjetljivim na toplotu i veza između različitih metala u žicama - lasersko tačkasto zavarivanje je povoljnije od tradicionalnih procesa tačkastog zavarivanja (npr. tačkasto zavarivanje otporom), sa tačkastim zavarivanjem bez zagađenja i visokim kvalitetom zavarivanja. Slika 6-60 prikazuje primjer primjene laserskog tačkastog zavarivanja u proizvodnji automobilskih farova: pulsni laser u čvrstom stanju od 500 W generiše četiri slična tačkasta zavara sa vrlo visokom frekvencijom pulseva.
Prilikom izvođenja visokopreciznog tačkastog zavarivanja na mikrostrukturama korištenjem visoke energije impulsa, pulsirajući Nd:YAG laseri imaju tehničke i ekonomske prednosti. U većini industrijskih primjena tačkastog zavarivanja, u osnovi se koriste pulsirajući laseri u čvrstom stanju sa prosječnom snagom od 50W i snagom impulsa > 2kW. Laser može djelovati direktno na radni komad putem optičkih vlakana ili kombinovanih fokusirajućih sočiva.
Lasersko tačkasto zavarivanje primjenjivo je na širok raspon materijala. Na primjer, prilikom tačkastog zavarivanja Li baterija, korištenjem Nd:YAG tehnologija laserskog tačkastog zavarivanjaSpajanje različitih metala je efikasnije od TIG zavarivanja i tačkastog zavarivanja otporom. Posebno, budući da se optička vlakna koriste za prenos lasera tokom proizvodnje, pogodno je brzo i fleksibilno kretanje između različitih radnih stolova.
Ukratko, lasersko tačkasto zavarivanje ima sljedeće karakteristike:
- S povećanjem snage lasera, promjer površine zavara fluktuira gore-dolje, dok se promjer površine za taljenje i donje površine sporo povećava. Promjena oblika poprečnog presjeka zavara nije očigledna. Kako se trajanje povećava, veličina zavara se brzo povećava, a brzina promjene promjera površine za taljenje je veća od promjene promjera gornje i donje površine. Promjena u količini defokusiranja ima značajan utjecaj na veličinu zavara. Direktno mijenja promjer tačke i gustoću snage lasera, a sveobuhvatni učinak ova dva faktora određuje veličinu zavara.
- U slučaju potpunog prodiranja, na površini laserskog tačkastog zavara postoji očigledno udubljenje. S povećanjem snage i trajanja lasera, dubina udubljenja na površini zavara se povećava. Kada je trajanje ili veličina razmaka veliko, donja površina također može pokazati udubljenje.
- Kako se razmak povećava, ukupna deformacija mjesta zavara, centralno udubljenje i udubljenje postaju očigledni. Površina taljenja se smanjuje, a čvrstoća se brzo smanjuje. Trenutno se u zavarivanju otpornika, baterija i elektronike uobičajeno koristi proces istovremenog zavarivanja dva mjesta, koji obično usvaja dizajn s dva laserska izvora svjetlosti.
Vrijeme objave: 27. oktobar 2025.
