Lasersveising er en metode for å koble sammen to materialer ved å bruke en laserstråle som en konsentrert varmekilde for å smelte og smelte sammen materialene ved deres kontaktpunkt. Det gir fordeler i forhold til tradisjonelle sveiseteknikker som høyere hastighet, enklere automatisering, forbedret kvalitet og presisjon og utvidede materialalternativer.Kald lasersveisingrefererer til en undergruppe av lasersveisemetoder som involverer mye lavere varmetilførsel sammenlignet med standard lasersveising. Men hvordan fungerer det og hva er de viktigste kaldlasersveisingsteknikkene som brukes i dag?
Lavere varmeinngang
Per definisjon bruker kald lasersveising betydelig mindre lasereffekttetthet og varmetilførsel enn varmere fusjonssveisemetoder. Dette gjør at mer varmefølsomme materialer som plast eller tynne folier kan sammenføyes med mindre deformasjon, brenning eller annen termisk skade sammenlignet med varmere lasersveising.[1]
Typiske kaldlasersveisingsteknikker leverer bare 25-30 % av energitilførselen som brukes ved konvensjonell lasersveising. Dette tilsvarer effekttettheter under 1 megawatt per kvadratcentimeter og topptemperaturer under 2500 grader F ved bindingslinjens overflater.[2]
Den lavere varmen minimerer vridning av deler og risikable metallurgiske endringer i komponenter som sveises. Den tillater også vellykkede bindinger i svært reflekterende materialer som aluminium eller kobber som normalt vil avlede større mengder laserenergi i stedet for å absorbere den.[3]
Viktigste kaldlasersveiseteknikker
De tre hovedkategoriene for lasersveising som anses som kalde teknikker inkluderer:
1. Lasersveising med lav effekttetthet
Dette innebærer å redusere effekttettheten til standard solid-state- eller fiberlasere til 0,5 megawatt per cm2 eller lavere. Den tillater sveising opp til 0.5 mm dybde samtidig som den minimerer varmetilførsel og metallurgisk innvirkning på sensitive legeringer.[4]
2. Skannelasersveising
Denne metoden oscillerer eller skanner laserstrålen raskt over sømmen mens den pulserer. Kombinasjonen av en bredere stråle og rask bevegelse begrenser varmetilførselen til tross for bruk av effekttettheter over 2 megawatt per cm2. Det forenkler sveising av eksotiske romfartslegeringer og batteritapper.[5]
3. Lasermikrosveising
Dette bruker infrarøde laserdioder som sender ut bølgelengder innstilt på absorpsjonstoppene til polymerer. Nøye kontroll av utslipp under 150 watt skaper smale sveiser som er mindre enn 0,1 mm dype, men sterke nok for komponenter som medisinske katetre og mikroelektronikk.[6],[7]
Fordeler vs standard lasersveising
Mens maksimale sveisehastigheter og -dybder er begrenset, gir kaldlaserteknikker fordeler, inkludert:
- Minimerer delforvrengning og skadelige metallurgiendringer
- Unngå varmeskader og tap av humør i sensitive legeringer
- Tilrettelegger for sterke presisjonsbindinger i svært reflekterende og ledende materialer som tidligere var usveisbare
- Sammenføyning av termoplast og polymer av ulikt materiale som er utsatt for termisk nedbrytning
- Tillater automatisert sveising av ekstremt tynne folier ned til 0.05 mm tykkelse [8]
Så kald lasersveising fyller en viktig nisje - tilrettelegger for intrikate sammenføyninger av metaller, plast og materialblandinger som er uforenlige med varmere konvensjonelle lasersveisemetoder.
Applikasjoner som drar fordel
Spesielt luftfart, elektronikk og medisinsk utstyr tar i bruk løsninger for kaldlasersveising for å utnytte fordeler som å muliggjøre krevende materialskjøter med minimal forvrengning på små, intrikate komponenter.
Eksempelapplikasjoner inkluderer:
- Hermetisk forsegling av pacemaker titan kabinetter [9]
- Sveising av ytre vakuumkamre for massespektrometre [10]
- Sammenføyning av nikkelfoliespoler i elektriske generatorer samtidig som magnetiske egenskaper bevares [11]
- Forsegling av polymerer i plaster til medikamentlevering uten varme flytende lim [12]
Så mens du arbeider i mindre skalaer, muliggjør kaldlaserteknikker operasjonskritiske bindinger i romlegeringer, diagnostiske instrumenter og livreddende medisinske komponenter der det er viktig å opprettholde grunnmaterialeegenskaper og dimensjoner.
Oppsummert
Kald lasersveising bruker laserteknikker med redusert energitetthet som begrenser varmetilførselen under presisjonssveising. Ved å holde temperaturene lave minimeres delforvrengning og metallurgisk skade, samtidig som det tillater bindinger i svært reflekterende og termisk sensitive komponenter som tidligere var utelukket for varmsmeltesveising. Selv om den arbeider i mikroskala, muliggjør kald laser intrikate sammenføyninger av eksotiske og ulikt materialeparinger som er kritiske for bruksområder fra satellitter til kirurgiske implantater.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. er et høyteknologisk foretak som spesialiserer seg på FoU, produksjon og salg av automatisk laserkledningsmaskin, høyhastighets laserkledningsmaskin, laserslukningsmaskin, lasersveisemaskin og laser 3D-utskriftsutstyr. Våre produkter er kostnadseffektive og selges innenlands og utenlands. Hvis du er interessert i våre produkter, vennligst kontakt oss påbob@gshenglaser.com.
Referanser:
[1] Katayama, S. Handbook of Laser Welding Technologies. Woodhead Publishing. 2013. s. 342.
[2] Ion JC-laserbehandling av tekniske materialer: prinsipper, prosedyre og industriell anvendelse. Elsevier. 2005. s 203-204.
[3] Dawes C. Laser Welding: A Practical Guide. Woodhead Publishing. 1992. s 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Teknikker for sammenføyning av forskjellige materialer: metaller og polymerer. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Avanserte teknikker for lasersveising av transparente polymerer. Fysikk Procedia. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Fremskritt og nyere innovasjoner innen laserstrålesveiseteknologi. Optikk og lasere i ingeniørfag. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Laser Welding of Polymers Using High-Intensity Lasers. Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Lasersveisefenomener ved tynnfoliesveising. Journal of Laser Applications. 1. juni 2011;23(2):022005.
[9] L henholdsvisampe T, Roos E. Undersøkelser om smeltesveising av titanlegeringer for pacemakere. Medisinsk utstyrsmateriale II: prosedyrer fra Materials & Processes for Medical Devices Conference. 8. november 2004. s. 12-6.
[10] Synowicki RA. Materialproblemer for sveisede titanvakuumkamre i massespektrometriapplikasjoner. 18. aktuell møte om vitenskapen om fusjonsenergi. 28. oktober 1999.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Lasersveising av elektrisk stål og dets teknologiske konsekvenser på AC magnetiske kjerner. IEEE-transaksjoner på magnetikk. 1992 sep;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Bruk av lasertransmisjonssveiseprosess for forsegling av proteser for implantasjon. US patentsøknad US 06/938,069. 4. desember 1974.