به عنوان یک فناوری نوظهور پردازش فلز، فناوری جوش لیزری می تواند به جوشکاری مواد مختلف فلزی دست یابد و کاربردهای گسترده ای در صنعت پردازش فلز دارد. فناوری جوش لیزری یک پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا را از طریق اصل واکنش لیزری جمعآوری میکند که با سرعت و دقت بالا مشخص میشود و بیشتر در شرکتهای پردازش فلزات دقیق مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور سرعت بخشیدن به توسعه نوآورانه تهویه مطبوع تجاری، GREE جوشکاری لیزری را برای ارائه روشی جدید برای پردازش و ساخت قطعات ورق فلزی برای تهویه مطبوع تجاری و افزایش رقابت پذیری کیفیت محصول معرفی کرده است.
پیشینه کاربرد جوش لیزری
صنعت تهویه مطبوع در حال حاضر از جوشکاری محافظ گاز، جوشکاری قوس الکتریکی، جوشکاری واکنشی و سایر روشهای جوشکاری برای دستیابی به ترکیب مهر و موم شده از قطعات ورق فلزی استفاده می کند. با این حال، با توجه به روش های جوشکاری فوق دارای پراکندگی انرژی خروجی، انتشار و سایر ویژگی ها، به طور کلی کیفیت جوش ضعیف، شدت کار پرسنل، محیط عملیاتی ضعیف و سایر مشکلات وجود دارد، و همراه با پاشش جوش، نیاز به گذراندن مراحل پس از جوشکاری است. فرآیند سنگ زنی مسطح، که منجر به افزایش مداوم هزینه های جوشکاری می شود، برای توسعه بلندمدت شرکت ها و نوآوری های تکنولوژیکی مفید نیست.
مطالعه تجربی جوشکاری لیزری
مطالعه آزمایشی جوشکاری لیزر GREE با قطعات نوع جعبه کنترل الکتریکی با هدف جایگزینی جوشکاری محافظ گاز CO2 سنتی با استفاده از جوشکاری لیزری آغاز شد. مواد اولیه برای قطعات جعبه کنترل الکتریکی، ورق گالوانیزه گرم است، معمولاً بین 1.{3}} تا 3.{5}} میلی متر ضخامت، عمدتاً با در نظر گرفتن شکل منظم تر این نوع کنترل الکتریکی. قطعات جعبه، درز جوش حالت توزیع فضایی مستقیم است، نمای سه بعدی آن در شکل نشان داده شده است. عمق بیش از حد جوش می تواند منجر به جوشکاری قطعات شود و عملیات اضافی مانند جوشکاری پرکننده ثانویه را اضافه کند، و کیفیت جوشکاری پرکننده زمانی که قطعات ضد گاز و آب بندی شده درگیر هستند بسیار ضروری است. اگر عمق جوش خیلی کم باشد، ارتفاع جوش ممکن است خیلی زیاد باشد و میزان کار مورد نیاز برای سنگ زنی پس از فرآیند را افزایش دهد. بنابراین برای ارتباط بین عمق جوش و سرعت جوش، توان لیزر، در تحقیقات تجربی اغلب برای کنترل روش متغیر استفاده می شود، در توان های مختلف جوشکاری لیزر، رابطه بین عمق جوش و سرعت جوش در شکل زیر نشان داده شده است.
کاربردهای عملی جوشکاری لیزری
کاربردها در اجزای سینی آب تجاری
به عنوان بخش کلیدی واحد تجاری با آب خنک کننده، آب بندی جوشی قطعات سینی آب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این قطعات عمدتاً برای جمع آوری فاضلاب در گردش از واحد خنک کننده با آب استفاده می شود، پوسته تحت فشار آب بالا قرار دارد و نیاز به برآورده کردن الزامات مقاومت در برابر خوردگی دارد.
در مقایسه با مواد فولاد کربنی سنتی، مواد فولادی ضد زنگ دارای مقاومت بالا و ضریب انبساط حرارتی بالا هستند، همراه با ویژگیهای متالورژیکی جوشکاری مواد، در ساخت فعلی قطعات تشت آب تجاری بیشتر از فرآیند جوشکاری نقطهای مقاومتی به علاوه حالت فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی استفاده میشود. مشکلات و کاستی های خاصی وجود دارد، به طور عمده: اگرچه جوش نقطه ای مقاومتی می تواند به طور موثر تغییر شکل جوش قطعات سینی آب را کاهش دهد، علائم فرورفتگی آشکار در اتصالات جوش داده شده وجود دارد، و تعداد اتصالات جوش داده شده زیاد است، که بر قوام کیفیت تاثیر می گذارد. قطعات و حجم کار فرآیند سنگ زنی بعدی را افزایش می دهد.و جوش نقطه ای مقاومتی یک شکل مجزا و مستقل از اتصال نقطه ای است، فرآیند جوشکاری نقطه ای آب بندی ساختار قطعات تابه آبگیر ضعیف است.اگرچه جوشکاری قوس دستی می تواند به جوشکاری مهر و موم مداوم دست یابد. همانطور که در زیر نشان داده شده است، اما تغییر شکل جوش قوسی فولاد ضد زنگ، a la تعداد rge جوشکاری قوس الکتریکی باعث تغییر شکل حرارتی قطعات صفحه گیرنده آب می شود که بر موقعیت پایین ترین نقطه کل قطعه تأثیر می گذارد و در نتیجه ذخیره طولانی مدت آب در قطعات منجر به عملکرد پایدار طولانی مدت نمی شود. واحدهای آب خنک
استفاده از جوش لیزری در لبه خمشی نیازهای درز باقیمانده زیاد است، به طور کلی لیزر 1500 وات به عرض جوش 2.5 میلی متر یا کمتر نیاز دارد. اگر جوش خیلی پهن باشد، ممکن است نفوذ جوش، جوش های خالی و تغییر شکل ایجاد شود، و موازی بودن کل جوش باید به طور کلی ثابت باشد. در غیر این صورت پر شدن سیم ناپایدار و در نتیجه شکاف کوچکی در یک بخش از ارتفاع جوش بزرگ است، بخش میانی فقط برای برآوردن الزامات، در حالی که شکاف بین انتهای بزرگ جوش خالی، به طور جدی بر کیفیت قطعات تأثیر می گذارد، جوشکاری پرکننده ثانویه باید به صورت دستی انجام شود، اما کاهش راندمان تولید
جوشکاری لیزری همچنین کاهش یا حذف بار کاری سنگ زنی پس از فرآیند را تسهیل می کند. با تنظیمات مناسب پارامترهای جوشکاری، می توان ارتفاع جوش را کاهش داد و حتی به مسطح بودن 0.1 میلی متر رسید که برای سنگ زنی فولاد ضد زنگ موهبتی است. زیرا سختی و استحکام فولاد زنگ نزن 304 بیش از 5 برابر ورق فلزی گالوانیزه معمولی، مقدار دیسک های سنگ زنی مصرف شده و میزان کار به طور قابل توجهی بیشتر است. سنگ زنی با ارتفاع جوش 1.2 میلی متر، طول جوش فولاد ضد زنگ 100 میلی متر، به طور متوسط به 5 دقیقه نیاز دارد، کار سنگ زنی مداوم نه تنها شدت کار اپراتور را افزایش می دهد، اما هزینه تولید محصول را نیز افزایش می دهد، که برای توسعه شرکت ها خوش بین نیست. قطعات فولادی ضد زنگ پس از جوشکاری مطابق شکل زیر به صورت دستی پرداخت می شوند.
به منظور تغییر روند موجود، از طریق ارتباط و همکاری با تولید کنندگان تجهیزات لیزری پیشرفته در داخل و خارج از کشور، ما یک ربات صنعتی شش محوره، تفنگ جوش لیزری اتوماتیک و سیستم کنترل تغذیه سیم، میز کار ثابت انعطاف پذیر یکپارچه با نمایش قابل برنامه ریزی و آموزش راه حل جوشکاری خودکار لیزری. این راه حل با طراحی لامپ های انعطاف پذیر برای همگام سازی تعویض سریع قطعات، گیره و موقعیت یابی سریع سری های مختلف قطعات را امکان پذیر می کند. مسیر جوشکاری با استفاده از یک مشعل انتهایی ربات دستی آموزش داده می شود، بنابراین خودکار می شود. عملیات جوشکاری به طور قابل توجهی دشوارتر است و ورودی اپراتورهای جوشکاری متخصص را کاهش می دهد.
استفاده فعلی از سیستم جوش لیزری ربات شش محوره برای جوش دادن قطعات سینی آب، همانطور که در شکل نشان داده شده است، قدرت جوش 1500 وات، متوسط سرعت جوش 1.4 متر در دقیقه، کل گیره و موقعیت یابی هزینه 5 دقیقه، آموزش دستی و هزینه برنامه نویسی 10 دقیقه، فرآیند جوشکاری 2 دقیقه، سایر تنظیمات 8 دقیقه طول می کشد، جوش اولیه قطعات یک سینی آب 25 دقیقه طول می کشد، در نتیجه جوشکاری مجدد این نوع از آنجایی که نیازی به آموزش و سایر تنظیمات برای جوش مجدد قطعه نیست، میانگین زمان صرف شده روی یک قطعه سینی آب در تولید انبوه 7 دقیقه است و برای پس از فرآیند نیازی به سنگ زنی نیست، به اپراتور جوشکاری متخصص نیاز نیست و هزینه های فرآیند بیش از 25 درصد کاهش می یابد.
کاربردها در اجزای قاب پشتیبانی تجاری
به عنوان اسکلت ساختار ماشین خارجی تجاری، مقدار زیادی از قطعات قاب پشتیبانی وجود دارد که در یک ساختار جعبه مانند برای تسهیل مونتاژ و تحمل بار طراحی شده است. زیرا این نوع قطعه عمدتا نقش پشتیبانی قاب را ایفا می کند. در داخل جعبه، در تماس مستقیم با محیط خارجی نیست و بنابراین الزامات بالایی برای مقاومت در برابر خوردگی ندارد. لایه گالوانیزه ورق گالوانیزه نه تنها محافظ فیزیکی، بلکه حفاظت الکتروشیمیایی را نیز برای زیرلایه فولادی فراهم می کند و آن را به هزینه ای تبدیل می کند. مواد فولادی موثر
لایه گالوانیزه ورق گالوانیزه نه تنها محافظ فیزیکی بلکه حفاظت الکتروشیمیایی را نیز برای زیرلایه فولادی ایجاد می کند و آن را به یک ماده فولادی مقرون به صرفه تبدیل می کند. دلیل این امر تفاوت زیاد در خواص فیزیکی پوشش روی و فولاد کربنی پایه است. در هنگام جوشکاری ورق فولادی گالوانیزه (روکش روی دارای نقطه ذوب 420 درجه و نقطه جوش 908 درجه است، در حالی که فولاد پایه دارای نقطه ذوب 1300 درجه و نقطه جوش 2861 درجه است). بنابراین پوشش روی مقدم بر ذوب فولاد پایه است، پدیده ای که می تواند تأثیر قابل توجهی بر فرآیند جوشکاری و کیفیت ورق فولادی گالوانیزه داشته باشد.
در حال حاضر، سه فرآیند اصلی جوشکاری برای قطعات قاب پشتیبانی عبارتند از: جوشکاری نقطهای مقاومتی، جوش قوس الکتریکی و جوش لیزری. برای جوشکاری نقطهای مقاومتی، وجود یک لایه گالوانیزه باعث میشود که الکترود در حین جوشکاری نسبت به آلیاژ شدن با لایه روی حساس باشد که این امر باعث تسریع در جوشکاری نقطهای میشود. فرآیند اکسیداسیون بر روی سطح الکترود مسی و به اپراتور نیاز دارد که به طور مداوم نوک الکترود را صیقل دهد، در نتیجه طول عمر الکترود مسی کاهش می یابد. هنگامی که از جوشکاری قوس دستی استفاده می شود، به دلیل نقطه جوش کم روی، زمانی که قوس برای اولین بار ایجاد می شود. لایه گالوانیزه را لمس می کند، روی به سرعت تبخیر می شود و بخار روی حاصل به بیرون خارج می شود، که می تواند به راحتی باعث ایجاد ذرات سرباره، تخلخل و پاشش در جوشکاری شود و در نتیجه تفاوت زیادی در صافی سطح جوش ایجاد شود و بار کاری پس از جوش را افزایش دهد. فرآیند سنگ زنی و یک خطر عمده کیفیت برای قطعاتی که باید ضد گاز و ضد آب باشند، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است. پدیده آشکار تبخیر شدن لایه روی در جوش قطعات جوش داده شده با جوش قوس دستی، به ویژه در نزدیکی انتهای میانی و عقبی که حوضچه بزرگتری از اسپری مذاب وجود دارد، منجر به بروز مشکلات کیفی مانند تومورهای جوش و تخلخل
استفاده از جوش لیزری نه تنها استحکام و سفتی درز جوش را بهبود می بخشد، بلکه مشکلات جوشکاری نقطه ای مقاومتی سنتی در جوشکاری ورق های فولادی گالوانیزه و ورق های فولادی با استحکام بالا را حل می کند، مانند تغییر شکل بزرگ جوشکاری، صافی کم اتصال جوش، تولید آسان شکاف ها و کاهش استحکام مواد پایه.قسمت های پشتیبانی تجاری در استفاده از فرآیند جوشکاری لیزری، زیرا لیزر می تواند چگالی انرژی زیادی در یک شکاف کوچک زیر نفوذ جوش داشته باشد، به طوری که شکل جوش برای جوش متناوب، با توجه به خواص مکانیکی داده های آزمایش، استفاده از جوش لیزری پس از استحکام جوش می تواند حدود 30 درصد بیشتر از جوشکاری نقطه ای مقاومتی باشد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
