Микро және ұсақ бөлшектерді дәнекерлеу әдістері Лазерлік дәнекерлеу - жылу көзі ретінде жоғары энергия тығыздығы бар лазер сәулесін пайдаланатын тиімді және дәл дәнекерлеу әдісі. Бұл лазерлік материалдарды өңдеу технологиясының маңызды қолданылу салаларының бірі. 1970 жылдары ол негізінен жұқа қабырғалы материалдарды және төмен жылдамдықты дәнекерлеу үшін қолданылды, ал дәнекерлеу процесі жылу өткізгіштік түріне жатқызылды. Атап айтқанда, лазерлік сәулелену дайындаманың бетін қыздырады, ал бетіндегі жылу жылу өткізгіштік арқылы ішке қарай таралады. Лазерлік импульстардың ені, энергиясы, шың қуаты және қайталану жиілігі сияқты параметрлерді басқару арқылы дайындама белгілі бір балқытылған бассейнді қалыптастыру үшін балқытылады. Бірегей артықшылықтарының арқасында ол сәтті қолданылдымикро және ұсақ бөлшектерді дәл дәнекерлеу.Қытайдың лазерлік дәнекерлеу технологиясы әлемдегі ең озық деңгейлердің қатарына кіреді. Ол лазерді қолдана отырып, 12 шаршы метр аумақта күрделі титан қорытпасынан жасалған компоненттерді қалыптастыру технологиясы мен мүмкіндігіне ие және көптеген отандық авиациялық зерттеу жобаларының прототипі мен өнім өндірісінде қолданылды. 2013 жылдың қазан айында қытайлық дәнекерлеу маманы дәнекерлеу саласындағы ең жоғары академиялық марапат - Брук сыйлығын жеңіп алды, бұл Қытайдың әлемдік деңгейдегі лазерлік дәнекерлеу деңгейін растады.
## Даму тарихы Әлемдегі алғашқы лазер сәулесі 1960 жылы жарқыл шамы бар қоздырғыш лағыл кристалдары арқылы жасалды. Кристаллдың жылу сыйымдылығымен шектелген ол тек төмен жиілікті өте қысқа импульсті сәулелерді ғана шығара алды. Лездік импульстік шың энергиясы 10^6 ваттқа дейін жетуі мүмкін болса да, ол әлі де төмен энергиялы шығысқа жататын. Қоздыру элементі ретінде неодимий (Nd) бар неодиммен легирленген иттрий алюминий гранаты (Nd:YAG) кристалды таяқшасы 1-8 кВт қуаттылықтағы үздіксіз бір толқынды лазер сәулесін жасай алады. Толқын ұзындығы 1,06 мкм болатын YAG лазерін икемді оптикалық талшық арқылы лазерлік өңдеу басына қосуға болады, бұл икемді жабдықтың орналасуын және қалыңдығы 0,5-6 мм болатын пісіру дайындамаларына жарамдылығын көрсетеді. CO₂ лазері көмірқышқыл газын қоздырғыш ретінде (толқын ұзындығы 10,6 мкм) пайдалана отырып, 25 кВт-қа дейінгі шығыс энергиясына қол жеткізе алады және 2 мм қалыңдықтағы пластиналарды бір реттік толық ену арқылы пісіруді жүзеге асыра алады. Ол өнеркәсіптік секторда металл өңдеуде кеңінен қолданылды. 1980 жылдардың ортасында лазерлік пісіру, жаңа технология ретінде, Еуропада, Америка Құрама Штаттарында және Жапонияда кеңінен назар аударды. 1985 жылы ThyssenKrupp Steel AG (Германия) және Volkswagen AG (Германия) компаниялары Audi 100 кузовына әлемдегі алғашқы лазерлік пісірілген дайындаманы сәтті енгізу үшін бірлесіп жұмыс істеді. 1990 жылдары Еуропадағы, Солтүстік Америкадағы және Жапониядағы ірі автомобиль өндірушілері автомобиль кузовтарын өндіруде лазерлік пісірілген дайындама технологиясын кеңінен қолдана бастады. Зертханалардың да, автомобиль өндірушілерінің де практикалық тәжірибесі лазерлік пісірілген дайындамаларды автомобиль кузовтарын өндіруде сәтті қолдануға болатынын дәлелдеді. Лазерлік дәнекерлеу лазер энергиясын пайдаланып, әртүрлі материалдармен, қалыңдықтармен және жабындармен бірнеше болатты, тот баспайтын болатты, алюминий қорытпаларын және т.б. біріктірілген пластинаға, профильге немесе сэндвич панеліне автоматты түрде біріктіреді және дәнекерлейді. Бұл компоненттердің әртүрлі материалдық өнімділік талаптарына сай келеді және жабдықты ең жеңіл салмақпен, оңтайлы құрылыммен және ең жақсы өнімділікпен жеңіл етеді. Еуропа мен Америка Құрама Штаттары сияқты дамыған елдерде,лазерлік дәнекерлеукөлік жабдықтарын өндіру өнеркәсібінде ғана емес, сонымен қатар құрылыс, көпірлер, тұрмыстық техника плиталарын дәнекерлеу өндірісі және болат плиталарын дәнекерлеу (үздіксіз илемдеудегі плиталарды қосу) сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Әлемге әйгілі лазерлік дәнекерлеу кәсіпорындарының қатарына Soudonic (Швейцария), ArcelorMittal Group (Франция), ThyssenKrupp TWB (Германия), Servo-Robot (Канада) және Precitec (Германия) кіреді. Қытайда лазерлік дәнекерлеу дайындамаларын өндіру технологиясын қолдану жақында басталды. 2002 жылдың 25 қазанында Қытайдың лазерлік дәнекерлеу дайындамаларын өндіру бойынша алғашқы кәсіби коммерциялық желісі ресми түрде іске қосылды. Оны Wuhan ThyssenKrupp TWB (Германия) компаниясының ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding компаниясы енгізді. Кейінірек Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. және басқа да кәсіпорындар бірінен соң бірі өндіріске енгізілді. 2003 жылы шетел елдері қос сәулелі CO₂ лазерлік толтырғыш сым дәнекерлеуді жәнеYAG лазерлік толтырғыш сым дәнекерлеуіA318 алюминий қорытпасынан жасалған төменгі қабырға панелінің құрылымы үшін. Бұл технология дәстүрлі шегеленген құрылымды алмастырды, ұшақ фюзеляжының салмағын 20%-ға азайтып, құнын 20%-ға үнемдеді. Гун Шуйли лазерлік дәнекерлеу технологиясы Қытайдың дәстүрлі авиациялық өндіріс өнеркәсібін трансформациялау мен жаңғыртуда маңызды рөл атқарады деп сенді. Ол бірден бірқатар тиісті алдын ала зерттеу жобаларына өтініш берді, зерттеу тобын ұйымдастырды және Қытайдағы зерттеу жобаларына «қос сәулелі лазерлік дәнекерлеу» технологиясын енгізуді қолға алды. Басынан бастап ол бұл технологияны ұшақ өндірісіне қолдануды жоспарлады. Қытайлық сарапшылар тобы алдын ала технологияны ұшақ жобалау институтына хабарлады және қос сәулелі лазерлік дәнекерлеудің артықшылықтары мен мүмкіндігін насихаттады. Бірнеше тексерулер мен бағалаулардан кейін жобалау институты бұл технологияны белгілі бір ұшаққа арналған қабырғалы қабырға панельдерін өндіруге қолдану туралы шешім қабылдады, бұл ұшақ өндірісіне «қос сәулелі лазерлік дәнекерлеу» технологиясын қолданудың бастапқы мақсатына қол жеткізді. Ол жеңіл қорытпаларға арналған лазерлік дәнекерлеу толтырғыш сымының дәлдігін бақылау сияқты негізгі технологияларды енгізді, интеграцияланған және инновациялық қос сәулелі лазерлік толтырғыш сымының гибридті дәнекерлеу құрылғысын жасады, Қытайдағы алғашқы жоғары қуатты қос сәулелі лазерлік толтырғыш сым дәнекерлеу платформасын құрды, үлкен жұқа қабырғалы құрылымдардағы Т-тәрізді қосылыстарды қос сәулелі және екі жақты синхронды дәнекерлеуді жүзеге асырды және оны алғаш рет авиациялық қабырғалы қабырға панельдерінің негізгі құрылымдық бөліктерін дәнекерлеу өндірісіне сәтті қолданды, бұл Қытайдың жаңа ұшақтарын әзірлеуде маңызды рөл атқарды. 2003 жылы HG Laser ұсынған алғашқы отандық ірі көлемді онлайн жолақты дәнекерлеу жабдықтарының толық жиынтығы оффлайн қабылдаудан өтті. Бұл жабдық лазерлік кесуді, дәнекерлеуді және термиялық өңдеуді біріктіреді, бұл HG Laser компаниясын мұндай жабдықты шығара алатын әлемдегі төртінші кәсіпорынның біріне айналдырады. 2004 жылы HG Laser Farley Laserlab компаниясының «Жоғары қуатты лазерлік кесу, дәнекерлеу және біріктірілген кесу-дәнекерлеу өңдеу технологиясы мен жабдықтары» жобасы Ұлттық ғылым мен технологиялық прогресс сыйлығының екінші сыйлығын жеңіп алды, бұл оны Қытайдағы осы технология мен жабдықтың ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар мүмкіндігі бар жалғыз лазерлік кәсіпорынға айналдырды. Өнеркәсіптік лазерлік индустрияның қарқынды дамуымен нарық лазерлік өңдеу технологиясына жоғары талаптар қойды. Лазерлік технология біртіндеп бір реттік қолданудан әртараптандырылған қолданбаларға ауысты. Лазерлік өңдеу тұрғысынан ол енді бір реттік кесу немесе дәнекерлеумен шектелмейді. Кесу мен дәнекерлеуді біріктіретін интеграцияланған лазерлік өңдеу жабдықтарына нарықтық сұраныс артып келеді, сондықтан интеграцияланған лазерлік кесу және дәнекерлеу жабдықтары пайда болды. HG Laser Farley Laserlab қазіргі уақытта әлемдегі ең үлкен форматтағы интеграцияланған лазерлік кесу және дәнекерлеу жабдықтары болып табылатын 9×3 метрлік ультра үлкен форматтағы Walc9030 интеграцияланған кесу және дәнекерлеу машинасын жасап шығарды. Walc9030 - біріктірілген үлкен форматты кесу және дәнекерлеу жабдықтары.лазерлік кесу және лазерлік дәнекерлеу функцияларыОл кәсіби кесу басымен және дәнекерлеу басымен жабдықталған, ал екі өңдеу басы бір сәулені бөліседі. Сандық басқару технологиясы олардың бір-біріне кедергі келтірмеуін қамтамасыз етеді. Жабдық бір уақытта кесу мен дәнекерлеуді қажет ететін екі процесті аяқтай алады. Ол алдымен кесуді, содан кейін дәнекерлеуді немесе алдымен дәнекерлеуді, содан кейін кесуді еркін ауыстыра алады, қосымша жабдықты қажет етпей, бір жабдықпен лазерлік кесу мен дәнекерлеу функцияларын жүзеге асырады. Бұл қолданба өндірушілері үшін жабдық шығындарын үнемдейді, өңдеу тиімділігі мен өңдеу ауқымын жақсартады. Сонымен қатар, кесу мен дәнекерлеуді біріктірудің арқасында өңдеу дәлдігі толық кепілдендірілген және жабдықтың өнімділігі тиімді және тұрақты. Сонымен қатар, ол ультра үлкен пластиналарды жеке дәнекерлеу кезінде пластиналардың термиялық деформациясының қиындықтарын және ультра ұзын ұшатын оптикалық жолдарды тұрақты түрде жүзеге асыруды жеңді. Ол бір уақытта ұзындығы 6 метр және ені 1,5 метр болатын екі жалпақ пластинаны дәнекерлей алады, ал дәнекерленген беті қосымша өңдеусіз тегіс және тегіс болады. Сонымен қатар, ол ені 3 метр, ұзындығы 6 метрден асатын және қалыңдығы 20 мм-ден аз пластиналарды екінші реттік орналастырусыз бір қалыптау процесінде кесе алады. Қытай Ғылым академиясының Шэньян автоматика институты IHI корпорациясымен (Жапония) халықаралық ынтымақтастық орнатты. «Енгізу, қорыту, сіңіру және қайта инновациялау» ұлттық ғылыми-технологиялық даму стратегиясын ұстана отырып, ол бірнеше негізгі технологияларды жеңіп шықты.лазерлік дәнекерлеу, 2006 жылдың қыркүйегінде Қытайдың алғашқы толық лазерлік дәнекерлеу өндірістік желілерін жасап шығарды және жазықтық пен кеңістіктік қисықтарды лазерлік дәнекерлеуді жүзеге асыратын роботтық лазерлік дәнекерлеу жүйесін сәтті жасап шығарды. 2013 жылдың қазан айында қытайлық дәнекерлеу маманы дәнекерлеу саласындағы ең жоғары академиялық марапат - Брук сыйлығын жеңіп алды. Дәнекерлеу институты (TWI, Ұлыбритания) жыл сайын 120-дан астам елдегі 4000-нан астам мүшелік бөлімшелерден үміткерлерді ұсынады және ұсынады, және ақырында дәнекерлеу немесе біріктіру ғылымы мен технологиясына және оны өнеркәсіптік қолдануға қосқан ерекше үлестерін мойындау үшін бір сарапшыға осы сыйлықты береді. Бұл марапат тек Гун Шуйли мен оның командасының мойындауы ғана емес, сонымен қатар AVIC-тің материалдарды біріктіру технологиясының дамуын ілгерілетудегі рөлін растау болып табылады.
## Құрылымдық параметрлер
### Жұмыс жабдығы Ол оптикалық осциллятордан және осциллятор қуысының екі ұшындағы айналардың арасына орналастырылған ортадан тұрады. Орта жоғары энергиялы күйге дейін қозған кезде, ол фазалық жарық толқындарын тудыра бастайды, олар екі ұшындағы айналардың арасына шағылысады, фотоэлектрлік конкатенация әсерін қалыптастырады. Бұл жарық толқындарын күшейтеді, ал жеткілікті энергия алынған кезде лазер сәулеленеді. Лазерді электр энергиясы, химиялық энергия, жылу энергиясы, жарық энергиясы немесе ядролық энергия сияқты бастапқы энергия көздерін белгілі бір оптикалық жиіліктердегі (ультракүлгін сәуле, көрінетін жарық немесе инфрақызыл жарық) электромагниттік сәулелену сәулелеріне түрлендіретін құрылғы ретінде де анықтауға болады. Бұл түрлендіруді белгілі бір қатты, сұйық немесе газ тәрізді ортада оңай жүзеге асыруға болады. Бұл орталар атомдар немесе молекулалар түрінде қозған кезде, олар бірдей фазалы және бір толқын ұзындығына жуық жарық сәулесін - лазерді шығарады. Фазалық қасиеті мен бір толқын ұзындығына байланысты дивергенция бұрышы өте аз және оны дәнекерлеу, кесу және термиялық өңдеу сияқты функцияларды қамтамасыз ету үшін жоғары концентрацияланғанға дейін ұзақ қашықтыққа беруге болады. ### Лазерлердің жіктелуі Дәнекерлеу үшін қолданылатын лазерлердің негізінен екі түрі бар, атап айтқанда CO₂ лазерлері және Nd:YAG лазерлері. CO₂ лазерлері де, Nd:YAG лазерлері де көзге көрінбейтін инфрақызыл жарық болып табылады. Nd:YAG лазерімен шығарылатын сәуле негізінен толқын ұзындығы 1,06 мкм болатын жақын инфрақызыл жарық болып табылады. Жылу өткізгіштер осы толқын ұзындығындағы жарықты сіңіру жылдамдығына ие, ал көптеген металдар үшін шағылысу 20%-30% құрайды. Жақын инфрақызыл сәулені стандартты оптикалық линзаларды пайдаланып 0,25 мм диаметрге дейін фокустауға болады. CO₂ лазерінің сәулесі толқын ұзындығы 10,6 мкм болатын алыс инфрақызыл жарық болып табылады. Көптеген металдардың бұл жарық түрі үшін шағылысу 80%-90% құрайды, сондықтан сәулені 0,75-1,0 мм диаметрге дейін фокустау үшін арнайы оптикалық линзалар қажет. Nd:YAG лазерлерінің қуаты әдетте шамамен 4000-6000 Вт жетуі мүмкін, ал максималды қуат қазір 10000 Вт-қа жетті. Керісінше, CO₂ лазерлерінің қуаты 20000 Вт немесе одан да жоғарыға оңай жетуі мүмкін. Жоғары қуатты CO₂ лазерлері кілт тесігінің әсері арқылы жоғары шағылысу мәселесін шешеді. Жарық нүктесімен сәулелендірілген материал беті еріген кезде кілт тесігі пайда болады. Бумен толтырылған бұл кілт тесігі қара денеге ұқсайды, ол түскен жарықтың барлық энергиясын дерлік сіңіреді. Кілт тесігінің ішіндегі тепе-теңдік температурасы шамамен 25000°C-қа жетеді, ал шағылысу бірнеше микросекунд ішінде тез төмендейді. CO₂ лазерлерін әзірлеу әлі де жабдықты әзірлеу мен зерттеуге бағытталғанымен, енді бұл максималды шығыс қуатын арттыру емес, сәуле сапасын және оның фокустау өнімділігін қалай жақсартуға болады. Сонымен қатар, аргон 10 кВт-тан жоғары қуатты CO₂ лазерлік дәнекерлеу үшін қорғаныс газы ретінде пайдаланылған кезде, ол көбінесе күшті плазманы тудырады, бұл ену тереңдігін азайтады. Сондықтан плазма түзбейтін гелий көбінесе жоғары қуатты CO₂ лазерлік дәнекерлеу үшін қорғаныс газы ретінде қолданылады. Қоздырғыш жоғары қуатты Nd:YAG кристалдары үшін диодты лазерлік комбинацияларды қолдану маңызды зерттеу және әзірлеу тақырыбы болып табылады, бұл лазерлік сәулелердің сапасын айтарлықтай жақсартады және лазерлік өңдеудің тиімділігін арттырады. Жақын инфрақызыл аймақта лазерлерді қоздыру және шығару үшін тікелей диодтық массивтерді пайдалану орташа қуаты 1 кВт және фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігі шамамен 50% -ға жетті. Диодтардың қызмет ету мерзімі де ұзағырақ (10 000 сағат), бұл лазерлік жабдықты күтіп ұстау құнын төмендетуге көмектеседі. Диодпен айдалатын қатты денелі лазерлік (DPSSL) жабдықты әзірлеу де дамып келеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 27 тамыз
