Metode varjenja mikro in majhnih delov Lasersko varjenje je učinkovita in natančna metoda varjenja, ki kot vir toplote uporablja laserski žarek z visoko gostoto energije. Je ena od pomembnih aplikacij tehnologije laserske obdelave materialov. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je uporabljalo predvsem za varjenje tankostenskih materialov in varjenje pri nizki hitrosti, postopek varjenja pa je spadal v vrsto toplotne prevodnosti. Natančneje, lasersko sevanje segreva površino obdelovanca, toplota na površini pa se s toplotno prevodnostjo razprši navznoter. Z nadzorom parametrov, kot so širina, energija, največja moč in frekvenca ponavljanja laserskih impulzov, se obdelovanec tali in tvori specifičen staljeni bazen. Zaradi svojih edinstvenih prednosti se uspešno uporablja zaprecizno varjenje mikro in majhnih delov.Kitajska tehnologija laserskega varjenja se uvršča med najnaprednejše na svetu. Ima tehnologijo in zmogljivost za oblikovanje kompleksnih komponent iz titanovih zlitin, večjih od 12 kvadratnih metrov, z uporabo laserja, in je bila uporabljena pri izdelavi prototipov in izdelkov v številnih domačih letalskih raziskovalnih projektih. Oktobra 2013 je kitajski strokovnjak za varjenje prejel nagrado Brook, najvišje akademsko priznanje na področju varjenja, kar je potrdilo kitajsko svetovno raven laserskega varjenja.
## Zgodovina razvoja Prvi laserski žarek na svetu je bil ustvarjen leta 1960 z vzbujanjem rubinskih kristalov z bliskavico. Zaradi omejene toplotne kapacitete kristala je lahko ustvaril le zelo kratke impulzne žarke z nizko frekvenco. Čeprav je lahko trenutna energija impulza dosegla do 10^6 vatov, je še vedno spadala med nizkoenergijske žarke. Kristalna palica iz itrijevega aluminijevega granata (Nd:YAG), dopiranega z neodimom, z neodimom (Nd) kot vzbujevalnim elementom lahko ustvari neprekinjen laserski žarek z eno valovno dolžino in močjo 1-8 kW. YAG laser z valovno dolžino 1,06 μm je mogoče povezati z lasersko obdelovalno glavo prek fleksibilnega optičnega vlakna, kar ima fleksibilno postavitev opreme in je primeren za varjenje obdelovancev debeline 0,5-6 mm. CO₂ laser, ki kot vzbujevalnik uporablja ogljikov dioksid (z valovno dolžino 10,6 μm), lahko doseže izhodno energijo do 25 kW in omogoča varjenje plošč debeline 2 mm s polno penetracijo v enem prehodu. Široko se uporablja pri obdelavi kovin v industrijskem sektorju. Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja je lasersko varjenje kot nova tehnologija pritegnilo veliko pozornost v Evropi, Združenih državah Amerike in na Japonskem. Leta 1985 sta podjetji ThyssenKrupp Steel AG (Nemčija) in Volkswagen AG (Nemčija) sodelovala pri uspešni uvedbi prvega lasersko varjenega surovca na svetu na karoseriji Audija 100. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so veliki proizvajalci avtomobilov v Evropi, Severni Ameriki in na Japonskem začeli široko uporabljati tehnologijo lasersko varjenih surovcev pri izdelavi karoserij avtomobilov. Praktične izkušnje tako iz laboratorijev kot proizvajalcev avtomobilov so dokazale, da se lasersko varjeni surovci lahko uspešno uporabljajo pri izdelavi karoserij avtomobilov. Lasersko varjenje po meri uporablja lasersko energijo za samodejno spajanje in varjenje več vrst jekla, nerjavečega jekla, aluminijevih zlitin itd. z različnimi materiali, debelinami in premazi v integrirano ploščo, profil ali sendvič ploščo. To izpolnjuje različne zahteve glede zmogljivosti materialov komponent in zagotavlja lahko opremo z najmanjšo težo, optimalno strukturo in najboljšo zmogljivostjo. V razvitih državah, kot sta Evropa in Združene države Amerike,lasersko varjenje po merise ne uporablja le v industriji proizvodnje transportne opreme, temveč se pogosto uporablja tudi na področjih, kot so gradbeništvo, mostovi, proizvodnja varjenih plošč za gospodinjske aparate in varjenje jeklenih plošč na valjarnih linijah (povezovanje plošč pri neprekinjenem valjanju). Med svetovno znana podjetja za lasersko varjenje spadajo Soudonic (Švica), ArcelorMittal Group (Francija), ThyssenKrupp TWB (Nemčija), Servo-Robot (Kanada) in Precitec (Nemčija). Uporaba tehnologije lasersko varjenih surovcev na Kitajskem se je pravkar začela. 25. oktobra 2002 je bila uradno zagnana prva profesionalna komercialna proizvodna linija za lasersko varjene surovce na Kitajskem. Predstavilo jo je podjetje Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding podjetja ThyssenKrupp TWB (Nemčija). Kasneje so bila zaporedno uvedena v proizvodnjo podjetja Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. in druga podjetja. Leta 2003 so tuje države izvedle varjenje z dvojnim CO₂ laserjem z polnilno žico inYAG lasersko varjenje z žico za polnjenjeza konstrukcijo spodnje stenske plošče iz aluminijeve zlitine A318. Ta tehnologija je nadomestila tradicionalno kovičeno konstrukcijo, s čimer je zmanjšala težo trupa letala za 20 % in prihranila 20 % stroškov. Gong Shuili je verjel, da bo tehnologija laserskega varjenja igrala pomembno vlogo pri preoblikovanju in nadgradnji tradicionalne kitajske letalske proizvodne industrije. Takoj se je prijavil na številne sorodne predraziskovalne projekte, organiziral raziskovalno skupino in prevzel vodilno vlogo pri uvedbi tehnologije "dvojnega laserskega varjenja" v raziskovalne projekte na Kitajskem. Že od samega začetka je načrtoval uporabo te tehnologije v proizvodnji letal. Kitajska strokovna skupina je predhodno tehnologijo poročala inštitutu za načrtovanje letal in promovirala prednosti in izvedljivost dvojnega laserskega varjenja. Po večkratnih preverjanjih in ocenah se je inštitut za načrtovanje odločil, da bo to tehnologijo uporabil za izdelavo rebrastih stenskih plošč za določeno letalo, s čimer je dosegel prvotni cilj uporabe tehnologije "dvojnega laserskega varjenja" v proizvodnji letal. Prebili so ključne tehnologije, kot je natančen nadzor laserskega varjenja polnilne žice za lahke zlitine, razvili integrirano in inovativno hibridno varilno napravo z dvojnim laserskim žarkom za polnilne žice, vzpostavili prvo kitajsko platformo za visokozmogljivo dvoslojno lasersko varjenje polnilne žice, izvedli dvoslojno in dvostransko sinhrono varjenje T-spojev v velikih tankostenskih konstrukcijah ter ga prvič uspešno uporabili pri varjenju ključnih konstrukcijskih delov rebrastih stenskih plošč za letala, kar je odigralo pomembno vlogo pri razvoju novih kitajskih letal. Leta 2003 je prvi domači obsežni komplet opreme za tračno varjenje, ki ga je dobavil HG Laser, prestal sprejem brez povezave. Ta oprema združuje lasersko rezanje, varjenje in toplotno obdelavo, zaradi česar je HG Laser eno od četrtih podjetij na svetu, ki so sposobna proizvajati takšno opremo. Leta 2004 je projekt "Visokozmogljivo lasersko rezanje, varjenje in kombinirana tehnologija in oprema za rezanje in varjenje" podjetja HG Laser Farley Laserlab osvojil drugo nagrado za nacionalni znanstveni in tehnološki napredek, s čimer so postali edino lasersko podjetje na Kitajskem z zmogljivostjo raziskav in razvoja te tehnologije in opreme. Z naglim razvojem industrijske laserske industrije je trg postavil višje zahteve za tehnologijo laserske obdelave. Laserska tehnologija se je postopoma preusmerila od enojne uporabe k raznoliki uporabi. Kar zadeva lasersko obdelavo, ni več omejena na enojno rezanje ali varjenje. Povpraševanje na trgu po integrirani opremi za lasersko obdelavo, ki združuje rezanje in varjenje, narašča, zato se je pojavila integrirana oprema za lasersko rezanje in varjenje. HG Laser Farley Laserlab je razvil integrirani stroj za rezanje in varjenje Walc9030 z ultra velikim formatom 9 × 3 metre, ki je trenutno največji integrirani stroj za lasersko rezanje in varjenje na svetu. Walc9030 je oprema za rezanje in varjenje velikega formata, ki integrirafunkcije laserskega rezanja in laserskega varjenjaOpremljen je s profesionalno rezalno in varilno glavo, obe obdelovalni glavi pa si delita en žarek. Tehnologija numeričnega krmiljenja zagotavlja, da se ne motita druga z drugo. Oprema lahko hkrati izvede dva procesa, ki zahtevata rezanje in varjenje. Prosto lahko preklaplja med rezanjem najprej in nato varjenjem ali varjenjem najprej in nato rezanjem, s čimer se dosežejo tako funkcije laserskega rezanja kot varjenja z eno opremo brez potrebe po dodatni opremi. To prihrani stroške opreme za proizvajalce aplikacij, izboljša učinkovitost obdelave in obseg obdelave. Poleg tega je zaradi integracije rezanja in varjenja v celoti zagotovljena natančnost obdelave, delovanje opreme pa je učinkovito in stabilno. Poleg tega je premagal težave s toplotno deformacijo plošč med varjenjem ultra velikih plošč po meri in stabilno realizacijo ultra dolgih optičnih poti. Hkrati lahko vari dve ravni plošči dolžine 6 metrov in širine 1,5 metra, varjena površina pa je gladka in ravna brez dodatne naknadne obdelave. Hkrati lahko reže plošče širine 3 metre, dolžine več kot 6 metrov in debeline manj kot 20 mm v enem postopku oblikovanja brez sekundarnega pozicioniranja. Inštitut za avtomatizacijo Shenyang pri Kitajski akademiji znanosti je vzpostavil mednarodno sodelovanje s korporacijo IHI (Japonska). V skladu z nacionalno strategijo znanstvenega in tehnološkega razvoja »uvedba, prebava, absorpcija in ponovna inovacija« je premagal več ključnih tehnologijlasersko varjenje po meriseptembra 2006 je razvil prvi komplet kompletnih proizvodnih linij za lasersko varjenje po meri na Kitajskem in uspešno razvil robotski sistem za lasersko varjenje, ki omogoča lasersko varjenje ravninskih in prostorskih krivulj. Oktobra 2013 je kitajski strokovnjak za varjenje prejel nagrado Brook, najvišje akademsko priznanje na področju varjenja. Inštitut za varjenje (TWI, Združeno kraljestvo) vsako leto priporoča in nominira kandidate izmed več kot 4000 enot članic v več kot 120 državah ter na koncu to nagrado podeli enemu strokovnjaku v priznanje za njegov izjemen prispevek k znanosti in tehnologiji varjenja ali spajanja ter njegovi industrijski uporabi. Ta nagrada ni le priznanje Gongu Shuiliju in njegovi ekipi, temveč tudi potrditev vloge AVIC pri spodbujanju napredka tehnologije spajanja materialov.
## Strukturni parametri
### Delovna oprema Sestavljen je iz optičnega oscilatorja in medija, nameščenega med zrcali na obeh koncih oscilatorne votline. Ko je medij vzbujen v visokoenergijsko stanje, začne ustvarjati svetlobne valove v fazi, ki se odbijajo naprej in nazaj med zrcali na obeh koncih in tvorijo fotoelektrični učinek združevanja. To ojača svetlobne valove in ko je pridobljene dovolj energije, se odda laser. Laser lahko opredelimo tudi kot napravo, ki pretvarja primarne vire energije, kot so električna energija, kemična energija, toplotna energija, svetlobna energija ali jedrska energija, v elektromagnetne sevalne žarke določenih optičnih frekvenc (ultravijolična svetloba, vidna svetloba ali infrardeča svetloba). To pretvorbo je mogoče enostavno izvesti v določenih trdnih, tekočih ali plinastih medijih. Ko so ti mediji vzbujeni v obliki atomov ali molekul, proizvajajo svetlobni žarek s skoraj enako fazo in skoraj eno valovno dolžino – laser. Zaradi lastnosti v fazi in ene same valovne dolžine je kot divergence zelo majhen in se lahko prenaša na dolge razdalje, preden se močno koncentrira, da zagotovi funkcije, kot so varjenje, rezanje in toplotna obdelava. ### Razvrstitev laserjev Za varjenje se uporabljata predvsem dve vrsti laserjev, in sicer CO₂ laserji in Nd:YAG laserji. Tako CO₂ laserji kot Nd:YAG laserji so s prostim očesom nevidna infrardeča svetloba. Žarek, ki ga ustvarja Nd:YAG laser, je predvsem bližnja infrardeča svetloba z valovno dolžino 1,06 μm. Toplotni prevodniki imajo relativno visoko stopnjo absorpcije svetlobe te valovne dolžine, za večino kovin pa je odbojnost 20 %–30 %. Žarek bližnje infrardeče svetlobe je mogoče z uporabo standardnih optičnih leč fokusirati na premer 0,25 mm. Žarek CO₂ laserja je daljna infrardeča svetloba z valovno dolžino 10,6 μm. Večina kovin ima odbojnost 80 %–90 % za to vrsto svetlobe, zato so za fokusiranje žarka na premer 0,75–1,0 mm potrebne posebne optične leče. Moč Nd:YAG laserjev lahko običajno doseže približno 4000–6000 W, največja moč pa je zdaj dosegla 10.000 W. Nasprotno pa lahko moč CO₂ laserjev zlahka doseže 20.000 W ali celo več. Visokozmogljivi CO₂ laserji rešujejo problem visoke odbojnosti z učinkom ključavnice. Ko se površina materiala, ki jo obseva svetlobna točka, stopi, nastane ključavnica. Ta ključavnica, napolnjena s paro, je kot črno telo, ki absorbira skoraj vso energijo vpadne svetlobe. Ravnotežna temperatura znotraj ključavnice doseže približno 25.000 °C, odbojnost pa se v nekaj mikrosekundah hitro zmanjša. Čeprav se razvoj CO₂ laserjev še vedno osredotoča na razvoj in raziskave opreme, ne gre več za povečanje največje izhodne moči, temveč za izboljšanje kakovosti žarka in njegove učinkovitosti fokusiranja. Poleg tega, ko se argon uporablja kot zaščitni plin za varjenje s CO₂ laserjem z močjo nad 10 kW, pogosto povzroči močno plazmo, ki zmanjša globino prodiranja. Zato se helij, ki ne ustvarja plazme, pogosto uporablja kot zaščitni plin za varjenje z visokozmogljivim CO₂ laserjem. Uporaba kombinacij diodnih laserjev za vzbujanje visokozmogljivih kristalov Nd:YAG je pomembna tema raziskav in razvoja, ki bo močno izboljšala kakovost laserskih žarkov in omogočila učinkovitejšo lasersko obdelavo. Uporaba neposrednih diodnih nizov za vzbujanje in oddajanje laserjev v bližnjem infrardečem območju je dosegla povprečno moč 1 kW in izkoristek fotoelektrične pretvorbe skoraj 50 %. Diode imajo tudi daljšo življenjsko dobo (10.000 ur), kar pomaga zmanjšati stroške vzdrževanja laserske opreme. Napreduje tudi razvoj opreme za diodno črpane trdno-telesne laserje (DPSSL).
Čas objave: 27. avg. 2025
