Sveisemetoder for mikro- og smådeler Lasersveising er en effektiv og presis sveisemetode som bruker en laserstråle med høy energitetthet som varmekilde. Det er en av de viktigste bruksområdene innen laserteknologi for materialbehandling. På 1970-tallet ble den hovedsakelig brukt til sveising av tynnveggede materialer og lavhastighetssveising, og sveiseprosessen tilhørte varmeledningstypen. Mer spesifikt varmer laserstrålingen opp overflaten på arbeidsstykket, og varmen på overflaten diffunderer innover gjennom termisk ledning. Ved å kontrollere parametere som bredde, energi, toppeffekt og repetisjonsfrekvens for laserpulser, smeltes arbeidsstykket for å danne et spesifikt smeltebad. På grunn av sine unike fordeler har den blitt brukt med hell i ...presisjonssveising av mikro- og smådeler.Kinas lasersveiseteknologi er blant verdens mest avanserte. Den har teknologien og kapasiteten til å danne komplekse titanlegeringskomponenter på over 12 kvadratmeter ved hjelp av laser, og har blitt brukt i prototype- og produktproduksjon av flere innenlandske luftfartsforskningsprosjekter. I oktober 2013 vant en kinesisk sveisekspert Brook-prisen, den høyeste akademiske prisen innen sveising, som bekreftet Kinas lasersveisenivå i verdensklasse.
## Utviklingshistorie Verdens første laserstråle ble generert i 1960 ved å eksitere rubinkrystaller med en blitzlampe. Begrenset av krystallens termiske kapasitet, kunne den bare produsere svært korte pulserende stråler med lav frekvens. Selv om den øyeblikkelige pulsenergien kunne nå opptil 10^6 watt, tilhørte den fortsatt lavenergiproduksjonen. En neodym-dopet yttriumaluminiumgranat (Nd:YAG) krystallstang, med neodym (Nd) som eksitasjonselement, kan generere en kontinuerlig laserstråle med én bølgelengde med en effekt på 1–8 kW. YAG-laseren, med en bølgelengde på 1,06 μm, kan kobles til laserbehandlingshodet gjennom en fleksibel optisk fiber, med fleksibelt utstyrslayout og egnethet for sveising av arbeidsstykker med en tykkelse på 0,5–6 mm. CO₂-laseren, som bruker karbondioksid som eksitant (med en bølgelengde på 10,6 μm), kan oppnå en utgangsenergi på opptil 25 kW og realisere fullpenetrasjonssveising i ett trinn av 2 mm tykke plater. Den har blitt mye brukt i metallbearbeiding i industrisektoren. På midten av 1980-tallet fikk lasersveising, som en ny teknologi, stor oppmerksomhet i Europa, USA og Japan. I 1985 samarbeidet ThyssenKrupp Steel AG (Tyskland) og Volkswagen AG (Tyskland) for å ta i bruk verdens første lasersveisede emne på Audi 100-karosseriet. På 1990-tallet begynte store bilprodusenter i Europa, Nord-Amerika og Japan å bruke lasersveisede emneteknologi i stor grad i produksjon av bilkarosseri. Praktisk erfaring fra både laboratorier og bilprodusenter har vist at lasersveisede emner kan brukes med hell i produksjonen av bilkarosseri. Lasersveising bruker laserenergi til automatisk å skjøte og sveise flere ståltyper, rustfritt stål, aluminiumslegeringer osv. med forskjellige materialer, tykkelser og belegg til en integrert plate, profil eller sandwichpanel. Dette oppfyller de ulike materialkravene til komponentene, og oppnår lettvektsutstyr med lavest vekt, optimal struktur og best ytelse. I utviklede land som Europa og USA,lasersveisingbrukes ikke bare i transportutstyrsindustrien, men er også mye brukt innen felt som konstruksjon, broer, produksjon av platesveising av husholdningsapparater og stålplatesveising i valselinjer (plateforbindelse i kontinuerlig valsing). Verdenskjente lasersveisebedrifter inkluderer Soudonic (Sveits), ArcelorMittal Group (Frankrike), ThyssenKrupp TWB (Tyskland), Servo-Robot (Canada) og Precitec (Tyskland). Bruken av lasersveiset emneteknologi i Kina har nettopp startet. 25. oktober 2002 ble Kinas første profesjonelle kommersielle produksjonslinje for lasersveisede emner offisielt satt i drift. Den ble introdusert av Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding fra ThyssenKrupp TWB (Tyskland). Senere ble Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. og andre bedrifter suksessivt satt i produksjon. I 2003 realiserte utenlandske land dobbeltstråle-CO₂-lasersveising med tilsetttråd ogYAG-lasersveising av fylltrådfor A318-aluminiumslegeringens nedre veggpanelstruktur. Denne teknologien erstattet den tradisjonelle naglede strukturen, og reduserte vekten på flykroppen med 20 % og sparte 20 % av kostnadene. Gong Shuili mente at lasersveiseteknologi ville spille en betydelig rolle i transformasjonen og oppgraderingen av Kinas tradisjonelle luftfartsindustri. Han søkte umiddelbart om en rekke relaterte forforskningsprosjekter, organiserte et forskerteam og tok ledelsen i å introdusere «dobbeltstrålelasersveiseteknologi» i forskningsprosjekter i Kina. Helt fra starten planla han å bruke denne teknologien i flyproduksjon. Det kinesiske ekspertteamet rapporterte den foreløpige teknologien til et flydesigninstitutt og promoterte fordelene og gjennomførbarheten av dobbelstrålelasersveising. Etter flere verifiseringer og evalueringer bestemte designinstituttet seg for å bruke denne teknologien i produksjonen av ribbede veggpaneler for et bestemt fly, og oppnådde det opprinnelige målet om å bruke «dobbeltstrålelasersveiseteknologi» i flyproduksjon. Det brøt gjennom nøkkelteknologier som presisjonskontroll av lasersveising av tilsetttråd for lette legeringer, utviklet en integrert og innovativ hybridsveiseenhet med dobbeltstrålelasertilsetttråd, etablerte Kinas første høyeffekts dobbeltstrålelasertilsetttrådsveiseplattform, realiserte dobbeltstråle- og dobbeltsidig synkronsveising av T-skjøter i store tynnveggede konstruksjoner, og anvendte den med hell til sveiseproduksjon av viktige strukturelle deler av ribbede veggpaneler for luftfart for første gang, og spilte en viktig rolle i utviklingen av Kinas nye fly. I 2003 bestod det første innenlandske storskala online stripsveiseutstyret levert av HG Laser offline-godkjenning. Dette utstyret integrerer laserskjæring, sveising og varmebehandling, noe som gjør HG Laser til en av verdens fjerde bedrifter som er i stand til å produsere slikt utstyr. I 2004 vant prosjektet «Høyeffekt laserskjæring, sveising og kombinert skjære-sveiseprosessteknologi og -utstyr» av HG Laser Farley Laserlab andreprisen i National Science and Technology Progress Award, noe som gjør dem til den eneste laserbedriften i Kina med FoU-kapasiteten til denne teknologien og utstyret. Med den raske utviklingen av den industrielle laserindustrien har markedet stilt høyere krav til laserbehandlingsteknologi. Laserteknologi har gradvis gått fra enkeltstående bruk til varierte bruksområder. Når det gjelder laserbehandling, er det ikke lenger begrenset til enkeltstående kutting eller sveising. Markedets etterspørsel etter integrert laserbehandlingsutstyr som kombinerer kutting og sveising øker, og dermed har integrert laserskjære- og sveiseutstyr dukket opp. HG Laser Farley Laserlab utviklet den integrerte skjære- og sveisemaskinen Walc9030, med et ultrastort format på 9 × 3 meter, som for tiden er verdens største integrerte laserskjære- og sveiseutstyr. Walc9030 er et storformat skjære- og sveiseutstyr som integrererlaserskjæring og lasersveisingfunksjonerDen er utstyrt med et profesjonelt skjærehode og et sveisehode, og de to prosesseringshodene deler én stråle. Numerisk kontrollteknologi sikrer at de ikke forstyrrer hverandre. Utstyret kan fullføre to prosesser som krever skjæring og sveising samtidig. Det kan veksle fritt mellom å skjære først og deretter sveise, eller å sveise først og deretter skjære, og realisere både laserskjærings- og sveisefunksjoner med ett utstyr uten behov for ekstra utstyr. Dette sparer utstyrskostnader for applikasjonsprodusenter, forbedrer prosesseringseffektiviteten og prosesseringsområdet. På grunn av integreringen av skjæring og sveising er dessuten prosesseringsnøyaktigheten fullt garantert, og utstyrets ytelse er effektiv og stabil. I tillegg har den overvunnet vanskelighetene med termisk deformasjon av plater under skreddersveising av ultrastore plater og stabil realisering av ultralange flygende optiske baner. Den kan sveise to flate plater på 6 meter i lengde og 1,5 meter i bredde samtidig, og den sveisede overflaten er glatt og flat uten ytterligere etterbehandling. Samtidig kan den skjære plater med en bredde på 3 meter, en lengde på mer enn 6 meter og en tykkelse på mindre enn 20 mm i én formingsprosess uten sekundær posisjonering. Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, har gjennomført et internasjonalt samarbeid med IHI Corporation (Japan). Ved å følge den nasjonale strategien for vitenskapelig og teknologisk utvikling om «introduksjon, fordøyelse, absorpsjon og reinnovasjon», overvant de flere viktige teknologier.lasersveising, utviklet Kinas første sett med komplette lasersveiseproduksjonslinjer i september 2006, og utviklet med suksess et robotisert lasersveisesystem, som realiserer lasersveising av plane og romlige kurver. I oktober 2013 vant en kinesisk sveisekspert Brook Award, den høyeste akademiske prisen innen sveising. Welding Institute (TWI, Storbritannia) anbefaler og nominerer kandidater hvert år fra mer enn 4000 medlemsenheter i over 120 land, og tildeler til slutt denne prisen til én ekspert som anerkjennelse for deres enestående bidrag til vitenskapen og teknologien bak sveising eller sammenføyning og dens industrielle anvendelse. Denne prisen er ikke bare en anerkjennelse av Gong Shuili og teamet hans, men også en bekreftelse av AVICs rolle i å fremme fremdriften innen materialsammenføyningsteknologi.
## Strukturelle parametere
### Arbeidsutstyr Det består av en optisk oscillator og et medium plassert mellom speilene i begge ender av oscillatorhulrommet. Når mediet eksiteres til en høyenergitilstand, begynner det å generere fasede lysbølger, som reflekteres frem og tilbake mellom speilene i begge ender, og danner en fotoelektrisk sammenkoblingseffekt. Dette forsterker lysbølgene, og når tilstrekkelig energi er oppnådd, sendes laseren ut. Laser kan også defineres som en enhet som konverterer primære energikilder som elektrisk energi, kjemisk energi, termisk energi, lysenergi eller kjernekraft til elektromagnetiske strålingsstråler med spesifikke optiske frekvenser (ultrafiolett lys, synlig lys eller infrarødt lys). Denne konverteringen kan enkelt utføres i visse faste, flytende eller gassformige medier. Når disse mediene eksiteres i form av atomer eller molekyler, produserer de en lysstråle med nesten samme fase og nesten en enkelt bølgelengde – laser. På grunn av dens fasede egenskaper og enkeltbølgelengde er divergensvinkelen svært liten, og den kan overføres over lange avstander før den blir sterkt konsentrert for å gi funksjoner som sveising, skjæring og varmebehandling. ### Klassifisering av lasere Det finnes hovedsakelig to typer lasere som brukes til sveising, nemlig CO₂-lasere og Nd:YAG-lasere. Både CO₂-lasere og Nd:YAG-lasere er usynlig infrarødt lys for det blotte øye. Strålen som genereres av Nd:YAG-laseren er hovedsakelig nær-infrarødt lys med en bølgelengde på 1,06 μm. Varmeledere har en relativt høy absorpsjonsrate for lys med denne bølgelengden, og for de fleste metaller er reflektiviteten 20–30 %. Den nær-infrarøde strålen kan fokuseres til en diameter på 0,25 mm ved bruk av standard optiske linser. Strålen fra CO₂-laseren er fjern-infrarødt lys med en bølgelengde på 10,6 μm. De fleste metaller har en reflektivitet på 80–90 % for denne typen lys, så spesielle optiske linser er nødvendig for å fokusere strålen til en diameter på 0,75–1,0 mm. Effekten til Nd:YAG-lasere kan vanligvis nå rundt 4000–6000 W, og den maksimale effekten har nå nådd 10 000 W. I motsetning til dette kan effekten til CO₂-lasere lett nå 20 000 W eller enda høyere. Høyeffekts CO₂-lasere løser problemet med høy reflektivitet gjennom nøkkelhullseffekten. Når materialoverflaten som bestråles av lysflekken smelter, dannes et nøkkelhull. Dette nøkkelhullet fylt med damp er som et svart legeme, som absorberer nesten all energien fra det innfallende lyset. Likevektstemperaturen inne i nøkkelhullet når rundt 25 000 °C, og reflektiviteten avtar raskt i løpet av få mikrosekunder. Selv om utviklingsfokuset for CO₂-lasere fortsatt fokuserer på utstyrsutvikling og forskning, handler det ikke lenger om å øke den maksimale utgangseffekten, men om hvordan man kan forbedre strålekvaliteten og fokuseringsytelsen. I tillegg, når argon brukes som beskyttelsesgass for CO₂-lasersveising med en effekt over 10 kW, induserer det ofte sterk plasma, noe som reduserer penetrasjonsdybden. Derfor brukes helium, som ikke genererer plasma, ofte som beskyttelsesgass for høyeffekts CO₂-lasersveising. Bruken av diodelaserkombinasjoner for å eksitere høyeffekts Nd:YAG-krystaller er et viktig forsknings- og utviklingstema, som vil forbedre kvaliteten på laserstråler betraktelig og skape mer effektiv laserbehandling. Bruken av direkte diodematriser for å eksitere og sende ut lasere i det nær-infrarøde området har oppnådd en gjennomsnittlig effekt på 1 kW og en fotoelektrisk konverteringseffektivitet på nesten 50 %. Dioder har også lengre levetid (10 000 timer), noe som bidrar til å redusere vedlikeholdskostnadene for laserutstyr. Utviklingen av diodepumpet faststofflaserutstyr (DPSSL) går også fremover.
Publisert: 27. august 2025
