Storia di u sviluppu di a saldatura laser

Metodi di Saldatura per Micro è Piccule Parti A saldatura laser hè un metudu di saldatura efficiente è di precisione chì usa un fasciu laser à alta densità energetica cum'è fonte di calore. Hè una di l'applicazioni impurtanti di a tecnulugia di trasfurmazione di materiali laser. In l'anni 1970, era principalmente aduprata per a saldatura di materiali à parete sottile è a saldatura à bassa velocità, è u prucessu di saldatura appartinia à u tipu di conduzione termica. Specificamente, a radiazione laser riscalda a superficia di a pezza, è u calore nantu à a superficia si diffonde versu l'internu per via di a conduzione termica. Cuntrullendu parametri cum'è a larghezza, l'energia, a putenza di piccu è a frequenza di ripetizione di l'impulsi laser, a pezza hè fusa per furmà un bagnu fusu specificu. Grazie à i so vantaghji unichi, hè stata applicata cù successu à uSaldatura di precisione di micro è piccule parti.A tecnulugia di saldatura laser di a Cina hè trà i livelli più avanzati di u mondu. Hà a tecnulugia è a capacità di furmà cumpunenti cumplessi in lega di titaniu di più di 12 metri quadrati cù u laser, è hè stata applicata in a fabricazione di prototipi è prudutti di parechji prughjetti di ricerca aeronautica naziunali. In uttrovi 2013, un espertu di saldatura cinese hà vintu u Premiu Brook, u più altu premiu accademicu in u campu di a saldatura, chì hà cunfirmatu u livellu di saldatura laser di classe mundiale di a Cina.

## Storia di u sviluppu U primu raghju laser di u mondu hè statu generatu in u 1960 da cristalli di rubinu eccitanti cù una lampada flash. Limitatu da a capacità termica di u cristallu, pudia pruduce solu raghjuni pulsati assai corti cù bassa frequenza. Ancu s'è l'energia di piccu di l'impulsu istantaneu pudia ghjunghje sin'à 10^6 watt, appartene sempre à una pruduzzione di bassa energia. Una barra di cristallu di granatu d'aluminiu ittriu drogatu cù neodimio (Nd:YAG), cù neodimio (Nd) cum'è elementu d'eccitazione, pò generà un raghju laser cuntinuu à lunghezza d'onda unica cù una putenza di 1-8KW. U laser YAG, cù una lunghezza d'onda di 1,06 μm, pò esse cunnessu à a testa di trasfurmazione laser per mezu di una fibra ottica flessibile, cù una cunfigurazione flessibile di l'equipaggiu è l'adattabilità per a saldatura di pezzi cù un spessore di 0,5-6 mm. U laser CO₂, chì usa u diossidu di carbonu cum'è eccitante (cù una lunghezza d'onda di 10,6 μm), pò ottene una energia di uscita finu à 25 KW è realizà a saldatura à penetrazione cumpleta in un solu passu di piastre di 2 mm di spessore. Hè statu largamente utilizatu in a trasfurmazione di i metalli in u settore industriale. À a mità di l'anni 1980, a saldatura laser, cum'è una nova tecnulugia, hà attiratu una larga attenzione in Europa, Stati Uniti è Giappone. In u 1985, ThyssenKrupp Steel AG (Germania) è Volkswagen AG (Germania) anu collaboratu per aduttà cù successu u primu pezzu grezzu saldatu à laser di u mondu nantu à a carrozzeria di l'Audi 100. In l'anni 1990, i principali produttori d'automobile in Europa, America di u Nordu è Giappone anu cuminciatu à aduprà largamente a tecnulugia di i pezzi grezzi saldati à laser in a fabricazione di carrozzerie di l'automobile. L'esperienza pratica sia di i laboratori sia di i produttori d'automobile hà dimustratu chì i pezzi grezzi saldati à laser ponu esse applicati cù successu in a pruduzzione di carrozzerie di l'automobile. A saldatura laser à misura utilizza l'energia laser per giuntà è saldà automaticamente parechji acciai, acciai inossidabili, leghe d'aluminiu, ecc., cù diversi materiali, spessori è rivestimenti in una piastra, un prufilu o un pannellu sandwich integratu. Questu risponde à i diversi requisiti di prestazione di i materiali di i cumpunenti è permette di ottene apparecchiature leggere cù u pesu più ligeru, una struttura ottimale è e migliori prestazioni. In i paesi sviluppati cum'è l'Europa è i Stati Uniti,saldatura laser à misuraÙn hè micca solu adupratu in l'industria di fabricazione di l'equipaggiamenti di trasportu, ma hè ancu largamente applicatu in campi cum'è a custruzzione, i ponti, a pruduzzione di saldatura di piastre per elettrodomestici è a saldatura di piastre d'acciaio in linee di laminazione (cunnessione di piastre in laminazione cuntinua). L'imprese di saldatura laser di fama mundiale includenu Soudonic (Svizzera), ArcelorMittal Group (Francia), ThyssenKrupp TWB (Germania), Servo-Robot (Canada) è Precitec (Germania). L'applicazione di a tecnulugia di i grezzi saldati à laser in Cina hè appena iniziata. U 25 d'ottobre di u 2002, a prima linea di pruduzzione cummerciale prufessiunale di a Cina per i grezzi saldati à laser hè stata ufficialmente messa in funzione. Hè stata introdutta da Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding da ThyssenKrupp TWB (Germania). Più tardi, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd., è altre imprese sò state successivamente messe in pruduzzione. In u 2003, i paesi stranieri anu realizatu a saldatura di filu di riempimentu laser CO₂ à doppiu fasciu èSaldatura à filu di riempimentu laser YAGper a struttura di u pannellu di muru inferiore in lega d'aluminiu A318. Sta tecnulugia hà rimpiazzatu a struttura tradiziunale rivettata, riducendu u pesu di a fusoliera di l'aeromobile di 20% è risparmiendu u 20% di u costu. Gong Shuili hà cridutu chì a tecnulugia di saldatura laser averia ghjucatu un rolu significativu in a trasfurmazione è a migliurazione di l'industria tradiziunale di fabricazione aeronautica di a Cina. Hà subitu dumandatu per una quantità di prughjetti di pre-ricerca cunnessi, hà urganizatu una squadra di ricerca è hà pigliatu a direzzione in l'introduzione di a tecnulugia di "saldatura laser à doppiu fasciu" in i prughjetti di ricerca in Cina. Da u principiu, hà previstu di applicà sta tecnulugia à a fabricazione di aeromobili. A squadra di esperti cinesi hà riportatu a tecnulugia preliminare à un istitutu di cuncepimentu di aeromobili è hà prumuvutu i vantaghji è a fattibilità di a saldatura laser à doppiu fasciu. Dopu à parechje verifiche è valutazioni, l'istitutu di cuncepimentu hà decisu di applicà sta tecnulugia à a fabricazione di pannelli di muru à coste per un certu aeromobile, ottenendu l'ubbiettivu iniziale di applicà a tecnulugia di "saldatura laser à doppiu fasciu" à a fabricazione di aeromobili. Hà sfondatu tecnulugie chjave cum'è u cuntrollu di precisione di u filu di riempimentu di saldatura laser per leghe leggere, hà sviluppatu un dispositivu di saldatura ibrida di filu di riempimentu laser à doppiu fasciu integratu è innovativu, hà stabilitu a prima piattaforma di saldatura di filu di riempimentu laser à doppiu fasciu d'alta putenza in Cina, hà realizatu a saldatura sincrona à doppiu fasciu è à doppia faccia di giunti a T in grandi strutture à pareti sottili, è l'hà applicata cù successu à a fabricazione di saldatura di parti strutturali chjave di pannelli murali à nervature per l'aviazione per a prima volta, ghjucendu un rolu impurtante in u sviluppu di i novi aerei cinesi. In u 2003, u primu set cumpletu di apparecchiature domestiche di saldatura à strisce in linea à grande scala furnitu da HG Laser hà passatu l'accettazione offline. Questa apparecchiatura integra u tagliu laser, a saldatura è u trattamentu termicu, facendu di HG Laser una di e quarte imprese mundiali capaci di pruduce tali apparecchiature. In u 2004, u prughjettu "Tecnulugia è Attrezzatura di Trasfurmazione di Tagliu Laser d'Alta Potenza, Saldatura è Tagliu-Saldatura Cumbinata" di HG Laser Farley Laserlab hà vintu u Secondu Premiu di u Premiu Naziunale per u Progressu di a Scienza è a Tecnulugia, facendu di ella l'unica impresa laser in Cina cù a capacità di R&S di sta tecnulugia è apparecchiatura. Cù u rapidu sviluppu di l'industria laser industriale, u mercatu hà messu in opera esigenze più elevate per a tecnulugia di trasfurmazione laser. A tecnulugia laser hè passata gradualmente da una sola applicazione à applicazioni diversificate. In termini di trasfurmazione laser, ùn hè più limitata à un solu tagliu o saldatura. A dumanda di u mercatu per apparecchiature di trasfurmazione laser integrate chì combinanu tagliu è saldatura hè in crescita, è cusì sò emerse apparecchiature di tagliu è saldatura laser integrate. HG Laser Farley Laserlab hà sviluppatu a macchina di tagliu è saldatura integrata Walc9030, cù un furmatu ultra-grande di 9 × 3 metri, chì hè attualmente l'apparecchiatura di tagliu è saldatura laser integrata di più grande furmatu in u mondu. A Walc9030 hè un apparecchiatura di tagliu è saldatura di grande furmatu chì integrafunzioni di taglio laser è saldatura laserHè dotatu di una testa di taglio prufessiunale è di una testa di saldatura, è e duie teste di trasfurmazione spartenu un fasciu. A tecnulugia di cuntrollu numericu assicura chì ùn interferiscenu micca trà di elle. L'equipaggiu pò compie dui prucessi chì richiedenu tagliu è saldatura simultaneamente. Pò cambià liberamente trà tagliu prima è poi saldatura, o saldatura prima è poi tagliu, realizendu e funzioni di tagliu laser è saldatura cù un solu equipaggiu senza a necessità di equipaggiamenti supplementari. Questu risparmia i costi di l'equipaggiu per i pruduttori di applicazioni, migliora l'efficienza di trasfurmazione è a gamma di trasfurmazione. Inoltre, per via di l'integrazione di u tagliu è di a saldatura, a precisione di trasfurmazione hè cumpletamente garantita, è e prestazioni di l'equipaggiu sò efficienti è stabili. Inoltre, hà superatu e difficultà di deformazione termica di e piastre durante a saldatura su misura di piastre ultra-large è a realizazione stabile di percorsi ottici volanti ultra-lunghi. Pò saldà duie piastre piane di 6 metri di lunghezza è 1,5 metri di larghezza à tempu, è a superficia saldata hè liscia è piatta senza post-elaborazione supplementaria. À u listessu tempu, pò taglià piastre cù una larghezza di 3 metri, una lunghezza di più di 6 metri è un spessore di menu di 20 mm in un prucessu di furmazione senza pusizionamentu secundariu. L'Istitutu di Automazione di Shenyang, Accademia Cinese di Scienze, hà cunduttu una cuuperazione internaziunale cù IHI Corporation (Giappone). Seguendu a strategia naziunale di sviluppu scientificu è tecnologicu di "introduzione, digestione, assorbimentu è reinnuvazione", hà superatu parechje tecnulugie chjave disaldatura laser à misura, hà sviluppatu u primu inseme cinese di linee di pruduzzione cumplete di saldatura laser su misura in settembre 2006, è hà sviluppatu cù successu un sistema roboticu di saldatura laser, realizendu a saldatura laser di curve piane è spaziali. In uttrovi 2013, un espertu di saldatura cinese hà vintu u Brook Award, u più altu premiu accademicu in u campu di a saldatura. L'Istitutu di Saldatura (TWI, Regnu Unitu) raccomanda è nomina candidati ogni annu da più di 4.000 unità membri in più di 120 paesi, è infine attribuisce questu premiu à un espertu in ricunniscenza di i so cuntributi eccezziunali à a scienza è a tecnulugia di a saldatura o di l'unione è a so applicazione industriale. Questu premiu ùn hè micca solu un ricunniscenza di Gong Shuili è di a so squadra, ma ancu un'affermazione di u rolu di AVIC in a prumuzione di u prugressu di a tecnulugia di unione di materiali.

## Parametri strutturali

### Attrezzatura di travagliu Hè cumposta da un oscillatore otticu è un mediu piazzatu trà i specchi à e duie estremità di a cavità di l'oscillatore. Quandu u mediu hè eccitatu à un statu d'alta energia, cumencia à generà onde luminose in fase, chì si riflettenu avanti è indietro trà i specchi à e duie estremità, furmendu un effettu di concatenazione fotoelettrica. Questu amplifica l'onde luminose, è quandu si ottiene energia sufficiente, u laser hè emessu. U laser pò ancu esse definitu cum'è un dispositivu chì cunverte fonti d'energia primarie cum'è l'energia elettrica, l'energia chimica, l'energia termica, l'energia luminosa o l'energia nucleare in fasci di radiazione elettromagnetica di frequenze ottiche specifiche (luce ultravioletta, luce visibile o luce infrarossa). Questa cunversione pò esse facilmente realizata in certi mezi solidi, liquidi o gassosi. Quandu questi mezi sò eccitati in forma d'atomi o molecule, producenu un fasciu di luce cù quasi a stessa fase è quasi una sola lunghezza d'onda - laser. A causa di a so pruprietà in fase è di a so sola lunghezza d'onda, l'angulu di divergenza hè assai chjucu, è pò esse trasmessu nantu à una longa distanza prima di esse altamente cuncentratu per furnisce funzioni cum'è a saldatura, u tagliu è u trattamentu termicu. ### Classificazione di i laser Ci sò principalmente dui tipi di laser aduprati per a saldatura, vale à dì i laser CO₂ è i laser Nd:YAG. Sia i laser CO₂ sia i laser Nd:YAG sò luce infrarossa invisibile à l'ochju nudu. U fasciu generatu da u laser Nd:YAG hè principalmente luce infrarossa vicina cù una lunghezza d'onda di 1,06 μm. I cunduttori termichi anu un tassu d'assorbimentu relativamente altu per a luce di sta lunghezza d'onda, è per a maiò parte di i metalli, a riflettività hè 20%-30%. U fasciu infrarossu vicina pò esse focalizatu à un diametru di 0,25 mm aduprendu lenti ottiche standard. U fasciu di u laser CO₂ hè luce infrarossa luntana cù una lunghezza d'onda di 10,6 μm. A maiò parte di i metalli anu una riflettività di 80%-90% per questu tipu di luce, dunque sò necessarie lenti ottiche speciali per focalizà u fasciu à un diametru di 0,75-1,0 mm. A putenza di i laser Nd:YAG pò generalmente ghjunghje à circa 4.000-6.000 W, è a putenza massima hà avà righjuntu 10.000 W. In cuntrastu, a putenza di i laser CO₂ pò facilmente ghjunghje à 20.000 W o ancu di più. I laser CO₂ d'alta putenza risolvenu u prublema di l'alta riflettività per via di l'effettu di u bucu di serratura. Quandu a superficia di u materiale irradiata da u puntu luminosu si fonde, si forma un bucu di serratura. Stu bucu di serratura pienu di vapore hè cum'è un corpu neru, chì assorbe quasi tutta l'energia di a luce incidente. A temperatura d'equilibriu in u bucu di serratura righjunghje circa 25.000 ° C, è a riflettività diminuisce rapidamente in pochi microsecondi. Ancu s'è u focu di sviluppu di i laser CO₂ si concentra sempre nantu à u sviluppu è a ricerca di l'equipaggiamenti, ùn si tratta più di aumentà a putenza massima di uscita, ma di cumu migliurà a qualità di u fasciu è e so prestazioni di focalizazione. Inoltre, quandu l'argon hè adupratu cum'è gas di prutezzione per a saldatura laser CO₂ cù una putenza superiore à 10 kW, spessu induce un plasma forte, chì riduce a prufundità di penetrazione. Dunque, l'eliu, chì ùn genera micca plasma, hè spessu adupratu cum'è gas di prutezzione per a saldatura laser CO₂ d'alta putenza. L'applicazione di cumminazzioni laser à diodi per eccità cristalli Nd:YAG d'alta putenza hè un tema impurtante di ricerca è sviluppu, chì migliurà assai a qualità di i fasci laser è formerà un trattamentu laser più efficiente. L'usu di matrici di diodi diretti per eccità è emette laser in a regione vicinu à l'infrarossu hà ottenutu una putenza media di 1 kW è un'efficienza di cunversione fotoelettrica di quasi u 50%. I diodi anu ancu una durata di serviziu più longa (10.000 ore), chì aiuta à riduce u costu di mantenimentu di l'equipaggiu laser. Ancu u sviluppu di l'equipaggiu laser à statu solidu pompato da diodi (DPSSL) avanza.