Πρώτον, τι είναι το λέιζερ; Η πρώτη ακτίνα λέιζερ στον κόσμο παρήχθη το 1960 χρησιμοποιώντας μια λάμπα φλας για να διεγείρει κόκκους κρυστάλλου ρουμπίνι. Λόγω του περιορισμού της θερμοχωρητικότητας του κρυστάλλου, μπορούσε να παράγει μόνο μια πολύ μικρή δέσμη παλμών με πολύ χαμηλή συχνότητα. Παρόλο που η στιγμιαία ενέργεια αιχμής του παλμού μπορεί να φτάσει τα 106 watt, εξακολουθεί να είναι χαμηλή ενέργεια εξόδου.
Η τεχνολογία λέιζερ χρησιμοποιεί έναν πολωτή για να αντανακλά την ακτίνα που παράγεται από το λέιζερ, έτσι ώστε να συγκεντρώνεται σε μια συσκευή εστίασης για να παράγει μια δέσμη τεράστιας ενέργειας. Εάν η εστίαση είναι κοντά στο τεμάχιο εργασίας, το τεμάχιο εργασίας θα λιώσει και θα εξατμιστεί μέσα σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία συγκόλλησης. Η εμφάνιση του CO2 υψηλής ισχύος2και τα λέιζερ υψηλής ισχύος-YAG έχουν ανοίξει ένα νέο πεδίο συγκόλλησης με λέιζερ. Το κλειδί για τον εξοπλισμό συγκόλλησης με λέιζερ είναι τα λέιζερ υψηλής ισχύος-. Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες. Το ένα είναι συμπαγές λέιζερ, γνωστό και ως λέιζερ Nd:YAG. Το Nd (νεοδύμιο) είναι ένα σπάνιο αριστοκρατικό στοιχείο, το YAG σημαίνει γρανάτης αλουμινίου υττρίου και η κρυσταλλική του δομή είναι παρόμοια με το ρουμπίνι. Το μήκος κύματος του λέιζερ Nd:YAG είναι 1,06μm. Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι η παραγόμενη δέσμη μπορεί να μεταδοθεί μέσω οπτικής ίνας, επομένως ένα πολύπλοκο σύστημα μετάδοσης δέσμης μπορεί να παραλειφθεί. Είναι κατάλληλο για εύκαμπτα συστήματα κατασκευής ή απομακρυσμένη επεξεργασία και χρησιμοποιείται συνήθως για τεμάχια εργασίας με υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας συγκόλλησης. Τα λέιζερ Nd:YAG με ισχύ εξόδου 3-4 κιλοβάτ χρησιμοποιούνται συνήθως στην αυτοκινητοβιομηχανία. Ο άλλος τύπος είναι το λέιζερ αερίου, γνωστό και ως CO2λέιζερ. Το μοριακό αέριο χρησιμοποιείται ως μέσο εργασίας για την παραγωγή ενός υπέρυθρου λέιζερ με ομοιόμορφο μέγεθος 10,6 μm. Μπορεί να λειτουργεί συνεχώς και να παράγει πολύ υψηλή ισχύ. Η τυπική ισχύς λέιζερ είναι μεταξύ 2-5 κιλοβάτ.
Σε σύγκριση με άλλες παραδοσιακές τεχνολογίες συγκόλλησης, τα κύρια πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ είναι:
1. Γρήγορη ταχύτητα, μεγάλο βάθος και μικρή παραμόρφωση.
2. Η συγκόλληση μπορεί να γίνει σε θερμοκρασία δωματίου ή υπό ειδικές συνθήκες και ο εξοπλισμός συγκόλλησης είναι απλός. Για παράδειγμα, η δέσμη λέιζερ δεν εκτρέπεται όταν διέρχεται από ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα λέιζερ μπορούν να πραγματοποιήσουν συγκόλληση σε κενό, αέρα και ορισμένα περιβάλλοντα αερίου και μπορούν να συγκολληθούν μέσω γυαλιού ή υλικών διαφανών στη δέσμη λέιζερ.
3. Μπορεί να συγκολλήσει πυρίμαχα υλικά όπως τιτάνιο, χαλαζία κ.λπ., και μπορεί επίσης να συγκολλήσει ετερογενή υλικά με καλά αποτελέσματα.
4. Αφού εστιαστεί το λέιζερ, η πυκνότητα ισχύος είναι υψηλή. Κατά τη συγκόλληση συσκευών υψηλής ισχύος-, η αναλογία διαστάσεων μπορεί να φτάσει το 5:1 και έως το 10:1.
5. Είναι δυνατή η μικροσυγκόλληση. Αφού εστιαστεί η δέσμη λέιζερ, μπορεί να αποκτήσει ένα πολύ μικρό σημείο και μπορεί να τοποθετηθεί με ακρίβεια, ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί
Χρησιμοποιείται στη συναρμολόγηση και συγκόλληση μικρο και μικρών τεμαχίων σε μαζική αυτοματοποιημένη παραγωγή.
6. Μπορεί να συγκολλήσει απρόσιτα μέρη και να εφαρμόσει συγκόλληση από απόσταση χωρίς επαφή-, η οποία έχει μεγάλη ευελιξία. Ειδικά τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία μετάδοσης οπτικών ινών έχει υιοθετηθεί στην τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ YAG, η οποία επέτρεψε την ευρύτερη προώθηση και εφαρμογή της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ.
7. Η δέσμη λέιζερ μπορεί εύκολα να χωριστεί σε χρόνο και χώρο, επιτρέποντας ταυτόχρονη επεξεργασία πολλαπλών-ακτίνων και επεξεργασία πολλαπλών-σταθμών, παρέχοντας συνθήκες για ακριβέστερη συγκόλληση.
Ωστόσο, η συγκόλληση με λέιζερ έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς:
1. Απαιτεί υψηλή ακρίβεια συναρμολόγησης των τεμαχίων εργασίας και ότι η θέση της δέσμης λέιζερ στο τεμάχιο εργασίας δεν μπορεί να αντισταθμιστεί σημαντικά. Αυτό συμβαίνει επειδή το μέγεθος του σημείου λέιζερ είναι μικρό μετά την εστίαση, η ραφή συγκόλλησης είναι στενή και προστίθεται μεταλλικό υλικό πλήρωσης. Εάν η ακρίβεια της διάταξης του τεμαχίου εργασίας ή η ακρίβεια τοποθέτησης της δοκού δεν πληρούν τις απαιτήσεις, μπορούν εύκολα να προκύψουν ελαττώματα συγκόλλησης.
2. Το κόστος των λέιζερ και των σχετικών συστημάτων είναι σχετικά υψηλό, με αποτέλεσμα μια μεγάλη αρχική επένδυση.
