წერტილოვანი შედუღება მაღალსიჩქარიანი და ეკონომიური შეერთების მეთოდია. ის შესაფერისია თხელი ფირფიტის კომპონენტების შესაერთებლად ისეთი შემოხვეული შეერთებებით, რომლებიც არ საჭიროებენ ჰერმეტულობას. წერტილოვანი შედუღების მრავალი სახეობა არსებობს, როგორიცაა წინაღობის წერტილოვანი შედუღება, რკალური წერტილოვანი შედუღება, წებოვანი წერტილოვანი შედუღება დაკომპოზიტური წერტილოვანი შედუღებადა ლაზერული წერტილოვანი შედუღება. ამჟამად, წინაღობის წერტილოვანი შედუღება ფართოდ გამოიყენება წარმოებაში. მაგალითად, საავტომობილო ინდუსტრია, ავტომობილის კორპუსის პანელის კომპონენტების აწყობისას საჭიროა 3000-დან 4000-მდე შედუღების წერტილი, რაც მოითხოვს 250-დან 300-მდე რობოტს, დამხმარე მართვის სისტემებთან და სხვა დამხმარე აღჭურვილობასთან ერთად. თუმცა, წინაღობის წერტილოვან შედუღებას დაბალი მოქნილობა აქვს. სწრაფი ეკონომიკური განვითარების გამო, საავტომობილო კომპონენტების გეომეტრიული ფორმებისა და სტრუქტურების განახლების ციკლი ძალიან მოკლე გახდა. ახალი პროდუქტებისა და მოდელების განახლება მოითხოვს წერტილოვანი შედუღების ახალი ტიპის ტექნოლოგიას, რომელიც ეფექტური და მოქნილია. ამიტომ, ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ტექნოლოგია თანდათან ყურადღების ცენტრში მოექცა და მოსალოდნელია, რომ ფართოდ გამოიყენებს საავტომობილო ინდუსტრიულ წარმოებაში. აერონავტიკის სფეროში, ლაზერული წერტილოვანი შედუღება ასევე გამოცდილია, როგორც ალტერნატიული ტექნოლოგია. დიდი ხნის განმავლობაში, აერონავტიკის პროდუქტების შემოხვევის შეერთებები ძირითადად იყენებდა მოქლონებს, რაც მოიცავს მრავალ წარმოების პროცესს და მძიმე დატვირთვას. ახალი მასალების, როგორიცაა ალუმინის შენადნობები, ტიტანის შენადნობები და კომპოზიტური მასალები, მზარდი გამოყენებით, ტრადიციული შეერთების მეთოდების ჩასანაცვლებლად ახალი შედუღების ტექნოლოგიების დანერგვა მთავარ ტენდენციად იქცა. ეს არა მხოლოდ აუმჯობესებს წარმოების ეფექტურობას, არამედ ამცირებს სტრუქტურულ წონას და აკმაყოფილებს სტრუქტურული დიზაინის ახალ მოთხოვნებს, რაც დიდი მნიშვნელობისაა აერონავტიკის პროდუქტებისთვის. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების მაღალი სიზუსტე და მაღალი მოქნილობა მას მნიშვნელოვან უპირატესობას ანიჭებს პრაქტიკულ წარმოებაში, განსაკუთრებით ავიაციის ინდუსტრიაში, სადაც მას შეუძლია ჩაანაცვლოს ტრადიციული პროცესები, როგორიცაა წინაღობის წერტილოვანი შედუღება და მოქლონებით შედუღება.
I. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების განმარტება და მახასიათებლები
განმარტება
ლაზერული წერტილოვანი შედუღება გულისხმობს სამუშაო ნაწილების დნობისა და შეერთების პროცესს ერთი ლაზერული იმპულსის (t > 1ms) ან ერთსა და იმავე პოზიციაზე ლაზერული იმპულსების სერიის გამოყენებით.
ლაზერული წერტილოვანი შედუღება ძირითადად მსგავსია სხვა ლაზერული შედუღების პროცესებისა; ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ წერტილოვანი შედუღების დროს ლაზერის სხივსა და სამუშაო ნაწილს შორის ფარდობითი გადაადგილება არ არის. ლაზერული წერტილოვანი შედუღება იყოფა ორ ტიპად: თერმული გამტარობის შედუღება და ნახვრეტებით შედუღება. თერმული გამტარობის წერტილოვანი შედუღების დროს ლაზერს შეუძლია მხოლოდ ლითონის დნობა მისი აორთქლების გარეშე. ეს მეთოდი უფრო შესაფერისია 0.5 მმ-ზე ნაკლები სისქის ლითონების შესადუღებლად, როგორიცაა ელექტრონული კომპონენტების Nd:YAG ლაზერული წერტილოვანი შედუღება. ნახვრეტებით შედუღების დროს ლაზერს შეუძლია პირდაპირ შევიდეს მასალის შიგნით ნახვრეტიდან, რაც ზრდის ლაზერული ენერგიის გამოყენების სიჩქარეს და აღწევს უფრო დიდ შეღწევადობის სიღრმეს. ტრადიციული წინააღმდეგობის წერტილოვანი შედუღება დნობს სამუშაო ნაწილებს შედუღების წერტილების შესაქმნელად ელექტრული დენის მიერ წარმოქმნილი წინააღმდეგობის სითბოს გამოყენებით, ხოლო ლაზერული წერტილოვანი შედუღების სითბოს წყარო ლაზერული გამოსხივებაა, რაც იწვევს შედუღების წერტილების მნიშვნელოვნად განსხვავებულ ფორმებს.
ლაზერული წერტილოვანი შედუღების რეგულირებადი პარამეტრები ძირითადად მოიცავს ლაზერის სიმძლავრეს, წერტილოვან შედუღების დროს და დეფოკუსირების რაოდენობას. პულსური რეჟიმის გამოყენებით წერტილოვანი შედუღების შემთხვევაში, პარამეტრებში ასევე შედის პულსური ტალღის ფორმა, სიხშირე და სამუშაო ციკლი. მათ შორის, ლაზერის სიმძლავრე ძირითადად გავლენას ახდენს შედუღების წერტილის შეღწევადობის სიღრმეზე, ხოლო წერტილოვანი შედუღების დრო უფრო დიდ გავლენას ახდენს შედუღების წერტილის გვერდით ზომაზე. ზოგადად, რაც უფრო გრძელია ლაზერის მოქმედების დრო, მით უფრო დიდია შედუღების წერტილის ზედა და ქვედა ზედაპირების ზომა და შედუღების ზედაპირის ზომა. დეფოკუსირების რაოდენობის ცვლილებები ძირითადად გავლენას ახდენს წერტილის დიამეტრზე და სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე მოქმედ ენერგიის სიმკვრივეზე, რითაც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შედუღების წერტილის საერთო ფორმაზე.
მახასიათებლები
- ლაზერის, როგორც სითბოს წყაროს გამოყენებით, წერტილოვანი შედუღება უზრუნველყოფს მაღალ სიჩქარეს, მაღალ სიზუსტეს, დაბალ სითბოს შეყვანას და სამუშაო ნაწილის მინიმალურ დეფორმაციას.
- წერტილოვანი შედუღების პოზიციებში თავისუფლების ხარისხი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, რაც შესაძლებელს ხდის წერტილოვანი შედუღების განხორციელებას ყველა პოზიციაზე და მარტივად განხორციელებას.ცალმხრივი წერტილოვანი შედუღება, რითაც მნიშვნელოვნად იზრდება პროდუქტის დიზაინის თავისუფლება.
- ლაზერული წერტილოვანი შედუღების მეთოდს დაბალი მოთხოვნები აქვს შემოვლითი შეერთებების ზომასთან დაკავშირებით. მინიმალური შეზღუდვებია ისეთ პარამეტრებზე, როგორიცაა შეერთებების შემოვლითი რაოდენობა და შედუღების წერტილებს შორის მანძილი, და არ არის საჭირო დენის შუნტირების გავლენის გათვალისწინება.
- არათანაბარი სისქის ფირფიტების, განსხვავებული მასალების და სპეციალური მასალების (ალუმინის შენადნობები, გალვანიზებული ფურცლები) შედუღებისთვის ლაზერული წერტილოვანი შედუღება ტრადიციულ წერტილოვან შედუღების მეთოდებთან შედარებით უკეთესი შედეგია.
- მას არ სჭირდება დამხმარე აღჭურვილობის დიდი რაოდენობა, შეუძლია სწრაფად მოერგოს პროდუქტის ცვლილებებს და დააკმაყოფილოს ბაზრის მოთხოვნები.
II. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დეფექტების ანალიზი
ბზარები, ფორები და ჩამოკიდება ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ყველაზე გავრცელებული დეფექტებია, რომლებიც ქვემოთ ერთმანეთის მიყოლებით არის გაანალიზებული.
1. ბზარები
ბზარები იყოფა ზედაპირულ და გრძივ ბზარებად. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს გათბობისა და გაგრილების სიჩქარე ძალიან სწრაფია, რაც იწვევს დიდ ტემპერატურულ გრადიენტს გაცხელებულ არესა და მიმდებარე ლითონს შორის, რაც ადვილად იწვევს ბზარების წარმოქმნას. ბზარების გაჩენა მჭიდრო კავშირშია მასალასთან; მაგალითად, ალუმინის შენადნობებს ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს ბზარების გაჩენის გაცილებით მაღალი ტენდენცია აქვთ, ვიდრე უჟანგავ ფოლადს. ბზარების წარმოქმნის ჩახშობის ეფექტური მეთოდია იმპულსური ტალღის ფორმის ოპტიმიზაცია ლითონის გამყარების პროცესის გაგრილების სიჩქარის გასაკონტროლებლად და შინაგანი დაძაბულობის შესამცირებლად.
2. ფორები
ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ფოროვანი დეფექტები (ფორები) შეიძლება დაიყოს პატარა და დიდ ფორებად. პატარა ფორები ძირითადად გამოწვეულია თხევად ლითონში წყალბადის ხსნადობის შემცირებით ლითონის გამყარების დროს, ასევე ლითონის სწრაფი აორთქლებით საკეტის ხვრელში და გამდნარი სითხის შერყევით. დიდი ფორები ძირითადად გამოწვეულია ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს ძალიან სწრაფი გაგრილების სიჩქარით, რაც საკეტის ხვრელის გარშემო ლითონს არასაკმარის დროს უტოვებს უკუშევსებისთვის. როგორც წესი, გრძელი იმპულსური წერტილოვანი შედუღების დროს პატარა ფორები მიდრეკილია წარმოქმნისკენ, ხოლო მოკლე იმპულსური წერტილოვანი შედუღების დროს დიდი ფორების წარმოქმნისკენ.
ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს ფორების გაჩენის ალბათობა ორ ადგილასაა: ერთი შედუღების წერტილის შუაში, შედუღების ზონასთან ახლოსაა, ხოლო მეორე შედუღების ძირში. რენტგენის სხივებით გადაღებული დნობის სურათები აჩვენებს, რომ შედუღების ზონასთან ახლოს არსებული ფორები ძირითადად გამოწვეულია საკეტის ხვრელის დახურვისას კისრის ჩაჭედვით; შედუღების ძირში არსებული ფორების შემთხვევაში, ისინი ძირითადად წარმოიქმნება საკეტის ხვრელის კოლაფსის შედეგად, რაც გამოწვეულია საკეტის ხვრელის ფორმირების შემდეგ ლაზერის სწრაფი გაქრობით.
3. მოდუნება
ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს ჩამოშვება აშკარა ფენომენია. შედუღების წერტილის ზედაპირის ცენტრალური ჩამოშვება და მის გარშემო ლითონის დაგროვება გამოწვეულია ლითონის აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი უკუცემის ძალით, რომელიც თხევად ლითონს შედუღების წერტილის ზედაპირზე უბიძგებს. გაგრილების პროცესის დროს ზედაპირზე დაგროვილი ლითონი სწრაფად მყარდება და მისი სრულად შევსება შეუძლებელია. გარდა ამისა, ლითონის სწრაფი აორთქლებითა და გაფრქვევით გამოწვეული მასალის დანაკარგი ცენტრალურ ჩამოშვებას უწყობს ხელს. პულსის დრო მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს როგორც შედუღების წერტილის ზედაპირის ჩამოშვებაზე, ასევე ფორების წარმოქმნაზე. დამაკმაყოფილებელი შედუღების წერტილების მიღება შესაძლებელია იმპულსური ტალღის ფორმისა და დროის ოპტიმიზაციით.
4. დეფოკუსირების რაოდენობის გავლენა შედუღების წერტილებზე
დეფოკუსირების რაოდენობის ცვლილებები პირდაპირ ცვლის ლაქის დიამეტრს და ენერგიის სიმკვრივეს. როდესაც დეფოკუსირების რაოდენობა იზრდება როგორც უარყოფითი, ასევე დადებითი მიმართულებით, ეს ნიშნავს, რომ ლაქის დიამეტრი იზრდება და ენერგიის სიმკვრივე მცირდება. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების დროს, ლაქის დიამეტრსა და სატესტო ნაწილზე ლაზერის დაცემით წარმოქმნილი საწყისი საკეტის ნახვრეტის ზომას შორის გარკვეული შესაბამისი კავშირია, ხოლო ენერგიის სიმკვრივე განსაზღვრავს გამდნარი აუზის გაფართოების სიჩქარეს. როდესაც დეფოკუსირების რაოდენობის აბსოლუტური მნიშვნელობა მცირეა, ლაზერის ლაქის დიამეტრი მცირეა, ლაზერის სიმძლავრის სიმკვრივე მაღალია და შედუღებული ლაქის გამდნარი აუზის გაფართოების სიჩქარე სწრაფია, მაგრამ საწყისი საკეტის ნახვრეტის დიამეტრი მცირეა. პირიქით, როდესაც დეფოკუსირების რაოდენობა დიდია, საწყისი საკეტის ნახვრეტის დიამეტრი დიდია, მაგრამ გამდნარი აუზის გაფართოების სიჩქარე შენელდება და შედეგად მიღებული შედუღების ლაქის ზომა შეიძლება დიდი არ იყოს. ამიტომ, დეფოკუსირების რაოდენობის ცვლილების დროს, ლაქის დიამეტრისა და შედუღების ლაქის ზედაპირული სიმძლავრის სიმკვრივის ყოვლისმომცველი ეფექტი განსაზღვრავს შედუღების ლაქის ზომას.
III. ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ტექნოლოგიის გამოყენება
ლაზერული წერტილოვანი შედუღება ხასიათდება მაღალი სიჩქარით, დიდი შეღწევადობის სიღრმით, მინიმალური დეფორმაციით და შეიძლება შესრულდეს ოთახის ტემპერატურაზე ან სპეციალურ პირობებში მარტივი შედუღების აღჭურვილობით. გარდა ამისა, მაღალი სიხშირის პულსური ლაზერების (წამში 40 პულსზე მეტი სიხშირით) გაჩენამ შესაძლებელი გახადა ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ფართოდ გამოყენება მიკრო და მცირე კომპონენტების აწყობასა და შედუღებაში მასობრივ ავტომატიზირებულ წარმოებაში. მცირე ზომის ელექტრონული კომპონენტების შედუღებისას, რომლებიც საჭიროებენ მცირე სითბოს ზემოქმედების ზონას - როგორიცაა მინასა და ლითონს შორის კავშირი, სითბოსადმი მგრძნობიარე ნახევარგამტარულ წრედებში შეერთებები და სხვადასხვა ლითონებს შორის კავშირი მავთულხლართებში - ლაზერული წერტილოვანი შედუღება უფრო უპირატესობას ანიჭებს ტრადიციულ წერტილოვან შედუღების პროცესებს (მაგ., წინააღმდეგობის წერტილოვანი შედუღება), დაბინძურებისგან თავისუფალი შედუღების წერტილებით და შედუღების მაღალი ხარისხით. სურათი 6-60 გვიჩვენებს ლაზერული წერტილოვანი შედუღების გამოყენების მაგალითს ავტომობილის ფარების წარმოებაში: 500 ვატიანი მყარი მდგომარეობის პულსური ლაზერი წარმოქმნის ოთხ მსგავს შედუღების წერტილს ძალიან მაღალი პულსური სიხშირით.
მიკროსტრუქტურებზე მაღალი პულსური ენერგიის გამოყენებით მაღალი სიზუსტის წერტილოვანი შედუღების შესრულებისას, პულსირებულ Nd:YAG ლაზერებს აქვთ ტექნიკური და ეკონომიკური უპირატესობები. სამრეწველო წერტილოვანი შედუღების უმეტეს აპლიკაციებში ძირითადად გამოიყენება 50 ვატი საშუალო სიმძლავრის და 2 კვტ-ზე მეტი იმპულსური სიმძლავრის მქონე პულსირებული მყარი მდგომარეობის ლაზერები. ლაზერს შეუძლია პირდაპირ იმოქმედოს სამუშაო ნაწილზე ოპტიკური ბოჭკოების ან კომბინირებული ფოკუსირების ლინზების მეშვეობით.
ლაზერული წერტილოვანი შედუღება გამოიყენება მასალების ფართო სპექტრზე. მაგალითად, Li ელემენტების წერტილოვანი შედუღებისას, Nd-ის გამოყენებით:YAG ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ტექნოლოგიასხვადასხვა ლითონის შეერთება უფრო ეფექტურია, ვიდრე TIG შედუღება და წინაღობის წერტილოვანი შედუღება. კერძოდ, რადგან ოპტიკური ბოჭკოები გამოიყენება წარმოების დროს ლაზერების გადასაცემად, მოსახერხებელია სხვადასხვა სამუშაო მაგიდებს შორის სწრაფად და მოქნილად გადაადგილება.
შეჯამებით, ლაზერულ წერტილოვან შედუღებას აქვს შემდეგი მახასიათებლები:
- ლაზერის სიმძლავრის ზრდასთან ერთად, შედუღების წერტილის ზედაპირის დიამეტრი მერყეობს ზემოთ და ქვემოთ, ხოლო შედუღების ზედაპირისა და ქვედა ზედაპირის დიამეტრი ნელა იზრდება. შედუღების წერტილის განივი კვეთის ფორმის ცვლილება აშკარა არ არის. ხანგრძლივობის ზრდასთან ერთად, შედუღების წერტილის ზომა სწრაფად იზრდება და შედუღების ზედაპირის დიამეტრის ცვლილების სიჩქარე აღემატება ზედა და ქვედა ზედაპირის დიამეტრებს. დეფოკუსირების რაოდენობის ცვლილება მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შედუღების წერტილის ზომაზე. ის პირდაპირ ცვლის წერტილის დიამეტრს და ლაზერის სიმძლავრის სიმკვრივეს და ამ ორი ფაქტორის კომპლექსური ეფექტი განსაზღვრავს შედუღების წერტილის ზომას.
- სრული შეღწევადობის შემთხვევაში, ლაზერული წერტილოვანი შედუღების ზედაპირზე აშკარა ჩამოწევა შეინიშნება. ლაზერის სიმძლავრისა და ხანგრძლივობის ზრდასთან ერთად, შედუღების წერტილოვან ზედაპირზე ჩამოწევის სიღრმე იზრდება. როდესაც ხანგრძლივობა ან ნაპრალის ზომა დიდია, ქვედა ზედაპირზეც შეიძლება აღინიშნოს ჩაღრმავება.
- ნაპრალის ზრდასთან ერთად, შედუღების წერტილის საერთო დეფორმაცია, ცენტრალური ჩაღრმავება და ჩაღრმავება აშკარა ხდება. შედუღების ზედაპირი იკუმშება და სიმტკიცე სწრაფად მცირდება. ამჟამად, რეზისტორების, აკუმულატორების და ელექტრონიკის შედუღებაში, ფართოდ გამოიყენება ორი წერტილის ერთდროულად შედუღების პროცესი, რომელიც, როგორც წესი, ორი ლაზერული სინათლის წყაროს მქონე დიზაინს იღებს.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 27 ოქტომბერი
