ריתוך קרן לייזר
ריתוך בקרן לייזר היא שיטת ריתוך יעילה ומדויקת ביותר, תוך שימוש בקרן לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה כמקור החום שלה. ריתוך יכול להיעשות על ידי קרני לייזר רציפות או פועם. על פי עקרונות ריתוך הלייזר, ניתן לחלק את התהליכים לשניים: ריתוך הולכת חום וריתוך עמוק בלייזר. צפיפות הספק מתחת ל-104 ~ 105 W/cm2 מתייחסת לריתוך הולכת חום. באותו זמן, עומק החדירה רדוד עם מהירות ריתוך איטית; כאשר צפיפות ההספק גדולה מ-105 ~ 107W/cm2, תחת פעולת החום, משטח המתכת לוקח את השקע למראה "חור" כדי ליצור ריתוך חדירה עמוק.
תכונות
תכונות של מהירות ריתוך מהירה ויחס גובה-רוחב גדול
ריתוך קרן לייזר משתמש בדרך כלל בקרני לייזר רציפות להשלמת חיבור החומרים. התהליך הפיזי המתכתי דומה מאוד לריתוך קרן אלקטרונים, כלומר, מנגנון המרת האנרגיה הושלם על ידי מבנה "חור מפתח".
תחת קרינת לייזר בצפיפות הספק גבוהה מספיק, החומר מתאדה ויוצר חורים קטנים. החור הקטן הזה המלא בקיטור הוא כמו גוף שחור, הסופג כמעט את כל האנרגיה של הקרן הפוגעת. טמפרטורת שיווי המשקל בחלל היא בערך 2500C. החום מועבר מהדופן החיצונית של חלל הטמפרטורה הגבוהה, וממיס את המתכת המקיפה את החלל. החורים הקטנים מלאים בקיטור בטמפרטורה גבוהה הנוצר על ידי אידוי מתמשך של חומר הקיר מתחת לאלומת האור.
4 הקירות של החורים הקטנים מקיפים את המתכת המותכת והמתכת הנוזלית מקיפה את החומר המוצק. (ברוב תהליכי הריתוך הקונבנציונליים וריתוך הולכה בלייזר, האנרגיה היא במקום הראשון (מושקעת על פני השטח של חומר העבודה, ולאחר מכן מועברת פנימה בהעברה). זרימת הנוזל מחוץ לדופן החור ומתח הפנים של שכבת הקיר תואמים את לחץ הקיטור הנוצר ללא הרף בחלל החור ושומרים על איזון דינמי. אלומת האור זורמת ברציפות אל החור הקטן וחודרת לחור הקטן ברציפות. קרן זזה, החור הקטן נמצא תמיד במצב יציב של זרימה.
כלומר, החור הקטן והמתכת המותכת המקיפה את החור ינועו קדימה במהירות הקורה המובילה. המתכת המותכת ממלאת את הרווח שהשאיר החור הקטן ואז מתעבה, והריתוך נוצר. כל התהליך לעיל מתרחש כל כך מהר שמהירות הריתוך יכולה להגיע בקלות למספר מטרים בדקה.
1. ריתוך קרן לייזר הוא ריתוך היתוך, המשתמש בקרן לייזר כמקור האנרגיה ומשפיע על המפרק המרותך.
2. ניתן להנחות את קרן הלייזר על ידי אלמנט אופטי שטוח (כגון מראה), ולאחר מכן הקרן מוקרנת על תפר הריתוך עם אלמנט מיקוד או עדשה מחזירי אור.
3. ריתוך קרן לייזר הוא ריתוך ללא מגע. אין צורך בלחץ במהלך הפעולה, אך יש צורך בגז אינרטי כדי למנוע חמצון של הבריכה המותכת. מתכת המילוי משמשת מדי פעם.
4. ניתן לשלב ריתוך קרן לייזר עם ריתוך MIG ליצירת ריתוך MIG מרוכב בלייזר להשגת ריתוך חדירה גדול, בעוד שכניסת החום מופחתת מאוד בהשוואה לריתוך MIG.
יישומים
מכונת ריתוך הלייזר נמצאת בשימוש נרחב בתחומי ייצור בעלי דיוק גבוה כמו מכוניות, ספינות, מטוסים ומסילות מהירות. זה שיפר מאוד את איכות החיים של אנשים וגם הניע את תעשיית מוצרי החשמל הביתיים להנדסה מדויקת.
ריתוך קשת פלזמה
ריתוך קשת פלזמה מתייחס לשיטת ריתוך היתוך המשתמשת בקרן פלזמה בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה כמקור חום לריתוך. במהלך הריתוך, גז היונים (היוצר קשת יונים) וגז המיגון (כדי להגן על הבריכה המותכת ותפר הריתוך מההשפעות המזיקות של האוויר) הם ארגון טהור. האלקטרודות המשמשות בריתוך קשת פלזמה הן בדרך כלל אלקטרודות טונגסטן ולעיתים יש למלא אותן במתכת (חוט ריתוך). בדרך כלל, שיטת החיבור החיובי DC מאומצת (מוט הטונגסטן מחובר לאלקטרודה השלילית). לכן, ריתוך קשת פלזמה הוא בעצם ריתוך מוגן גז טונגסטן עם אפקט דחיסה.
לריתוך קשת פלזמה יש מאפיינים של ריכוז אנרגיה, פרודוקטיביות גבוהה, מהירות ריתוך מהירה, עיוות מתח קטן ובידוד חשמלי יציב, והוא מתאים לריתוך צלחות דקות וחומרי קופסאות. זה מתאים במיוחד לחומרי מתכת חסינים, מתחמצנים בקלות ורגישים לחום (כגון טונגסטן, מוליבדן, נחושת, ניקל, טיטניום וכו').
הגז מתנתק על ידי חימום הקשת ונדחס כאשר הוא עובר דרך הזרבובית המקוררת במים במהירות גבוהה, מה שמגדיל את צפיפות האנרגיה ואת מידת הניתוק, ויוצר קשת פלזמה. היציבות, הערך הקלורי והטמפרטורה שלו גבוהים יותר מהקשת הכללית, ולכן יש לו חדירה ומהירות ריתוך גדולים יותר. הגז היוצר את קשת הפלזמה וגז המגן סביבו משתמשים בדרך כלל בארגון טהור. בהתאם לתכונות החומר של חלקי עבודה שונים, חלקם משתמשים בהליום, חנקן, ארגון או תערובת של שניהם.
תכונות
1. ריתוך קשת פלזמה מסוג מיקרו-קרן יכול לרתך רדידים וצלחות דקות.
2. עם אפקט חור קטן, זה יכול לממש טוב יותר ריתוך חד צדדי ויצירת דו צדדית חופשית.
3. לקשת פלזמה יש צפיפות אנרגיה גבוהה, טמפרטורת עמודת קשת גבוהה ויכולת חדירה חזקה. זה יכול להשיג 10-12mm פלדה עבה ללא ריתוך משופע. זה יכול להיות מרותך באמצעות צורה דו צדדית בבת אחת. מהירות הריתוך מהירה, הפרודוקטיביות גבוהה ועיוות הלחץ קטן.
4. הציוד מסובך יחסית, צריכת הגז גדולה, לקבוצה דרישות מחמירות על פינוי וניקיון חומר העבודה, והוא מתאים רק לריתוך פנימי.
יישומים
ריתוך פלזמה הוא אחד האמצעים החשובים בייצור תעשייתי, במיוחד לריתוך נחושת וסגסוגות נחושת, טיטניום וסגסוגות טיטניום, סגסוגת פלדה, נירוסטה, מוליבדן ומתכות אחרות לתעופה וחלל, המשמשות בתעשיות צבאיות וחדשניות אחרות, כגון ייצור פגזי טילים מסוג מסוים העשויים מסגסוגת טיטניום ומיכלים בעלי דופן דקה חלקית במטוסים.
עלות, תחזוקה ויעילות תפעולית
כמה גורמים הקשורים להשוואת אפשרויות הטכנולוגיות בין ריתוך קרן לייזר לריתוך קשת פלזמה עבור יישומים תעשייתיים כוללים עלות, תחזוקה ויעילות תפעולית.
ניתוח עלויות
ריתוך קרן לייזר דורש השקעה ראשונית גבוהה מאחר והציוד מסובך בהשוואה לריתוך קשת פלזמה. הערך של מערכות ריתוך לייזר תעשייתיות כלליות נע בדרך כלל מעל $200,000, בעוד למערכות ריתוך קשת פלזמה יש עלויות איפשהו בטווח של $10,000 כדי $50,000. עם זאת, ל-LBW יש פוטנציאל לחיסכון משמעותי בעלויות לטווח ארוך הודות לקצבי עיבוד מוגברים וכן גימורים מינימליים הנדרשים לאחר הריתוך. לריתוך פלזמה עשויות להיות עלויות מתכלות גבוהות יותר עבור המשך הפעולה.
דרישות תחזוקה
מכיוון שחלקים מתכלים, כגון אלקטרודות וחירי גז, נשחקים בתדירות גבוהה יותר, מערכות ריתוך קשת פלזמה דורשות בדרך כלל תחזוקה תכופה יותר. לעומת זאת, מערכות ריתוך לייזר דורשות פחות חומרים מתכלים, אך האופטיקה ומקורות הלייזר שלהן זקוקים לניקוי וכיול מחדש מדי פעם. כאשר מתחזקים כראוי, מקורות לייזר יכולים להחזיק מעמד יותר מ-20,000 שעות עם פחות זמן השבתה. מערכות פלזמה, למרות שהן פשוטות יותר, עשויות לחוות הפרעות תכופות יותר מאחר שהחומרים המתכלים נשחקים.
יעילות תפעולית
טכניקות הריתוך של הלייזר הן הרבה יותר מהירות ומדויקות, ומגיעות למהירויות של עד 10 מטר לדקה על חומרים דקים, ומכאן אידאלי מאוד לייצור המוני. הוא גם מייצר אזורי חום זעירים מאוד, ומכאן נותן עיוות חומר מינימלי, ובכך משפר את איכות המוצר. ריתוך פלזמה יעיל בחומרים עבים יותר, אם כי במהירות איטית יותר, לעתים קרובות צריך גימור נוסף כדי לנקות ריתוכים, כגון השחזה.
בעוד שריתוך קרן לייזר דורש עלויות השקעה גבוהות יותר מראש, היעילות שלו והצורך הפחות תכוף בתחזוקה מספקים לרוב יתרונות עלות בטווח הארוך, במיוחד עבור יישומים הדורשים דיוק גבוה. ריתוך קשת פלזמה עדיין טוב לעבודה פחות מורכבת ולפעולות קטנות יותר.
