Bai laser izpi bidezko soldadura bai arku bidezko soldadura aspalditik erabili izan dira industria-ekoizpenean, eta erabilera-espektro zabala ahalbidetzen dute materialen lotura-teknologiaren arloan. Prozesu horietako bakoitzak bere aplikazio-eremu espezifikoak ditu, lan-piezara energia garraiatzeko prozesu fisikoek eta lor daitezkeen energia-fluxuek deskribatzen duten bezala. Energia laser izpiaren iturritik prozesatzeko materialera transmititzen da energia handiko infragorri erradiazio koherentearen bidez, zuntz optikoko kable bat erabiliz. Arkuak soldadurarako behar den beroa transmititzen du lan-piezara arku-zutabe baten bidez doan korronte elektriko handi baten bidez. Laser erradiazioak bero-efektuko eremu oso estu batera eramaten du, soldadura-sakoneraren eta jostura-zabaleraren arteko erlazio handiarekin (soldadura sakonaren efektua). Laser bidezko soldadura-prozesuaren hutsuneak gainditzeko gaitasuna oso txikia da, foku-diametro txikia duelako, baina, bestetik, soldadura-abiadura oso handiak lor ditzake. Arku bidezko soldadura-prozesuak energia-dentsitate askoz txikiagoa du, baina foku-puntu handiagoa eragiten du lan-piezaren gainazalean eta prozesatzeko abiadura motelagoa du ezaugarri. Bi prozesu hauek batuz, sinergia erabilgarriak lor daitezke. Azken finean, horri esker, kalitate abantailak eta ekoizpen-ingeniaritzako onurak lor daitezke, baita kostu-eraginkortasuna hobetu ere. Prozesu honek aplikazio interesgarriak eta ekonomikoki erakargarriak eskaintzen ditu, bai automobilgintzan, batez ere soldadura-elementuetan tolerantzia handiagoak onartzen direlako, lotura-tasa handiagoak posible direlako eta parametro mekaniko/teknologiko oso onak lor daitezkeelako.
1. Sarrera:
1970eko hamarkadatik jakin izan da nola konbinatu laser argia eta arkua soldadura prozesu bateratu batean, baina denbora luzez ez zen garapen lanik egin. Duela gutxi, ikertzaileek berriro ere gai honi erreparatu diote eta arkuaren abantailak laserrarekin batzen saiatu dira, soldadura prozesu hibrido batean. Hasieran, laser iturriek industria erabilerarako egokitasuna frogatu behar zuten bitartean, gaur egun ekipamendu teknologiko estandarrak dira fabrikazio enpresa askotan.
Laser bidezko soldadura beste soldadura-prozesu batekin konbinatzeari "soldadura-prozesu hibridoa" deritzo. Horrek esan nahi du laser izpi batek eta arku batek aldi berean jarduten dutela soldadura-eremu batean, eta elkarri eragiten eta laguntzen diotela.
2. Laserra:
Laser bidezko soldadurak ez du laser potentzia handia bakarrik behar, baita kalitate handiko izpi bat ere, nahi den "soldadura sakoneko efektua" lortzeko. Sortzen den izpiaren kalitate handiagoa aprobetxatu daiteke foku-diametro txikiagoa edo foku-distantzia handiagoa lortzeko.
Martxan dauden garapen-proiektuetarako, 4 kW-ko laser izpiaren potentzia duen lanpara bidez ponpatutako egoera solidoko laser bat erabiltzen ari da. Laser argia 600 µm-ko beira-zuntz baten bidez transmititzen da.
Laser argia beira-zuntz baten bidez transmititzen da, eta hasiera eta amaiera urarekin hozten dira. Laser izpia lan-piezaren gainean proiektatzen da 200 mm-ko foku-distantzia duen fokatze-modulu baten bidez.
3. Laser hibridoaren prozesua:
Metalezko piezak soldatzeko, Nd:YAG laser izpia 106W/cm2-tik gorako intentsitateetan fokatzen da. Laser izpiak materialaren gainazala jotzen duenean, puntu hori lurruntze-tenperaturara berotzen du, eta lurrun-barrunbe bat sortzen da soldadura-metalean ihes egiten duen metal-lurrunaren ondorioz. Soldadura-junturaren ezaugarri bereizgarria sakonera-zabalera erlazio handia da. Libreki erretzen den arkuaren energia-fluxuaren dentsitatea 104 W/cm2-tik gorakoa da zertxobait. 1. irudiak soldadura hibridoaren oinarrizko printzipioa ilustratzen du. Laser izpia
Hemen irudikatutakoak beroa ematen dio soldadura-metali junturaren goiko aldean, arkuaren beroaz gain. Bi soldadura-prozesu bereizi bata bestearen atzetik jarduten duten konfigurazio sekuentzial baten aldean, soldadura hibridoa bi soldadura-prozesuen konbinazio gisa ikus daiteke, prozesu-eremu berean aldi berean jarduten dutenak. Zein arku edo laser prozesu erabiltzen den eta prozesu-parametroen arabera, prozesuek elkarri eragingo diote neurri eta modu desberdinetan [1, 2].
Laser prozesuaren eta arku prozesuaren konbinazioari esker, soldaduraren sakonera eta soldadura abiadura handitzen dira (bere kabuz erabilitako prozesuekin alderatuta). Lurrun-barrunbetik ihes egiten duen metal-lurrunak arku plasman eragiten du atzera. Nd:YAG laser erradiazioaren xurgapena prozesatzeko plasman hutsala da. Bi potentzia-sarreren arteko erlazioa aukeratzen den arabera, prozesu orokorraren izaera neurri handiagoan edo txikiagoan zehaztu dezake laserrak edo arkuak [3,4].
1. irudia: Eskema-adierazpena: LaserHybrid soldadura
Laser erradiazioaren xurgapena lan-piezaren gainazalaren tenperaturak eragin handia du. Laser bidezko soldadura prozesua hasi aurretik, hasierako islapena gainditu behar da, batez ere aluminiozko gainazaletan. Horretarako, soldadura abiarazte programa berezi batekin hasi daiteke. Lurruntze-tenperatura lortu ondoren, lurrun-barrunbea sortzen da, eta ondorioz, erradiazio-energia ia guztia lan-piezaren barruan sartu daiteke. Horretarako behar den energia, beraz, tenperaturaren araberako xurgapenak eta galtzen den energia-kantitateak zehazten dute.
eroapenaren bidez piezaren gainerako zatira. LaserHybrid soldaduran, lurruntzea ez da piezaren gainazaletik bakarrik gertatzen, baita betegarri-hariatik ere, hau da, metal-lurrun gehiago dago eskuragarri, eta horrek, aldi berean, laser erradiazioaren sarrera errazten du. Horrek prozesua etetea ere eragozten du [5, 6, 7, 8, 9].
4. Automobilgintzako aplikazioa:
Espazio-markoaren teknologia erabiliz, % 43ko pisua murriztea posible da altzairuzko auto-karrozeria batekin alderatuta.
2. irudia: Audi Space frame A2 kontzeptua
Audi A2 Space xasisa 30 m-ko Laserrez (2. irudiko zerrenda horiak) eta 20 m-ko MIG soldadura luzeraz osatuta dago. Horrez gain, 1700 errematxe ere erabili dira.
3. irudia: Audi-A2-ko profilen eta lotura-tekniken konparaketa
4. irudiak ALMg3 material galdatu baten eta AlMgSi xafla-material baten LaserHybrid soldadura-juntura bat erakusten du. Betegarri-alanbrea AlSi5 da eta erabilitako babes-gasa argona. Laser-potentzia handitu ahala, sartze sakonagoa posible da. Laser-izpia arkuarekin konbinatuz, soldadura-putzu handiagoa lortzen da laser-izpi bidezko soldadura-prozesuarekin bakarrik baino. Horri esker, tarte zabalagoak dituzten osagaiak soldat daitezke.
4. irudia: 0,5 mm-ko tartearekin gainjarritako juntura
Automobilgintzan, gainjartze-soldaduraren aplikazio asko daude juntura prestatu gabe. Momentuz, soldadura-lan honetarako punta-puntako prozesua laser bidezko soldadura da, alanbre hotz batekin, AA 6xxx aleazioaren pitzadura beroaren ondorioz. Juntura alanbre batekin soldatzen denean, laser-energia asko galduko da alanbre hori urtzeko.
Hurrengo irudiak LaserHybrid eta Laser soldaduraren arteko desberdintasunak adierazten ditu gainjartze-juntura batean, 2,4 m/min-ko soldadura-abiadurarekin. Laser soldaduraren kasuan, ez dago soldadura-kordoia betetzeko aukerarik, eta azpiko ebakidura sortzen da. Gainera, oinarrizko materialean sartze oso txikia baino ez dago. Soldadura-kordoiaren zabalera oso txikia da, eta, beraz, trakzio-erresistentzia txikia espero da. LaserHybrid soldaduraren kasuan,
Material gehigarria garraiatzen da soldadura-igerilekura. Azpiko ebakidura MIG prozesuko alanbrearekin betetzen da, eta laser energiaren zati bat aurrezten da orain. Aurreztutako laser energia hau oinarrizko materialean sartzea handitzeko erabil daiteke, eta soldadura-kordoiaren zabalera materialaren lodiera baino handiagoa da, eta hori simulazio numerikoak eskatzen du.
5. irudia LaserHybrid eta alanbre betegarririk gabeko laser soldaduraren arteko konparaketa
LaserHybrid soldadura prozedurarekin, aluminiozko, altzairuzko eta altzairu herdoilgaitzezko materialak soldat daitezke, gehienez 4 mm-ko lodierakoak. Lodiera handiegia bada, ezinezkoa da sartze osoa lortzea. Zink estalitako materialak lotzeko, laser soldadura prozesua erabiltzea ere hobesten da.
Automobilgintzan beste aplikazio batzuk potentzia-trenak, ardatzak eta autoen karrozeriak dira, non laser bidezko soldadura hibridoaren prozesua egokia izan daitekeen.
Soldatzeko burua:
Soldatzeko buruak dimentsio geometriko txikiak izan behar ditu, soldatu beharreko osagaietarako irisgarritasun ona bermatzeko, batez ere automobilen arloan. Gainera, robotaren buruarekiko konexio desmuntagarri egokia eta prozesuko aldagaiak, hala nola distantzia fokala eta zuziaren distantziak, koordenatu kartesiar guztietan doitzeko aukera emateko diseinatuta egon behar du. 5. irudiak soldadura-burua erakusten du, prozesua martxan dagoen bitartean. Soldatzeko prozesuan gertatzen diren zipriztinek babes-beira areagotzen dute. Kuartzozko beira bi aldeetatik material antirreflektante batez estalita dago eta laser sistema optikoa kalteetatik babesteko pentsatuta dago.
Zikinkeria-mailaren arabera, beiraren gainean pilatzen diren zipriztinek piezan eragiten duen laser potentzia % 90era arte gutxitzea eragin dezakete. Zikinkeria handiagoak, oro har, babes-beira suntsitzea dakar, erradiazio-energiaren zati handi bat beirak berak xurgatzen baitu, eta horrek tentsio termikoak eragiten ditu beiran. Soldatzeko buru eta soldadura-ekipo horrekin, LaserHybrid soldadura, laser soldadura, MSG soldadura eta beste hainbatetarako erabil daiteke.Laser bidezko hari beroko soldadura.
6. irudia: Soldatzeko burua eta prozesua
5. Laser bidezko soldadura hibridoaren abantailak:
Arkuaren eta laser izpiaren bat-egitearen abantaila hauek lortzen dira: LaserHybrid soldaduraren abantailak laser soldadurarekin alderatuta:
• prozesuaren egonkortasun handiagoa
• zubi-gaitasun handiagoa
• sartze sakonagoa
• kapital inbertsio kostu txikiagoak
• harikortasun handiagoa
LaserHybrid soldaduraren abantailak MIG soldadurarekin alderatuta:
• soldadura abiadura handiagoak
• soldadura-abiadura handiagoetan sartze sakonagoa
• sarrera termiko txikiagoa
• trakzio-erresistentzia handiagoa
• soldadura-jostura estuagoak
7. irudia: Bi prozesuak konbinatzearen abantailak
Arku bidezko soldadura prozesua energia-iturri merkeagatik, zubi-gaitasun onagatik eta betegarri-metalak gehituz egituran eragiteko erraztasunagatik bereizten da. Laser izpi-prozesuaren ezaugarri bereizgarriak, berriz, soldadura-sakonera handia, soldadura-abiadura handia, karga termiko txikia eta lortzen dituen soldadura-juntura estuak dira. Izpi-dentsitate jakin baten gainetik, laser izpiak "soldadura sakoneko efektua" sortzen du material metalikoetan, eta horrek horma-lodiera handiagoa duten osagaiak soldatzea ahalbidetzen du, baldin eta laser-potentzia nahikoa handia bada. Laser bidezko soldadura hibridoak soldadura-abiadura handiagoak, arkuaren eta laser izpiaren arteko elkarrekintzari esker prozesuaren egonkortzea, eraginkortasun termiko handiagoa eta lan-piezen tolerantzia handiagoak ahalbidetzen ditu. Soldadura-igerilekua MIG prozesuan baino txikiagoa denez, sarrera termiko gutxiago dago eta, beraz, beroak eragindako eremu txikiagoa. Horrek esan nahi du soldadura gutxiago.
distortsioa, eta horrek soldadura osteko zuzenketa lan egin behar den kopurua murrizten du.
Bi soldadura-igerileku bereizi daudenean, arkuaren ondorengo sarrera termikoak esan nahi du laser izpiak –soldatutako eremuak–, batez ere altzairuaren kasuan, soldadura osteko tenplatze-tratamendua jasotzen duela, gogortasun-balioak uniformeki banatuz jostura osoan zehar. 6. irudiak prozesu konbinatuaren (hau da, hibridoaren) abantailak laburbiltzen ditu.
Soldadura hibridoak laser soldadurarekin alderatuta dituen abantaila ekonomikoei dagokienez, honako baieztapen hauek egin daitezke: Soldadura-jostura partzialki laser soldadura batez eta partzialki MIG soldadura batez osatuta dago. Prozesu hibridoak laser izpiaren potentzia murriztea ahalbidetzen du, hau da, laser iturriaren energia-kontsumoa asko murriztu daiteke, laser izpiaren aparatuak % 3ko eraginkortasuna baino ez baitu. Beste era batera esanda: piezan eragiten duen laser izpiaren potentzian 1 kW-ko murrizketak sare elektrikotik kontsumitzen den potentzian 35 kVA inguru murriztea dakar.
Laser izpien aparatu batek 0,1 milioi euro inguru balio du kW bakoitzeko.laser izpiaren potentziaAdibide bat jartzearren, prozesu hibridoa erabiltzeak 4 kW-ko potentzia duen baten ordez 2 kW-ko laser izpi-aparatu bat erabiltzea ahalbidetzen duen kasu batean, horrek 0,2 milioi euroko aurrezpena dakar inbertsio-gastuetan. Hala ere, gogoratu behar da prozesu hibridorako 20.000 euro inguruko MIG makina bat beharko dela.
Soldadura-abiadura handiagoari esker, fabrikazio-denborak eta soldadura-kostuak murriztu daitezke.
6. LaserHotwire bidezko soldadura:
Laser izpia betegarri-haria batekin konbinatzeko beste aukera bat LaserHotwire prozesua da [10]. Prozedura honetan, betegarri-haria energia-iturri berarekin berotzen da aldez aurretik, eta hori erabil daiteke...Laser bidezko soldadura hibridoaren prozesuaBetegarri-hariak 100 A-tik 220 A-ra bitarteko korronte-karga du. Hariaren elikatze-abiadura soldadura-kordoiaren zeharkako sekzioaren eta soldadura-abiaduraren araberakoa da. Soldadurak, betegarri-metalezko kantitatearen bidez, moldaketa-material bat eskaintzen du, antzeko soldadura-josturak baino errazago akabatu daitekeena. Xafla-piezen soldaduraren bidez, konponketa-lanak soldatuta dauden junturekin baino modu errazagoan egin daitezke. LaserHotwire soldaduraren abantaila bat soldadura-eremuaren korrosioarekiko erresistentzia ona da.
Betegarri gisa, SG-CuSi3 bezalako kobrezko aleazio merkeak erabiltzen dira, eta argona babes-gas gisa balio du.
8. irudia: Eskema-adierazpenaLaser bidezko hari beroko soldadura:
Hurrengo irudiak laser hari beroz soldadura bidezko material baten zeharkako sekzioa erakusten du. Zink estalitako materiala 3 m/min-ko abiaduran soldadura bidez egiten da eta betegarri hariak 205 A-ko korronte-karga du. Bero-sarrera oso txikia da, beraz, soldadura-prozesuaren emaitza distortsio txikia da.
7. Laburpena:
Laser bidezko soldadura hibridoa teknologia guztiz berria da, metalgintzako industrietan aplikazio-eremu zabaletarako sinergiak eskaintzen dituena, batez ere beharrezko osagaien tolerantziak lortzea ezinezkoa edo ekonomikoki bideragarria ez den kasuetan.laser izpi soldaduraAplikazio-eremu zabalagoak eta prozesu konbinatuaren gaitasun handiak lehiakortasuna hobetzea dakar, inbertsio-gastuak murrizteari, fabrikazio-denbora laburragoei, fabrikazio-kostu txikiagoei eta produktibitate handiagoari dagokionez.
LaserHybrid prozesuak aluminioa soldatzeko ikuspegi berri bat ere eskaintzen du. Hala ere, praktikan erabil daitekeen prozesu egonkor bat duela gutxi bihurtu da posible, egoera solidoko laserren irteera-potentzia handiagoei esker. Hainbat ikerketek aztertu dituzte laser-arku-hibrido soldadura-prozesuen oinarriak. "Soldadura-prozesu hibridoa" esaten dugunean, laser-izpien soldaduraren eta arku-soldadura-prozesuaren konbinazioa esan nahi dugu, prozesu-eremu bakarrarekin (plasma eta urtua). Oinarrizko ikerketa-ikerketek erakutsi dute prozesu bat posible dela, non -bi prozesuak konbinatuz- sinergiak lor daitezkeen eta prozesu bakoitzaren desabantailak konpentsatu daitezkeen, eta horrek soldadura-aukerak, soldagarritasuna eta soldadura-fidagarritasuna hobetzen ditu material eta eraikuntza askotarako. Bereziki, aluminiozko aleazioetarako frogatu da hori. Prozesu-parametro egokiak aukeratuz, soldadura-propietateetan eragitea posible da, hala nola geometria eta egitura-konstituzioa. Arku-soldadura-prozesuak zubi-gaitasuna handitzen du betegarri-metala gehituz; soldadura-josturaren zabalera ere zehazten du eta, beraz, beharrezko piezaren prestaketa murrizten du. Gainera, prozesuen artean gertatzen diren elkarrekintzek prozesuaren eraginkortasuna nabarmen handitzen dute. Konbinazio-prozesu honek laser bidezko soldadura-prozesuak baino inbertsio-kostu askoz txikiagoak ere behar ditu.
Laser hari beroaren bidezko soldadura prozesua zink estalitako materialarentzat erabil daiteke bereziki, korrosioarekiko erresistentzia ona lortzeko.
Argitaratze data: 2025eko apirilaren 18a
