Tam soldadura radio laserica quam soldadura arcuali iam diu in productione industriali adhibitae sunt, et latum spatium usuum in campo technologiae iuncturae materiarum permittunt. Quisque horum processuum suas proprias applicationis areas habet, ut describitur a processibus physicis translationis energiae ad opus et a fluxibus energiae qui obtineri possunt. Energia a fonte radiorum lasericorum ad materiam ad processum transmittitur per radiationem infrarubram cohaerentem altae energiae, utens filo fibrae opticae. Arcus calorem ad soldaduram necessarium transmittit per currentem electricum magnum fluentem ad opus per columnam arcus. Radiatio laserica ad zonam calore affectam angustam ducit cum magna proportione profunditatis soldadurae ad latitudinem suturae (effectus soldadurae profundae). Facultas pontis hiatus processus soldadurae lasericae perficiendi valde humilis est, propter diametrum foci parvum, sed ex altera parte celeritates soldadurae altissimas attingere potest. Processus soldadurae arcualis densitatem energiae multo inferiorem habet, sed maculam focalem maiorem in superficie operis efficit et celeritate processus lentiore insignitur. Coniungendo utriusque processus, synergias utiles obtineri possunt. Hoc denique permittit ut et qualitatis commoda et productionis machinationis utilitates, necnon sumptuum efficacitas aucta consequantur. Hic processus applicationes interessantes et oeconomice attractivas offert, tum in industria autocinetica, non minime quia maiores tolerantiae in sudura permittuntur, maiores iuncturae rationes fieri possunt, et optimi parametri mechanici/technologici obtineri possunt.
1. Introductio:
Iam ab annis 1970 notum est quomodo lumen lasericum et arcum in processum soldadurae mixtum coniungi possint, sed diu postea nullum opus progressionis ulterius susceptum est. Nuper investigatores iterum ad hanc rem animum converterunt et conati sunt commoda arcus cum laseris in processu soldadurae hybrido coniungere. Cum olim fontes laserici adhuc aptitudinem suam ad usum industrialem demonstrare deberent, hodie apparatus technologicus communis in multis societatibus fabricatoriis sunt.
Coniunctio soldadurae lasericae cum alio processu soldadurae "processus soldadurae hybridus" appellatur. Hoc significat radium lasericum et arcum electricum simul in una zona soldadurae agere, seque mutuo afficere atque sustinere.
2. Laser:
Soldatura laserica non solum vim lasericam magnam sed etiam fasciculum altae qualitatis requirit ut effectus "soldaturae profundae" optatus obtineatur. Haec qualitas superior fasciculi vel ad diametrum focalem minorem vel ad distantiam focalem maiorem obtinendam adhiberi potest.
In inceptis progressionis quae nunc in progressu sunt, laser status solidi a lucerna impulsus, cum potentia fasciculi laseris 4 kW, adhibetur. Lux laseris per fibram vitream 600 µm transmittitur.
Lux laserica per fibram vitream transmittitur, cuius initium et finis aqua refrigerantur. Radius lasericus in opus proiectum per modulum focalizatorium cum distantia focali 200 mm proiicitur.
3. Processus hybridus lasericus:
Ad opera metallica conglutinanda, radius lasericus Nd:YAG intensitatibus supra 10⁶W/cm² dirigitur. Cum radius lasericus superficiem materiae attingit, locum illum ad temperaturam vaporisationis calefacit, et cavitas vaporis in metallo conglutinato propter vaporem metallicum effugentem formatur. Proprietas propria suturae conglutinatae est eius alta proportio profunditatis ad latitudinem. Densitas fluxus energiae arcus libere ardentis paulo supra 10⁴ W/cm² est. Figura 1 principium fundamentale suturae hybridae illustrat. Radius lasericus...
Hic depicta calorem metallo conglutinato in parte superiori suturae praebet, praeter calorem ex arcu. Dissimilis configurationi sequentiali ubi duo processus conglutinandi separati successive agunt, conglutinatio hybrida considerari potest ut combinatio utriusque processus conglutinandi simul agentium in una eademque zona processus. Pro eo quod processus arcus vel laser adhibeatur, et pro parametris processus, processus se invicem diverso gradu et diversis modis afficient [1, 2].
Gratias coniunctioni processus laseris et processus arcus, etiam augetur et profunditas penetrationis suturae et celeritas suturae (comparata cum utroque processu per se adhibito). Vapor metallicus e cavitate vaporis evanescens in plasmam arcus retroagit. Absorptio radiationis laseris Nd:YAG in plasma processus neglegibilis manet. Pro ratione duarum potentiarum inputarum electa, character processus totius vel a lasere vel ab arcu determinari potest [3,4].
Fig. 1: Repraesentatio schematica: Soldatura LaserHybrid
Absorptio radiationis laseris magnopere afficitur temperatura superficiei materiae. Antequam processus soldadurae laseris incipere possit, reflectantia initialis primum superanda est, praesertim in superficiebus aluminii. Hoc fieri potest incipiendo soldaduram cum programmate initiali speciali. Postquam temperatura vaporisationis attingitur, cavitas vaporis formatur, quo fit ut fere omnis energia radiationis in materiam immitti possit. Energia ad hoc requisita igitur determinatur absorptione temperaturae dependente et quantitate energiae amissae.
per conductionem in reliquam partem materiae laborandae. In soldadura LaserHybrid, vaporizatio non solum a superficie materiae laborandae sed etiam a filo implente fit, quod significat plus vaporis metallici praesto esse, quod vicissim influxum radiationis laseris facilitat. Hoc etiam intermissionem processus impedit [5, 6, 7, 8, 9].
4. Applicatio autocinetica:
Adhibita technologia spatii structurae, ponderis reductio 43% comparatione cum corpore ferreo currus fieri potest.
Fig. 2: Audi Space frame A2 conceptus
Chassis Audi A2 Space constat ex 30 m longitudinis sudurae lasericae (fasciae flavae in figura 2) et 20 m longitudinis sudurae MIG. Praeterea, 1700 clavi etiam adhibentur.
Fig. 3: Comparatio profilorum et rationum iuncturae in Audi-A2
Figura 4 ostendit iuncturam LaserHybrid materiae fusae ALMg3 cum materia laminari AlMgSi. Filum implens est AlSi5 et gas protegens adhibitum est Argon. Crescente potentia laseris, penetratio altior fieri potest. Hoc modo coniungendo radium laseris cum arcu, maior lacus fusionis efficitur quam cum processu fusionis radii laseris solo. Hoc efficit ut componentes cum hiatibus latioribus fusionentur.
Figura 4: Iunctura imbricata cum spatio 0.5 mm
In industria autocinetica multae sunt applicationes suturae imbricatae sine praeparatione iuncturae. Hoc tempore, processus artis optimus ad hoc opus suturae est processus suturae lasericae cum filo implente frigido, propter fissuras calidas mixturae AA 6xxx. Cum iunctura filo implente suturatur, magna pars energiae lasericae perditur ut filum implens liquefiat.
Figura sequens differentias inter LaserHybrid et Laser soldaduram in iunctura imbricata cum celeritate soldadurae 2.4m/min repraesentat. In casu soldadurae laser, nulla possibilitas est globulum soldadurae implere, et incisio producitur. Praeterea, penetratio in materiam basalem tantum minima est. Latitudo globuli soldadurae minima est, et ideo vis tensilis humilis exspectatur. In casu soldadurae LaserHybrid,
Materia addita in lacum suturae transportatur. Subsectio filo ex processu MIG impletur, et pars energiae laseris nunc servatur. Haec energia laseris servata ad penetrationem in materiam basalem augendam adhiberi potest, et latitudo cordi suturae maior est quam crassitudo materiae, quae ex simulatione numerica requiritur.
Fig. 5 Comparatio inter LaserHybrid et soldaduram lasericam sine filo addenso
Methodo soldadurae LaserHybrid materias aluminio, chalybe et chalybe inoxidabili usque ad 4 mm crassitudinem soldadurae fieri potest. Si crassitudo nimis magna est, plena penetratio fieri non potest. Ad materias zinco obductas iungendas, etiam processum braseo lasericum praestat.
Ulteriores applicationes in industria autocinetica sunt catenae motrices, axes et corpora curruum, ubi processus soldadurae hybrida laseris aptus esse potest.
Caput soldadurae:
Caput soldadurae dimensiones geometricas parvas habere debet, ut bona accessibilitatis ad partes soldadurae faciendas, praesertim in campo carrorum, praestetur. Praeterea, ita designatum esse debet ut et conexio apta et amovibilis cum capite robotis et adaptatio variabilium processus, ut distantia focalis et distantiae inter faces in omnibus coordinatis Cartesianis, permittatur. Figura 5 caput soldadurae ostendit, dum processus in actu est. Sparsio quae per soldaduram fit ad crescentem sordes vitri protectoris ducit. Vitrum quarzosum utrinque materia antireflexa obductum est et destinatum est ad systema opticum laseris a damno protegendum.
Pro gradu sordidum, sparsa in vitro accumulata potest efficere ut vis laseris, quae revera in rem laborandam incidit, usque ad 90% minuatur. Sordes graviores plerumque ad destructionem vitri protectoris ducunt, cum magna pars energiae radiantis a vitro ipso absorbeatur, tensiones thermicas in vitro causans. Hoc capite et instrumento soldandi, adhiberi potest ad soldandi LaserHybrid, soldandi laser, soldandi MSG et...Brasatura filorum calidorum laserica.
Fig. 6: Caput et processus soldadurae
5. Commoda soldadurae hybridae lasericae:
Ex coniunctione arcus et radii laseris haec commoda oriuntur: Commoda soldadurae LaserHybrid prae soldadura laserica:
• stabilitas processus maior
• maior pontabilitas
• penetratio profundior
• sumptus capitales minores
• maior ductilitas
Commoda soldadurae LaserHybrid prae soldadura MIG:
• celeritates sudandi maiores
• penetratio profundior ad celeritates sudurae altiores
• imminutio thermalis
• maior vis tensile
• suturae angustiores
Fig. 7: Commoda duorum processuum coniungendorum
Processus sudurae arcualis fonte energiae vilis, bona facultate pontis, et facilitate structuram afficiendi per additionem metallorum adiunctorum insignitur. Proprietates distinctivae processus radii laserici, contra, sunt magna profunditas sudurae, celeritas sudurae alta, onus thermale parvum, et suturae angustae quas efficit. Supra certam densitatem radii, radius lasericus "effectum sudurae profundae" in materiis metallicis producit, qui permittit ut partes cum crassitudinibus parietum maioribus sudantur – dummodo potentia laserica satis alta sit. Sudura Laserica Hybrida igitur celeritates sudurae maiores, stabilitatem processus propter interactionem inter arcum et radium lasericum, efficientiam thermalem auctam, et tolerantias partis operis maiores efficit. Quia piscina sudurae minor est quam in processu MIG, minor est inputus thermalis et ergo zona calore affecta minor. Hoc significat minus sudurae.
distortio, quae quantitatem operis rectificationis post suduram subsequentis quod faciendum est minuit.
Ubi duo lacus sudatorii separati sunt, subsequens impulsus thermalis ab arcu efficit ut radius lasericus – area sudatoria – praesertim in casu ferri – post-sudationem refrigerii subeatur, valores duritiei aequabilius per suturam distribuens. Figura 6 commoda processus coniuncti (id est hybridi) summatim describit.
Nunc ad commoda oeconomica soldadurae hybridae prae soldadura laserica convertentes, haec dici possunt: Sutura soldadurae partim ex soldadura laserica et partim ex soldadura MIG constat. Processus hybridus permittit potentiam radii laserici reducere, quod significat consumptionem energiae fontis laserici magnopere diminui posse, cum apparatus radii laserici efficientiam tantum 3% habeat. Aliis verbis: Reductio 1 kW in potentia radii laserici in rem laborantem influentis reductionem circiter 35 kVA in potentia ex rete electrico consumpta ducit.
Apparatus radii laserici constat circiter EUR 0.1 m pro quolibet 1 kWpotentia radii laserisUt unum exemplum tantum faciamus, in casu ubi usus processus hybridi permittit ut apparatus fasciculi laserici 2 kW loco unius cum potentia fasciculi 4 kW adhibeatur, hoc in sumptibus pecuniariis 0.2 milionum euronum conservatur. Attamen hic memoria tenendum est machinam MIG pretii circiter 20 000 euronum necessariam fore pro processu hybrido.
Gratias celeritatis ferrurae maioris, et tempora fabricationis et sumptus ferrurae reduci possunt.
6. Brasatura filo laserico calido:
Alia possibilitas coniungendi radium lasericum cum filo implente est processus LaserHotwire [10]. In hoc processu filum implens eadem fonte potentiae praecalefactum est, quae ad...Processus soldadurae hybridae lasericaeFilum implens onus currentis ab 100 A usque ad 220 A habet. Celeritas transmissionis fili a sectione transversa globuli brasantis et a celeritate brasantis pendet. Brasatura, per quantitatem metalli implentis, materiam formandam praebet quae facilius quam comparabiles suturae perfici potest. Per brasaturam partium laminarum, opera reparationis facilius perfici possunt quam cum iuncturis ferratis. Unum commodum brasaturae LaserHotwire est bona resistentia corrosionis zonae brasatae.
Ut metalla impletoria, mixturae cupri viliores, ut SG-CuSi3, adhibentur, et Argon ut gas protegens fungitur.
Fig. 8: Repraesentatio schematicaBrasatura filorum calidorum laserica:
Figura sequens sectionem transversalem materiae filo calido laserico brasatae ostendit. Materia zinco obducta celeritate 3 m/min brasatur et filum implens onus currentis 205 A habet. Calor insumptus valde parvus est, ergo distortio parva ex processu brasationis resultat.
7. Summarium:
Soldatura hybrida laserica est technologia omnino nova quae synergias offert pro latis campis applicationis in industriis metallurgicis, praesertim ubi non est possibile aut oeconomice viabile tolerantias componentium consequi quae requiruntur ad...soldadura radiorum lasericorumLatior usus spatium et magna facultas processus coniuncti ad auctam competitivitatem ducunt, quoad sumptus collocationis minores, tempora fabricationis breviora, sumptus fabricationis minores et productivitatem maiorem.
Processus LaserHybrid etiam novum modum ad aluminii soldaduram offert. Attamen, processus stabilis, qui in praxi adhiberi potest, tantum nuperrime possibilis factus est, propter maiores potentias laserum solidi status. Multae investigationes fundamenta processuum soldadurae laser-arcus-hybridae examinaverunt. Per "processum soldadurae hybridum" significamus combinationem soldadurae laseris et processus soldadurae arcus, cum una tantum zona processus (plasma et liquefactione). Studia investigationis fundamentalis demonstraverunt processum fieri posse in quo – per combinationem duorum processuum – synergiae effici possunt et incommoda cuiusque processus separati compensari possunt, quod ad auctas possibilitates soldadurae, soldadurabilitatem et firmitatem soldadurae pro multis materiis et constructionibus diversis perducit. Hoc praesertim demonstratum est pro mixturis aluminii. Eligendo parametros processus favorabiles, possibile est proprietates soldadurae, ut geometriam et constitutionem structuralem, selective afficere. Processus soldadurae arcus auget pontem addendo metallum supplementare; etiam latitudinem suturae soldadurae determinat et ita quantitatem praeparationis necessariae partis metallicae minuit. Praeterea, interactiones quae inter processus fiunt ad augmentum substantiale efficientiae processus ducunt. Hic processus compositus etiam sumptus collocationis multo minores requirit quam processus soldadurae lasericae.
Processus brasii filis calidis lasericis praecipue pro materiis zinco obductis adhiberi potest ad bonam resistentiam corrosionis obtinendam.
Tempus publicationis: XVIII Aprilis MMXXXV
