Metode de sudare pentru piese micro și mici. Sudarea cu laser este o metodă de sudare eficientă și precisă care utilizează un fascicul laser cu densitate mare de energie ca sursă de căldură. Este una dintre aplicațiile importante ale tehnologiei de prelucrare a materialelor cu laser. În anii 1970, aceasta era utilizată în principal pentru sudarea materialelor cu pereți subțiri și sudarea la viteză mică, iar procesul de sudare aparținea tipului de conducție termică. Mai exact, radiația laser încălzește suprafața piesei de prelucrat, iar căldura de pe suprafață se difuzează spre interior prin conducție termică. Prin controlul unor parametri precum lățimea, energia, puterea de vârf și frecvența de repetiție a impulsurilor laser, piesa de prelucrat este topită pentru a forma o baie de topit specifică. Datorită avantajelor sale unice, a fost aplicată cu succes la...sudarea de precizie a pieselor micro și mici.Tehnologia de sudare cu laser din China se numără printre cele mai avansate la nivel mondial. Aceasta deține tehnologia și capacitatea de a forma componente complexe din aliaj de titan pe o suprafață de peste 12 metri pătrați folosind laserul și a fost utilizată în fabricarea de prototipuri și produse în cadrul mai multor proiecte interne de cercetare în domeniul aviației. În octombrie 2013, un expert chinez în sudură a câștigat Premiul Brook, cea mai înaltă distincție academică în domeniul sudării, ceea ce a confirmat nivelul de talie mondială al sudării cu laser din China.
## Istoricul dezvoltării Primul fascicul laser din lume a fost generat în 1960 prin excitarea cristalelor de rubin cu o lampă cu bliț. Limitat de capacitatea termică a cristalului, acesta putea produce doar fascicule pulsate foarte scurte, cu frecvență scăzută. Deși energia de vârf a impulsului instantaneu putea ajunge până la 10^6 wați, acesta se încadra totuși în producția de energie redusă. O tijă de cristal din granat de ytriu și aluminiu dopat cu neodim (Nd:YAG), cu neodim (Nd) ca element de excitație, poate genera un fascicul laser continuu cu o singură lungime de undă, cu o putere de 1-8 kW. Laserul YAG, cu o lungime de undă de 1,06 μm, poate fi conectat la capul de procesare cu laser printr-o fibră optică flexibilă, având o configurație flexibilă a echipamentului și fiind potrivit pentru sudarea pieselor cu o grosime de 0,5-6 mm. Laserul CO₂, care utilizează dioxid de carbon ca excitant (cu o lungime de undă de 10,6 μm), poate atinge o energie de ieșire de până la 25 kW și poate realiza sudarea cu penetrare completă într-o singură trecere a plăcilor cu grosimea de 2 mm. Acesta a fost utilizat pe scară largă în prelucrarea metalelor în sectorul industrial. La mijlocul anilor 1980, sudarea cu laser, ca tehnologie nouă, a atras o atenție largă în Europa, Statele Unite și Japonia. În 1985, ThyssenKrupp Steel AG (Germania) și Volkswagen AG (Germania) au colaborat pentru a adopta cu succes primul semifabricat sudat cu laser din lume pe caroseria Audi 100. În anii 1990, marii producători de automobile din Europa, America de Nord și Japonia au început să utilizeze pe scară largă tehnologia semifabricatelor sudate cu laser în fabricarea caroseriilor automobilelor. Experiența practică atât din laboratoare, cât și din producătorii de automobile a dovedit că semifabricatele sudate cu laser pot fi aplicate cu succes în producția de caroserii auto. Sudarea cu laser la comandă utilizează energia laser pentru a îmbina și suda automat mai multe tipuri de oțeluri, oțeluri inoxidabile, aliaje de aluminiu etc., cu diferite materiale, grosimi și acoperiri, într-o placă, profil sau panou sandwich integrat. Aceasta îndeplinește diferitele cerințe de performanță a materialelor componentelor și permite obținerea unor echipamente ușoare, cu cea mai mică greutate, o structură optimă și cele mai bune performanțe. În țările dezvoltate precum Europa și Statele Unite,sudură cu laser la comandăNu este utilizat doar în industria de fabricație a echipamentelor de transport, ci este aplicat pe scară largă și în domenii precum construcțiile, podurile, producția de sudură a plăcilor pentru electrocasnice și sudarea plăcilor de oțel în liniile de laminare (conexiune placă în laminare continuă). Printre întreprinderile de sudură cu laser de renume mondial se numără Soudonic (Elveția), ArcelorMittal Group (Franța), ThyssenKrupp TWB (Germania), Servo-Robot (Canada) și Precitec (Germania). Aplicarea tehnologiei semifabricatelor sudate cu laser în China abia a început. Pe 25 octombrie 2002, prima linie de producție comercială profesională din China pentru semifabricate sudate cu laser a fost pusă oficial în funcțiune. Aceasta a fost introdusă de Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding de la ThyssenKrupp TWB (Germania). Ulterior, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. și alte întreprinderi au fost puse succesiv în producție. În 2003, țările străine au realizat sudarea cu sârmă de umplere cu laser CO₂ cu fascicul dublu șiSudare cu sârmă de adaos cu laser YAGpentru structura panoului de perete inferior din aliaj de aluminiu A318. Această tehnologie a înlocuit structura tradițională nituită, reducând greutatea fuselajului aeronavei cu 20% și economisind 20% din cost. Gong Shuili a crezut că tehnologia de sudare cu laser va juca un rol semnificativ în transformarea și modernizarea industriei tradiționale de producție aeronautică din China. El a aplicat imediat pentru o serie de proiecte de cercetare preliminare conexe, a organizat o echipă de cercetare și a preluat conducerea în introducerea tehnologiei de „sudare cu laser cu fascicul dublu” în proiectele de cercetare din China. Încă de la început, el a plănuit să aplice această tehnologie în fabricarea de aeronave. Echipa de experți chinezi a raportat tehnologia preliminară unui institut de proiectare a aeronavelor și a promovat avantajele și fezabilitatea sudării cu laser cu fascicul dublu. După multiple verificări și evaluări, institutul de proiectare a decis să aplice această tehnologie la fabricarea panourilor de perete cu nervuri pentru o anumită aeronavă, atingând obiectivul inițial de a aplica tehnologia de „sudare cu laser cu fascicul dublu” în fabricarea de aeronave. A inovat în tehnologii cheie, cum ar fi controlul de precizie al sudării cu laser a sârmei de umplere pentru aliaje ușoare, a dezvoltat un dispozitiv integrat și inovator de sudare hibridă cu sârmă de umplere cu laser cu fascicul dublu, a stabilit prima platformă de sudare cu sârmă de umplere cu laser cu fascicul dublu de mare putere din China, a realizat sudarea sincronă cu fascicul dublu și față-verso a îmbinărilor în T în structuri mari cu pereți subțiri și a aplicat-o cu succes la fabricarea prin sudură a pieselor structurale cheie ale panourilor de perete cu nervuri pentru aviație, jucând un rol important în dezvoltarea noilor aeronave din China. În 2003, primul set complet de echipamente autohtone de sudură cu bandă online la scară largă, furnizat de HG Laser, a trecut de acceptarea offline. Acest echipament integrează tăierea cu laser, sudarea și tratamentul termic, făcând din HG Laser una dintre cele patru întreprinderi din lume capabile să producă astfel de echipamente. În 2004, proiectul „Tehnologie și echipamente de tăiere cu laser de mare putere, sudare și prelucrare combinată a tăierii-sudării” de la HG Laser Farley Laserlab a câștigat Premiul al Doilea al Premiului Național pentru Progresul Științei și Tehnologiei, devenind singura întreprindere laser din China cu capacitate de cercetare și dezvoltare pentru această tehnologie și echipament. Odată cu dezvoltarea rapidă a industriei laser industriale, piața a impus cerințe mai mari pentru tehnologia de procesare cu laser. Tehnologia laser a trecut treptat de la o singură aplicație la aplicații diversificate. În ceea ce privește procesarea cu laser, aceasta nu se mai limitează la o singură tăiere sau sudare. Cererea pieței pentru echipamente integrate de procesare cu laser care combină tăierea și sudarea este în creștere, astfel încât au apărut echipamente integrate de tăiere și sudare cu laser. HG Laser Farley Laserlab a dezvoltat mașina integrată de tăiere și sudare Walc9030, cu un format ultra-mare de 9×3 metri, care este în prezent cel mai mare format de echipament integrat de tăiere și sudare cu laser din lume. Walc9030 este un echipament de tăiere și sudare de format mare care integrează...funcții de tăiere cu laser și sudare cu laserEste echipat cu un cap de tăiere profesional și un cap de sudură, iar cele două capete de procesare folosesc același fascicul. Tehnologia de control numeric asigură că nu interferează una cu cealaltă. Echipamentul poate finaliza simultan două procese care necesită tăiere și sudare. Poate comuta liber între tăiere mai întâi și sudare sau sudare mai întâi și tăiere, realizând atât funcțiile de tăiere cu laser, cât și cele de sudare cu un singur echipament, fără a fi nevoie de echipamente suplimentare. Acest lucru economisește costurile echipamentelor pentru producătorii de aplicații, îmbunătățește eficiența procesării și gama de procesare. Mai mult, datorită integrării tăierii și sudării, precizia procesării este pe deplin garantată, iar performanța echipamentului este eficientă și stabilă. În plus, a depășit dificultățile deformării termice a plăcilor în timpul sudării personalizate a plăcilor ultra-mari și a realizat stabil căi optice de zbor ultra-lungi. Poate suda două plăci plate de 6 metri lungime și 1,5 metri lățime simultan, iar suprafața sudată este netedă și plană fără post-procesare suplimentară. În același timp, poate tăia plăci cu o lățime de 3 metri, o lungime mai mare de 6 metri și o grosime mai mică de 20 mm într-un singur proces de formare, fără poziționare secundară. Institutul de Automatizare Shenyang din cadrul Academiei Chineze de Științe a desfășurat o cooperare internațională cu Corporația IHI (Japonia). Urmând strategia națională de dezvoltare științifică și tehnologică de „introducere, digestie, absorbție și reinovare”, a depășit câteva tehnologii cheie desudură cu laser la comandă, a dezvoltat primul set complet de linii de producție de sudare cu laser personalizate din China în septembrie 2006 și a dezvoltat cu succes un sistem robotizat de sudare cu laser, realizând sudarea cu laser a curbelor plane și spațiale. În octombrie 2013, un expert chinez în sudură a câștigat Premiul Brook, cel mai înalt premiu academic în domeniul sudării. Institutul de Sudură (TWI, Marea Britanie) recomandă și nominalizează anual candidați din peste 4.000 de unități membre din peste 120 de țări și, în final, acordă acest premiu unui expert în semn de recunoaștere a contribuțiilor sale remarcabile la știința și tehnologia sudării sau îmbinării și la aplicațiile sale industriale. Acest premiu nu este doar o recunoaștere a lui Gong Shuili și a echipei sale, ci și o afirmare a rolului AVIC în promovarea progresului tehnologiei de îmbinare a materialelor.
## Parametri structurali
### Echipamentul de lucru este compus dintr-un oscilator optic și un mediu plasat între oglinzile de la ambele capete ale cavității oscilatorului. Când mediul este excitat la o stare de energie ridicată, începe să genereze unde luminoase în fază, care se reflectă înainte și înapoi între oglinzile de la ambele capete, formând un efect de concatenare fotoelectrică. Aceasta amplifică undele luminoase, iar când se obține suficientă energie, se emite laserul. Laserul poate fi definit și ca un dispozitiv care convertește sursele primare de energie, cum ar fi energia electrică, energia chimică, energia termică, energia luminoasă sau energia nucleară, în fascicule de radiații electromagnetice de frecvențe optice specifice (lumină ultravioletă, lumină vizibilă sau lumină infraroșie). Această conversie poate fi realizată cu ușurință în anumite medii solide, lichide sau gazoase. Când aceste medii sunt excitate sub formă de atomi sau molecule, produc un fascicul de lumină cu aproape aceeași fază și aproape o singură lungime de undă - laser. Datorită proprietății sale în fază și a lungimii de undă unice, unghiul de divergență este foarte mic și poate fi transmis pe o distanță lungă înainte de a fi puternic concentrat pentru a oferi funcții precum sudarea, tăierea și tratamentul termic. ### Clasificarea laserelor Există în principal două tipuri de lasere utilizate pentru sudare, și anume laserele CO₂ și laserele Nd:YAG. Atât laserele CO₂, cât și laserele Nd:YAG emit lumină infraroșie invizibilă pentru ochiul liber. Fasciculul generat de laserul Nd:YAG este în principal lumină infraroșie apropiată cu o lungime de undă de 1,06 μm. Conductorii termici au o rată de absorbție relativ mare pentru lumina de această lungime de undă, iar pentru majoritatea metalelor, reflectivitatea este de 20%-30%. Fasciculul infraroșu apropiat poate fi focalizat la un diametru de 0,25 mm folosind lentile optice standard. Fasciculul laserului CO₂ este lumină infraroșie îndepărtată cu o lungime de undă de 10,6 μm. Majoritatea metalelor au o reflectivitate de 80%-90% pentru acest tip de lumină, așa că sunt necesare lentile optice speciale pentru a focaliza fasciculul la un diametru de 0,75-1,0 mm. Puterea laserelor Nd:YAG poate atinge în general aproximativ 4.000-6.000 W, iar puterea maximă a ajuns acum la 10.000 W. În schimb, puterea laserelor CO₂ poate ajunge cu ușurință la 20.000 W sau chiar mai mult. Laserele CO₂ de mare putere rezolvă problema reflectivității ridicate prin efectul de gaură de cheie. Când suprafața materialului iradiat de punctul luminos se topește, se formează o gaură de cheie. Această gaură de cheie umplută cu vapori este ca un corp negru, care absoarbe aproape toată energia luminii incidente. Temperatura de echilibru din interiorul găurii de cheie atinge aproximativ 25.000 °C, iar reflectivitatea scade rapid în câteva microsecunde. Deși accentul pe dezvoltarea laserelor CO₂ se concentrează încă pe dezvoltarea și cercetarea echipamentelor, nu mai este vorba despre creșterea puterii maxime de ieșire, ci despre cum să se îmbunătățească calitatea fasciculului și performanța de focalizare a acestuia. În plus, atunci când argonul este utilizat ca gaz de protecție pentru sudarea cu laser CO₂ cu o putere mai mare de 10 kW, acesta induce adesea o plasmă puternică, ceea ce reduce adâncimea de penetrare. Prin urmare, heliul, care nu generează plasmă, este adesea utilizat ca gaz de protecție pentru sudarea cu laser CO₂ de mare putere. Aplicarea combinațiilor de lasere cu diode pentru excitarea cristalelor Nd:YAG de mare putere este un subiect important de cercetare și dezvoltare, care va îmbunătăți considerabil calitatea fasciculelor laser și va genera o procesare laser mai eficientă. Utilizarea rețelelor directe de diode pentru excitarea și producerea laserelor în regiunea infraroșu apropiat a atins o putere medie de 1 kW și o eficiență de conversie fotoelectrică de aproape 50%. Diodele au, de asemenea, o durată de viață mai lungă (10.000 de ore), ceea ce ajută la reducerea costurilor de întreținere ale echipamentelor laser. Dezvoltarea echipamentelor laser în stare solidă pompate cu diode (DPSSL) avansează, de asemenea.
Data publicării: 27 august 2025
