Lasersko zavarivanje je metoda spajanja dva materijala korištenjem laserske zrake kao koncentriranog izvora topline za topljenje i spajanje materijala na njihovoj kontaktnoj tački. Nudi prednosti u odnosu na tradicionalne tehnike zavarivanja kao što su veća brzina, lakša automatizacija, poboljšani kvalitet i preciznost, te proširene mogućnosti materijala.Hladno lasersko zavarivanjeodnosi se na podskup metoda laserskog zavarivanja koje uključuju mnogo manji unos topline u poređenju sa standardnim laserskim zavarivanjem. Ali kako to funkcionira i koje su glavne tehnike hladnog laserskog zavarivanja koje se danas koriste?
Donji toplotni unos
Po definiciji, hladno lasersko zavarivanje koristi znatno manju gustinu laserske snage i unos topline od toplijih metoda zavarivanja fuzijom. Ovo omogućava da se materijali osjetljiviji na toplinu kao što su plastika ili tanke folije spoje s manje deformacija, gorenja ili drugih termičkih oštećenja u usporedbi s toplijim laserskim zavarivanjem.[1]
Tipične tehnike hladnog laserskog zavarivanja daju samo 25-30% energije koja se koristi u konvencionalnom laserskom zavarivanju. Ovo je jednako gustoći snage ispod 1 megavata po kvadratnom centimetru i vršnoj temperaturi ispod 2500 stepeni F na površinama linije veze.[2]
Niža toplota minimizira savijanje dijelova i rizične metalurške promjene u komponentama koje se zavaruju. Također omogućava uspješne veze u visoko reflektirajućim materijalima poput aluminija ili bakra koji bi normalno odbijali veće količine laserske energije umjesto da je apsorbiraju.[3]
Glavne tehnike hladnog laserskog zavarivanja
Tri glavne kategorije laserskog zavarivanja koje se smatraju hladnim tehnikama uključuju:
1. Lasersko zavarivanje niske snage
Ovo uključuje smanjenje gustine snage standardnih poluprovodničkih ili fiber lasera na 0.5 megavata po cm2 ili manje. Omogućava zavarivanje do 0.5 mm dubine dok minimizira unos topline i metalurški utjecaj na osjetljive legure.[4]
2. Skeniranje laserskog zavarivanja
Ova metoda brzo oscilira ili skenira laserski snop preko šava dok pulsira. Kombinacija šireg snopa i brzog kretanja ograničava unos topline uprkos korištenju gustoće snage iznad 2 megavata po cm2. Olakšava zavarivanje egzotičnih avionskih legura i jezičaka za baterije.[5]
3. Lasersko mikrozavarivanje
Ovo koristi infracrvene laserske diode koje emituju talasne dužine podešene na apsorpcione vrhove polimera. Pažljivo kontrolisanje emisije ispod 150 vati stvara uske šavove dubine manje od 0,1 mm, ali dovoljno jake za komponente kao što su medicinski kateteri i mikroelektronika.[6],[7]
Prednosti u odnosu na standardno lasersko zavarivanje
Dok su maksimalne brzine i dubine zavarivanja ograničene, hladne laserske tehnike nude prednosti uključujući:
- Minimiziranje izobličenja dijelova i štetnih metalurških promjena
- Izbjegavanje toplotnog oštećenja i gubitka temperamenta kod osjetljivih legura
- Omogućavanje jakih preciznih veza u visoko reflektirajućim i provodljivim materijalima koji se prethodno nisu mogli zavariti
- Spajanje parova termoplasta i polimera različitih materijala sklonih termičkoj degradaciji
- Omogućavanje automatskog zavarivanja izuzetno tankih folija do 0.05mm debljine [8]
Dakle, hladno lasersko zavarivanje ispunjava važnu nišu - olakšavajući zamršeno spajanje metala, plastike i mješavine materijala koje nije kompatibilno s toplijim konvencionalnim metodama laserskog zavarivanja.
Prednosti aplikacija
Industrija vazduhoplovstva, elektronike i medicinskih uređaja posebno usvaja rješenja za hladno lasersko zavarivanje kako bi iskoristila prednosti poput omogućavanja zahtjevnih spojeva materijala uz minimalno izobličenje na malim, zamršenim komponentama.
Primjeri aplikacija uključuju:
- Hermetičko zaptivanje titanijumskih kućišta pejsmejkera [9]
- Zavarivanje vanjskih vakuum komora za masene spektrometre [10]
- Spajanje zavojnica od nikl folije u električnim generatorima uz očuvanje magnetnih svojstava [11]
- Zaptivanje polimera u flasterima za isporuku lijekova bez toplinskih tečnih ljepila [12]
Dakle, dok rade na manjim obima, tehnike hladnog lasera omogućavaju kritične veze u legurama svemirskog kvaliteta, dijagnostičkim instrumentima i medicinskim komponentama koje spašavaju živote, gdje je održavanje svojstava i dimenzija osnovnog materijala najvažnije.
U sažetku
Hladno lasersko zavarivanje koristi laserske tehnike smanjene gustine energije koje ograničavaju unos topline tokom preciznog zavarivanja. Održavanje niskih temperatura minimizira izobličenje dijelova i metalurška oštećenja, a istovremeno omogućava spajanje u visoko reflektirajućim i termički osjetljivim komponentama koje su prethodno bile van granica zavarivanja vrućim topljenjem. Iako radi na mikro-razmjerima, hladni laser omogućava zamršeno spajanje egzotičnih i različitih parova materijala kritičnih za primjenu od satelita do hirurških implantata.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko poduzeće specijalizirano za istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju automatskih mašina za lasersko oblaganje, brzih laserskih mašina za oblaganje, mašina za lasersko gašenje, mašina za lasersko zavarivanje i opreme za lasersko 3D štampanje. Naši proizvodi su isplativi i prodaju se u zemlji i inostranstvu. Ukoliko ste zainteresovani za naše proizvode, kontaktirajte nas nabob@gshenglaser.com.
Reference:
[1] Katayama, S. Handbook of Laser Welding Technologies. Woodhead Publishing. 2013. str. 342.
[2] Ion JC laserska obrada inženjerskih materijala: principi, postupak i industrijska primjena. Elsevier. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Lasersko zavarivanje: Praktični vodič. Woodhead Publishing. 1992. str. 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Tehnike spajanja različitih materijala: metala i polimera. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Napredne tehnike za lasersko zavarivanje prozirnih polimera. Physics Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Napredak i nedavne inovacije u tehnologiji zavarivanja laserskim snopom. Optika i laseri u tehnici. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Lasersko zavarivanje polimera korištenjem lasera visokog intenziteta. Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Fenomeni laserskog zavarivanja u zavarivanju tanke folije. Journal of Laser Applications. 2011 Jun 1;23(2):022005.
[9] L respectivelyampe T, Roos E. Istraživanja fuzionog zavarivanja titanijumskih legura za pejsmejkere. Materijali za medicinske uređaje II: zbornik radova sa konferencije Materijali i procesi za medicinska sredstva. 2004, 8. novembar 2004. str. 12-6.
[10] Synowicki RA. Problemi materijala za zavarene vakuumske komore od titanijuma u primenama masene spektrometrije. 18. tematski skup o nauci o energiji fuzije. 1999 28. okt.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Lasersko zavarivanje električnih čelika i njegove tehnološke posljedice na AC magnetna jezgra. IEEE Transactions on Magnetics. 1992 Sep;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Upotreba postupka zavarivanja laserskim prijenosom za zaptivanje protetskih uređaja za implantaciju. Prijava patenta Sjedinjenih Država US 06/938,069. 4. decembar 1974.