Нүктелік дәнекерлеу - жоғары жылдамдықты және үнемді біріктіру әдісі. Ол ауа өткізбейтіндігін қажет етпейтін жұқа пластиналы компоненттерді тізелік қосылыстармен біріктіруге жарамды. Нүктелік дәнекерлеудің көптеген түрлері бар, мысалы, кедергілік нүктелік дәнекерлеу, доғалық нүктелік дәнекерлеу, желімді нүктелік дәнекерлеу,композитті нүктелік дәнекерлеу, және лазерлік нүктелік дәнекерлеу. Қазіргі уақытта кедергі нүктелік дәнекерлеу өндірісте кеңінен қолданылады. Автокөлік өнеркәсібін мысалға алсақ, автомобиль кузовы панелінің компоненттерін құрастыру кезінде 3000-нан 4000-ға дейін дәнекерлеу нүктелері қажет, бұл үшін 250-ден 300-ге дейін робот, тірек басқару жүйелері және басқа да қосалқы жабдықтар қажет. Дегенмен, кедергі нүктелік дәнекерлеудің икемділігі төмен. Экономикалық қарқынды дамумен автомобиль компоненттерінің геометриялық пішіндері мен құрылымдарының жаңарту циклі өте қысқарды. Жаңа өнімдер мен модельдерді жаңарту тиімді және икемді жаңа типтегі нүктелік дәнекерлеу технологиясын қажет етеді. Сондықтан лазерлік нүктелік дәнекерлеу технологиясы біртіндеп назар аударатын бағытқа айналды және автомобиль өнеркәсібі өндірісінде кеңінен қолданылады деп күтілуде. Аэроғарыш саласында лазерлік нүктелік дәнекерлеу балама технология ретінде де сынақтан өткізілуде. Ұзақ уақыт бойы аэроғарыш өнімдерінің тізелік қосылыстарында әдетте көптеген өндірістік процестер мен ауыр жұмыс жүктемесін қамтитын шегелеу қолданылды. Алюминий қорытпалары, титан қорытпалары және композиттік материалдар сияқты жаңа материалдарды қолданудың артуымен дәстүрлі біріктіру әдістерін ауыстыру үшін жаңа дәнекерлеу технологияларын қолдану негізгі үрдіске айналды. Бұл өндіріс тиімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар құрылымдық салмақты азайтады және аэроғарыш өнімдері үшін өте маңызды жаңа құрылымдық жобалау талаптарына сай келеді. Лазерлік нүктелік дәнекерлеудің жоғары дәлдігі мен жоғары икемділігі оған практикалық өндірісте, әсіресе авиация саласында айтарлықтай артықшылықтар береді, мұнда ол кедергі нүктелік дәнекерлеу және шегелеу сияқты дәстүрлі процестерді алмастыра алады.
I. Лазерлік нүктелік пісірудің анықтамасы және сипаттамалары
Анықтама
Лазерлік нүктелік пісіру дегеніміз - бір лазерлік импульсті (t > 1 мс) немесе бір позициядағы бірқатар лазерлік импульстерді пайдаланып, дайындамаларды балқыту және біріктіру процесі.
Лазерлік нүктелік дәнекерлеу негізінен басқа лазерлік дәнекерлеу процестеріне ұқсас; жалғыз айырмашылығы - нүктелік дәнекерлеу кезінде лазер сәулесі мен дайындама арасында салыстырмалы ығысу болмайды. Лазерлік нүктелік дәнекерлеу екі түрге бөлінеді: жылу өткізгіштік дәнекерлеу және кілт тесігімен дәнекерлеу. Жылу өткізгіштік нүктелік дәнекерлеуде лазер металды буландырмай тек балқыта алады. Бұл әдіс қалыңдығы 0,5 мм-ден аз металдарды, мысалы, электронды компоненттерді Nd:YAG лазерлік нүктелік дәнекерлеу үшін қолайлы. Кілт тесігімен лазерлік нүктелік дәнекерлеуде лазер кілт тесігі арқылы материалдың ішіне тікелей кіре алады, бұл лазер энергиясын пайдалану жылдамдығын арттырады және үлкен ену тереңдігіне қол жеткізеді. Дәстүрлі кедергі нүктелік дәнекерлеу электр тогының әсерінен пайда болатын кедергі жылуын пайдаланып, дайындамаларды балқытып, дәнекерлеу дақтарын түзеді, ал лазерлік нүктелік дәнекерлеудің жылу көзі лазерлік сәулеленуден келеді, бұл дәнекерлеу дақтарының пішіндерінің айтарлықтай өзгеруіне әкеледі.
Лазерлік нүктелік пісірудің реттелетін параметрлеріне әдетте лазер қуаты, нүктелік пісіру уақыты және дефокустау мөлшері кіреді. Импульстік режимді қолданатын нүктелік пісіру үшін параметрлерге импульстік толқын пішіні, жиілік және жұмыс циклі де кіреді. Олардың ішінде лазер қуаты негізінен пісіру нүктесінің ену тереңдігіне әсер етеді, ал нүктелік пісіру уақыты пісіру нүктесінің бүйірлік өлшеміне көбірек әсер етеді. Әдетте, лазердің әсер ету уақыты неғұрлым ұзақ болса, пісіру нүктесінің жоғарғы және төменгі беттерінің өлшемі және балқу бетінің өлшемі соғұрлым үлкен болады. Дефокустау мөлшерінің өзгеруі негізінен дайындама бетіне әсер ететін нүктенің диаметрі мен энергия тығыздығына әсер етеді, осылайша пісіру нүктесінің жалпы пішініне айтарлықтай әсер етеді.
Сипаттамалары
- Лазерді жылу көзі ретінде пайдалану арқылы нүктелік дәнекерлеу жоғары жылдамдықты, жоғары дәлдікті, төмен жылу шығынын және дайындаманың минималды деформациясын қамтамасыз етеді.
- Дәл нүктелік дәнекерлеу позицияларындағы еркіндік дәрежесі айтарлықтай жақсарды, бұл барлық позициядағы дәл нүктелік дәнекерлеуге мүмкіндік береді және оңай жүзеге асырыладыбір жақты нүктелік дәнекерлеуосылайша өнім дизайнының еркіндігін айтарлықтай арттырады.
- Лазерлік нүктелік дәнекерлеу тізе буындарының өлшеміне қойылатын талаптардың төмендігінен тұрады. Түйіспелердің тізе саны және дәнекерлеу нүктелері арасындағы қашықтық сияқты параметрлерге минималды шектеулер қойылады және ток шунттауының әсерін ескерудің қажеті жоқ.
- Қалыңдығы бірдей емес пластиналарды, әртүрлі материалдарды және арнайы материалдарды (алюминий қорытпалары, мырышталған парақтар) дәнекерлеу үшін лазерлік нүктелік дәнекерлеу дәстүрлі нүктелік дәнекерлеу әдістеріне қарағанда жақсы нәтиже береді.
- Ол көптеген қосалқы жабдықтарды қажет етпейді, өнімнің өзгерістеріне тез бейімделе алады және нарық сұраныстарын қанағаттандыра алады.
II. Лазерлік нүктелік пісірудің ақауларын талдау
Жарықтар, тесіктер және салбыраулар лазерлік нүктелік дәнекерлеудегі ең көп таралған ақаулар болып табылады, олар төменде бір-бірлеп талданады.
1. Жарықтар
Жарықтар беткі жарықтар және бойлық жарықтар болып бөлінеді. Лазерлік нүктелік дәнекерлеу кезінде қыздыру және салқындату жылдамдығы өте жылдам, бұл қыздырылған аймақ пен айналасындағы металл арасында үлкен температура градиентін тудырады, бұл жарықтардың пайда болуына оңай әкеледі. Жарықтардың пайда болуы материалмен тығыз байланысты; мысалы, алюминий қорытпалары тот баспайтын болатқа қарағанда лазерлік нүктелік дәнекерлеу кезінде жарықтарға әлдеқайда жоғары бейімділікке ие. Жарықтардың пайда болуын басудың тиімді әдісі - металдың қатаю процесінің салқындату жылдамдығын бақылау және ішкі кернеуді азайту үшін импульстік толқын формасын оңтайландыру.
2. Тері тесіктері
Лазерлік нүктелік дәнекерлеудегі кеуекті ақауларды (тесіктерді) ұсақ тесіктер және үлкен тесіктер деп бөлуге болады. Ұсақ тесіктер негізінен металдың қатаюы кезінде сұйық металдағы сутегінің ерігіштігінің төмендеуінен, сондай-ақ кілт тесігінде металдың тез булануы және балқытылған бассейннің бұзылуынан туындайды. Үлкен тесіктер негізінен лазерлік нүктелік дәнекерлеу кезіндегі тым жылдам салқындату жылдамдығына байланысты, бұл кілт тесігінің айналасындағы металдың қайта толтырылуына жеткіліксіз уақыт қалдырады. Әдетте, ұзын импульсті нүктелік дәнекерлеуде ұсақ тесіктер пайда болады, ал қысқа импульсті нүктелік дәнекерлеуде үлкен тесіктер пайда болуы мүмкін.
Лазерлік нүктелік дәнекерлеу кезінде тесіктердің пайда болуы екі жерде ең ықтимал: бірі дәнекерлеу орнының ортасындағы балқу аймағының жанында, ал екіншісі дәнекерлеу түбірінде. Рентген сәулелерімен түсірілген балқу суреттері балқу аймағының жанындағы тесіктердің негізінен кілт тесігі жабылған кезде мойынның бітелуінен пайда болатынын көрсетеді; дәнекерлеу түбіріндегі тесіктер үшін олар негізінен кілт тесігі пайда болғаннан кейін лазердің тез жоғалуына байланысты кілт тесігінің құлауынан пайда болады.
3. Салбырау
Лазерлік нүктелік дәнекерлеуде салбырау айқын құбылыс. Дәнекерлеу нүктесінің бетіндегі орталық салбырау және оның айналасындағы металлдың жиналуы металлдың булануы сұйық металды дәнекерлеу нүктесінің бетіне итеру арқылы пайда болатын кері серпіліс күшінен туындайды. Салқындату процесінде бетінде жиналған металл тез қатып қалады және оны толығымен толтыру мүмкін емес. Сонымен қатар, металлдың тез булануы мен шашырауы салдарынан материалдың жоғалуы орталық салбырауға ықпал ететін тағы бір фактор болып табылады. Импульстік уақыт дәнекерлеу нүктесінің бетінің салбырауына да, тесіктердің пайда болуына да айтарлықтай әсер етеді. Импульстік толқын формасы мен уақытын оңтайландыру арқылы қанағаттанарлық дәнекерлеу нүктелерін алуға болады.
4. Дәнекерлеу дақтарына фокустан бас тарту мөлшерінің әсері
Фокустан шығару мөлшерінің өзгеруі нүктенің диаметрі мен энергия тығыздығына тікелей әсер етеді. Фокустан шығару мөлшері теріс және оң бағытта артқанда, бұл нүктенің диаметрі артады және энергия тығыздығы төмендейді дегенді білдіреді. Лазерлік нүктелік дәнекерлеу кезінде нүктенің диаметрі мен сынақ бөлігіне лазердің түсуінен пайда болған бастапқы кілт тесігінің өлшемі арасында белгілі бір сәйкестік болады, ал энергия тығыздығы балқытылған бассейннің кеңею жылдамдығын анықтайды. Фокустан шығару мөлшерінің абсолютті мәні аз болғанда, лазерлік нүктенің диаметрі аз, лазерлік қуат тығыздығы жоғары және дәнекерлеу нүктесінің балқытылған бассейнінің кеңею жылдамдығы жылдам, бірақ бастапқы кілт тесігінің диаметрі аз болады. Керісінше, фокустан шығару мөлшері үлкен болғанда, бастапқы кілт тесігінің диаметрі үлкен болады, бірақ балқытылған бассейннің кеңею жылдамдығы баяулайды және нәтижесінде пайда болған дәнекерлеу нүктесінің өлшемі үлкен болмауы мүмкін. Сондықтан, фокустан шығару мөлшерінің өзгеруі кезінде дәнекерлеу нүктесінің диаметрі мен беттік қуат тығыздығының кешенді әсері дәнекерлеу нүктесінің өлшемін анықтайды.
III. Лазерлік нүктелік дәнекерлеу технологиясын қолдану
Лазерлік нүктелік дәнекерлеу жоғары жылдамдыққа, үлкен ену тереңдігіне, минималды деформацияға ие және бөлме температурасында немесе қарапайым дәнекерлеу жабдықтарымен арнайы жағдайларда орындалуы мүмкін. Сонымен қатар, жоғары жиілікті импульстік лазерлердің (секундына 40 импульстен жоғары жиілікпен) пайда болуы жаппай автоматтандырылған өндірісте микро және шағын компоненттерді жинау және дәнекерлеуде лазерлік нүктелік дәнекерлеуді кеңінен қолдануға мүмкіндік берді. Шыны мен металл арасындағы байланыс, жылуға сезімтал жартылай өткізгіш тізбектердегі қосылыстардың қосылуы және сымдарда әртүрлі металдар арасындағы байланыс сияқты шағын жылу әсер ететін аймақты қажет ететін шағын электрондық компоненттерді дәнекерлеу кезінде лазерлік нүктелік дәнекерлеу дәстүрлі нүктелік дәнекерлеу процестеріне (мысалы, кедергі нүктелік дәнекерлеу) қарағанда тиімдірек, ластанудан таза дәнекерлеу дақтары және жоғары дәнекерлеу сапасы бар. 6-60 суретте автомобиль фараларын өндіруде лазерлік нүктелік дәнекерлеудің қолданылу мысалы көрсетілген: 500 Вт қатты денелі импульстік лазер өте жоғары импульстік жиілікпен төрт ұқсас дәнекерлеу дақтарын жасайды.
Микроқұрылымдарда жоғары импульстік энергияны пайдаланып жоғары дәлдіктегі нүктелік дәнекерлеуді орындаған кезде, импульстік Nd:YAG лазерлері техникалық және экономикалық артықшылықтарға ие. Өнеркәсіптік нүктелік дәнекерлеу қолданбаларының көпшілігінде негізінен орташа қуаты 50 Вт және импульстік қуаты > 2 кВт болатын импульстік қатты денелі лазерлер қолданылады. Лазер оптикалық талшықтар немесе біріктірілген фокустау линзалары арқылы дайындамаға тікелей әсер ете алады.
Лазерлік нүктелік дәнекерлеу кең ауқымды материалдарға қолданылады. Мысалы, Nd пайдаланып, Li батареяларын нүктелік дәнекерлеу кезінде:YAG лазерлік нүктелік дәнекерлеу технологиясыӘртүрлі металдарды біріктіру TIG дәнекерлеу және кедергі нүктелік дәнекерлеуге қарағанда тиімдірек. Атап айтқанда, оптикалық талшықтар өндіріс кезінде лазерлерді беру үшін қолданылатындықтан, әртүрлі жұмыс үстелдері арасында жылдам және икемді түрде жылжу ыңғайлы.
Қорытындылай келе, лазерлік нүктелік дәнекерлеудің келесі сипаттамалары бар:
- Лазер қуатының артуымен пісіру нүктесінің беткі диаметрі жоғары және төмен өзгереді, ал балқыту беті мен төменгі бетінің диаметрі баяу артады. Пісіру нүктесінің көлденең қимасының пішінінің өзгеруі айқын емес. Ұзақтығы артқан сайын пісіру нүктесінің өлшемі тез артады, ал балқыту бетінің диаметрінің өзгеру жылдамдығы жоғарғы және төменгі беткі диаметрлерден үлкен болады. Фокустан шығару мөлшерінің өзгеруі пісіру нүктесінің өлшеміне айтарлықтай әсер етеді. Ол нүктенің диаметрі мен лазер қуатының тығыздығын тікелей өзгертеді, ал осы екі фактордың кешенді әсері пісіру нүктесінің өлшемін анықтайды.
- Толық ену жағдайында лазерлік нүктелік дәнекерлеу бетінде айқын салбырау байқалады. Лазер қуаты мен ұзақтығының артуымен дәнекерлеу нүктелік бетіндегі салбырау тереңдігі артады. Ұзақтығы немесе саңылау өлшемі үлкен болған кезде, төменгі бетінде де ойықтар пайда болуы мүмкін.
- Саңылау артқан сайын, дәнекерлеу орнының жалпы деформациясы, орталық салбырау және ойық айқын болады. Балқу беті кішірейеді, ал беріктігі тез төмендейді. Қазіргі уақытта резисторларды, батареяларды және электроника саласында екі орынды бір уақытта дәнекерлеу процесі кеңінен қолданылады, ол әдетте екі лазерлік жарық көзі бар дизайнды қабылдайды.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 27 қазан
