Լազերային եռակցման զարգացման պատմությունը

Միկրո և փոքր մասերի եռակցման մեթոդներ։ Լազերային եռակցումը արդյունավետ և ճշգրիտ եռակցման մեթոդ է, որն օգտագործում է բարձր էներգիայի խտության լազերային ճառագայթ որպես ջերմության աղբյուր։ Այն լազերային նյութերի մշակման տեխնոլոգիայի կարևոր կիրառություններից մեկն է։ 1970-ականներին այն հիմնականում օգտագործվում էր բարակ պատերով նյութերի և ցածր արագությամբ եռակցման համար, և եռակցման գործընթացը պատկանում էր ջերմահաղորդականության տեսակին։ Մասնավորապես, լազերային ճառագայթումը տաքացնում է աշխատանքային մասի մակերեսը, և մակերեսի վրա ջերմությունը տարածվում է դեպի ներս ջերմահաղորդականության միջոցով։ Լազերային իմպուլսների լայնությունը, էներգիան, գագաթնակետային հզորությունը և կրկնության հաճախականությունը կարգավորող պարամետրերով, աշխատանքային մասը հալվում է՝ ձևավորելով որոշակի հալված լողավազան։ Իր եզակի առավելությունների շնորհիվ այն հաջողությամբ կիրառվել է...միկրո և փոքր մասերի ճշգրիտ եռակցում:Չինաստանի լազերային եռակցման տեխնոլոգիան աշխարհի առաջատար մակարդակներից է։ Այն ունի տեխնոլոգիա և հնարավորություն՝ լազերի միջոցով 12 քառակուսի մետրից ավելի մակերեսով բարդ տիտանի համաձուլվածքի բաղադրիչներ ձևավորելու և կիրառվելու է բազմաթիվ ներքին ավիացիոն հետազոտական ​​նախագծերի նախատիպերի և արտադրանքի արտադրության մեջ։ 2013 թվականի հոկտեմբերին չինացի եռակցման մասնագետը արժանացել է Բրուքի մրցանակին, որը եռակցման ոլորտի բարձրագույն ակադեմիական պարգևն է, որը հաստատում է Չինաստանի լազերային եռակցման համաշխարհային մակարդակի մակարդակը։

## Զարգացման պատմություն Աշխարհի առաջին լազերային ճառագայթը ստեղծվել է 1960 թվականին՝ ռուբինային բյուրեղների գրգռման միջոցով՝ լուսարձակող լամպի միջոցով: Բյուրեղի ջերմային հզորությամբ սահմանափակված լինելով՝ այն կարող էր առաջացնել միայն շատ կարճ իմպուլսային ճառագայթներ՝ ցածր հաճախականությամբ: Չնայած ակնթարթային իմպուլսի գագաթնակետային էներգիան կարող էր հասնել մինչև 10^6 վատտ, այն դեռևս պատկանում էր ցածր էներգիայի ելքին: Նեոդիմիումով լեգիրված իտրիում ալյումինե նռնակաձուլ (Nd:YAG) բյուրեղային ձողը, որի գրգռման տարրը նեոդիմիումն է (Nd), կարող է առաջացնել 1-8 կՎտ հզորությամբ անընդհատ միալիքային լազերային ճառագայթ: 1.06 մկմ ալիքի երկարությամբ YAG լազերը կարող է միացվել լազերային մշակման գլխիկին ճկուն օպտիկական մանրաթելի միջոցով, որն առանձնանում է սարքավորումների ճկուն դասավորությամբ և 0.5-6 մմ հաստությամբ աշխատանքային մասերի եռակցման համար պիտանիությամբ: CO₂ լազերը, որն օգտագործում է ածխաթթու գազը որպես գրգռիչ նյութ (10.6 մկմ ալիքի երկարությամբ), կարող է հասնել մինչև 25 կՎտ ելքային էներգիայի և իրականացնել 2 մմ հաստությամբ թիթեղների միակողմանի լիարժեք ներթափանցմամբ եռակցում: Այն լայնորեն օգտագործվել է մետաղամշակման մեջ արդյունաբերական ոլորտում: 1980-ականների կեսերին լազերային եռակցումը, որպես նոր տեխնոլոգիա, լայն ուշադրություն գրավեց Եվրոպայում, ԱՄՆ-ում և Ճապոնիայում: 1985 թվականին ThyssenKrupp Steel AG-ն (Գերմանիա) և Volkswagen AG-ն (Գերմանիա) համագործակցեցին՝ Audi 100-ի թափքի վրա հաջողությամբ ներդնելու աշխարհի առաջին լազերային եռակցված նախշը: 1990-ականներին Եվրոպայի, Հյուսիսային Ամերիկայի և Ճապոնիայի խոշոր ավտոարտադրողները սկսեցին լայնորեն օգտագործել լազերային եռակցված նախշերի տեխնոլոգիան ավտոմեքենաների թափքի արտադրության մեջ: Լաբորատորիաների և ավտոարտադրողների գործնական փորձը ցույց է տվել, որ լազերային եռակցված նախշերը կարող են հաջողությամբ կիրառվել ավտոմեքենաների թափքերի արտադրության մեջ: Լազերային կարի եռակցումը օգտագործում է լազերային էներգիա՝ տարբեր նյութերով, հաստություններով և ծածկույթներով մի քանի պողպատներ, չժանգոտվող պողպատներ, ալյումինե համաձուլվածքներ և այլն ավտոմատ կերպով միացնելու և եռակցելու համար՝ ինտեգրված թիթեղի, պրոֆիլի կամ սենդվիչ վահանակի մեջ: Սա բավարարում է բաղադրիչների տարբեր նյութերի կատարողականության պահանջները և ապահովում է սարքավորումների թեթևություն՝ ամենաթեթև քաշով, օպտիմալ կառուցվածքով և լավագույն կատարողականությամբ: Զարգացած երկրներում, ինչպիսիք են Եվրոպան և Միացյալ Նահանգները,լազերային կարի եռակցումԱյն ոչ միայն օգտագործվում է տրանսպորտային սարքավորումների արտադրության արդյունաբերության մեջ, այլև լայնորեն կիրառվում է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են շինարարությունը, կամուրջները, կենցաղային տեխնիկայի թիթեղների եռակցումը և պողպատե թիթեղների եռակցումը գլանման գծերում (թիթեղների միացում անընդհատ գլանման մեջ): Աշխարհահռչակ լազերային եռակցման ձեռնարկությունների թվում են Soudonic-ը (Շվեյցարիա), ArcelorMittal Group-ը (Ֆրանսիա), ThyssenKrupp TWB-ն (Գերմանիա), Servo-Robot-ը (Կանադա) և Precitec-ը (Գերմանիա): Լազերային եռակցման նախշերի տեխնոլոգիայի կիրառումը Չինաստանում նոր է սկսվել: 2002 թվականի հոկտեմբերի 25-ին պաշտոնապես շահագործման հանձնվեց Չինաստանի առաջին մասնագիտական ​​առևտրային արտադրական գիծը լազերային եռակցման նախշերի համար: Այն ներդրվել է Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding-ի կողմից ThyssenKrupp TWB-ից (Գերմանիա): Ավելի ուշ հաջորդաբար արտադրության մեջ դրվեցին Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd.-ն, FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd.-ն և այլ ձեռնարկություններ: 2003 թվականին արտասահմանյան երկրները իրականացրեցին երկփողանի CO₂ լազերային լցոնիչ մետաղալարերի եռակցումը ևYAG լազերային լցոնիչ մետաղալարերի եռակցումA318 ալյումինե համաձուլվածքից պատրաստված ստորին պատի վահանակային կառուցվածքի համար: Այս տեխնոլոգիան փոխարինեց ավանդական ամրացված կառուցվածքին՝ 20%-ով նվազեցնելով ինքնաթիռի ֆյուզելաժի քաշը և 20%-ով խնայելով ծախսերը: Գոնգ Շուիլին կարծում էր, որ լազերային եռակցման տեխնոլոգիան էական դեր կխաղա Չինաստանի ավանդական ավիացիոն արտադրության արդյունաբերության վերափոխման և արդիականացման գործում: Նա անմիջապես դիմեց մի շարք նախնական հետազոտական ​​նախագծերի, կազմակերպեց հետազոտական ​​խումբ և առաջատար դեր ստանձնեց «երկակի ճառագայթային լազերային եռակցման» տեխնոլոգիայի ներդրման գործում Չինաստանում հետազոտական ​​նախագծերում: Սկզբից նա պլանավորում էր կիրառել այս տեխնոլոգիան ինքնաթիռների արտադրության մեջ: Չինացի փորձագետների թիմը նախնական տեխնոլոգիան ներկայացրեց ինքնաթիռների նախագծման ինստիտուտին և գովազդեց կրկնակի ճառագայթային լազերային եռակցման առավելություններն ու իրագործելիությունը: Բազմաթիվ ստուգումներից և գնահատումներից հետո նախագծման ինստիտուտը որոշեց կիրառել այս տեխնոլոգիան որոշակի ինքնաթիռի համար կողավոր պատի վահանակների արտադրության մեջ՝ հասնելով ինքնաթիռների արտադրության մեջ «երկակի ճառագայթային լազերային եռակցման» տեխնոլոգիան կիրառելու սկզբնական նպատակին: Այն խախտեց այնպիսի հիմնական տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են թեթև համաձուլվածքների լազերային եռակցման լցոնիչ մետաղալարի ճշգրիտ կառավարումը, մշակեց ինտեգրված և նորարարական երկճառագայթ լազերային լցոնիչ մետաղալարի հիբրիդային եռակցման սարք, ստեղծեց Չինաստանի առաջին բարձր հզորության երկճառագայթ լազերային լցոնիչ մետաղալարի եռակցման հարթակը, իրականացրեց T-աձև միացումների երկճառագայթային և երկկողմանի համաժամանակյա եռակցումը մեծ բարակ պատերով կառուցվածքներում և առաջին անգամ հաջողությամբ կիրառեց այն ավիացիոն կողավոր պատի վահանակների հիմնական կառուցվածքային մասերի եռակցման արտադրության մեջ՝ կարևոր դեր խաղալով Չինաստանի նոր ինքնաթիռների մշակման գործում: 2003 թվականին HG Laser-ի կողմից տրամադրված առաջին տեղական խոշորածավալ առցանց շերտավոր եռակցման սարքավորումների ամբողջական հավաքածուն անցավ անցանց հաստատման փուլ: Այս սարքավորումները ինտեգրում են լազերային կտրումը, եռակցումը և ջերմային մշակումը, ինչը HG Laser-ը դարձնում է աշխարհի չորրորդ ձեռնարկություններից մեկը, որը կարող է արտադրել նման սարքավորումներ: 2004 թվականին HG Laser Farley Laserlab-ի «Բարձր հզորության լազերային կտրում, եռակցում և համակցված կտրում-եռակցման մշակման տեխնոլոգիա և սարքավորումներ» նախագիծը արժանացավ Ազգային գիտության և տեխնոլոգիական առաջընթացի մրցանակի երկրորդ մրցանակին, դարձնելով այն Չինաստանում միակ լազերային ձեռնարկությունը, որն ունի այս տեխնոլոգիայի և սարքավորումների հետազոտությունների և զարգացման հնարավորություններ: Արդյունաբերական լազերային արդյունաբերության արագ զարգացման հետ մեկտեղ, շուկան ավելի բարձր պահանջներ է առաջ քաշել լազերային մշակման տեխնոլոգիայի նկատմամբ: Լազերային տեխնոլոգիան աստիճանաբար անցում է կատարել միակողմանի կիրառությունից դեպի բազմազան կիրառություններ: Լազերային մշակման առումով այն այլևս չի սահմանափակվում միայն մեկ կտրմամբ կամ եռակցմամբ: Կտրումը և եռակցումը համատեղող ինտեգրված լազերային մշակման սարքավորումների շուկայական պահանջարկը մեծանում է, և այդպիսով ի հայտ են եկել ինտեգրված լազերային կտրման և եռակցման սարքավորումներ: HG Laser Farley Laserlab-ը մշակել է Walc9030 ինտեգրված կտրման և եռակցման մեքենան՝ 9×3 մետր գերմեծ ֆորմատով, որը ներկայումս աշխարհի ամենամեծ ֆորմատի ինտեգրված լազերային կտրման և եռակցման սարքավորումն է: Walc9030-ը մեծ ֆորմատի կտրման և եռակցման սարքավորում է, որը ինտեգրում է...լազերային կտրման և լազերային եռակցման գործառույթներԱյն հագեցած է պրոֆեսիոնալ կտրող գլխիկով և եռակցման գլխիկով, և երկու մշակման գլխիկները կիսում են մեկ ճառագայթ: Թվային կառավարման տեխնոլոգիան ապահովում է, որ դրանք չխանգարեն միմյանց: Սարքավորումը կարող է միաժամանակ կատարել երկու գործընթաց, որոնք պահանջում են կտրում և եռակցում: Այն կարող է ազատորեն անցնել «նախ կտրել, ապա եռակցել» կամ «նախ եռակցել, ապա կտրել» միջև՝ մեկ սարքավորմամբ իրականացնելով և՛ լազերային կտրման, և՛ եռակցման գործառույթները՝ առանց լրացուցիչ սարքավորումների անհրաժեշտության: Սա խնայում է սարքավորումների ծախսերը կիրառման արտադրողների համար, բարելավում է մշակման արդյունավետությունը և մշակման շրջանակը: Ավելին, կտրման և եռակցման ինտեգրման շնորհիվ մշակման ճշգրտությունը լիովին երաշխավորված է, և սարքավորումների աշխատանքը արդյունավետ և կայուն է: Բացի այդ, այն հաղթահարել է թիթեղների ջերմային դեֆորմացիայի դժվարությունները գերմեծ թիթեղների կարի եռակցման ընթացքում և գերերկար թռչող օպտիկական ուղիների կայուն իրականացումը: Այն կարող է միաժամանակ եռակցել 6 մետր երկարությամբ և 1.5 մետր լայնությամբ երկու հարթ թիթեղ, և եռակցված մակերեսը հարթ և հարթ է առանց լրացուցիչ հետմշակման: Միևնույն ժամանակ, այն կարող է կտրել 3 մետր լայնությամբ, 6 մետրից ավելի երկարությամբ և 20 մմ-ից պակաս հաստությամբ թիթեղներ մեկ ձևավորման գործընթացում՝ առանց երկրորդային դիրքավորման: Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայի Շենյանի ավտոմատացման ինստիտուտը միջազգային համագործակցություն է իրականացրել IHI կորպորացիայի (Ճապոնիա) հետ։ Հետևելով «ներդրում, մարսողություն, կլանում և վերաինովացիա» ազգային գիտատեխնիկական զարգացման ռազմավարությանը, այն հաղթահարել է մի քանի հիմնական տեխնոլոգիաներ։լազերային կարի եռակցում, 2006 թվականի սեպտեմբերին մշակեց Չինաստանի առաջին ամբողջական լազերային կարի եռակցման արտադրական գծերի հավաքածուն և հաջողությամբ մշակեց ռոբոտացված լազերային եռակցման համակարգ, որն իրականացնում էր հարթ և տարածական կորերի լազերային եռակցում: 2013 թվականի հոկտեմբերին չինացի եռակցման մասնագետը արժանացավ Բրուքի մրցանակին, որը եռակցման ոլորտի ամենաբարձր ակադեմիական պարգևն է: Եռակցման ինստիտուտը (TWI, Մեծ Բրիտանիա) ամեն տարի առաջարկում և առաջադրում է թեկնածուներ ավելի քան 120 երկրների ավելի քան 4000 անդամ միավորներից և, վերջապես, այս մրցանակը շնորհում է մեկ մասնագետի՝ եռակցման կամ միացման գիտության և տեխնոլոգիայի, ինչպես նաև դրա արդյունաբերական կիրառման մեջ նրանց ունեցած ակնառու ներդրման համար: Այս մրցանակը ոչ միայն Գոնգ Շուիլիի և նրա թիմի ճանաչումն է, այլև AVIC-ի դերի հաստատումը նյութերի միացման տեխնոլոգիայի առաջընթացը խթանելու գործում:

## Կառուցվածքային պարամետրեր

### Աշխատանքային սարքավորումներ Այն կազմված է օպտիկական տատանիչից և միջավայրից, որը տեղադրված է տատանիչի խոռոչի երկու ծայրերում գտնվող հայելիների միջև: Երբ միջավայրը գրգռվում է մինչև բարձր էներգիայի վիճակ, այն սկսում է առաջացնել համափուլ լուսային ալիքներ, որոնք անդրադարձվում են երկու ծայրերում գտնվող հայելիների միջև՝ ձևավորելով ֆոտոէլեկտրական միացման էֆեկտ: Սա ուժեղացնում է լուսային ալիքները, և երբ ստացվում է բավարար էներգիա, ճառագայթվում է լազերը: Լազերը կարող է նաև սահմանվել որպես սարք, որը փոխակերպում է առաջնային էներգիայի աղբյուրները, ինչպիսիք են էլեկտրական էներգիան, քիմիական էներգիան, ջերմային էներգիան, լուսային էներգիան կամ միջուկային էներգիան, որոշակի օպտիկական հաճախականությունների էլեկտրամագնիսական ճառագայթման փնջերի (ուլտրամանուշակագույն լույս, տեսանելի լույս կամ ինֆրակարմիր լույս): Այս փոխակերպումը կարող է հեշտությամբ իրականացվել որոշակի պինդ, հեղուկ կամ գազային միջավայրերում: Երբ այս միջավայրերը գրգռվում են ատոմների կամ մոլեկուլների տեսքով, դրանք առաջացնում են գրեթե նույն փուլով և գրեթե մեկ ալիքի երկարությամբ լուսային փնջ՝ լազեր: Իր համափուլ հատկության և մեկ ալիքի երկարության շնորհիվ, դիվերգենցիայի անկյունը շատ փոքր է, և այն կարող է փոխանցվել մեծ հեռավորության վրա, նախքան բարձր կենտրոնացում ստանալը՝ եռակցման, կտրման և ջերմային մշակման նման գործառույթներ ապահովելու համար: ### Լազերների դասակարգում Եռակցման համար օգտագործվում են հիմնականում երկու տեսակի լազերներ՝ CO₂ լազերներ և Nd:YAG լազերներ: CO₂ լազերները և Nd:YAG լազերները անզեն աչքի համար անտեսանելի ինֆրակարմիր լույս են: Nd:YAG լազերի կողմից առաջացած ճառագայթը հիմնականում մոտ ինֆրակարմիր լույս է՝ 1.06 մկմ ալիքի երկարությամբ: Ջերմահաղորդիչներն ունեն համեմատաբար բարձր կլանման մակարդակ այս ալիքի երկարության լույսի համար, և մետաղների մեծ մասի համար անդրադարձունակությունը կազմում է 20%-30%: Մոտ ինֆրակարմիր ճառագայթը կարող է կենտրոնացվել 0.25 մմ տրամագծով՝ օգտագործելով ստանդարտ օպտիկական ոսպնյակներ: CO₂ լազերի ճառագայթը հեռավոր ինֆրակարմիր լույս է՝ 10.6 մկմ ալիքի երկարությամբ: Մետաղների մեծ մասը այս տեսակի լույսի համար ունի 80%-90% անդրադարձունակություն, ուստի անհրաժեշտ են հատուկ օպտիկական ոսպնյակներ՝ ճառագայթը 0.75-1.0 մմ տրամագծով կենտրոնացնելու համար: Nd:YAG լազերների հզորությունը սովորաբար կարող է հասնել մոտ 4,000-6,000 Վտ-ի, իսկ առավելագույն հզորությունն այժմ հասել է 10,000 Վտ-ի: Ի տարբերություն դրա, CO₂ լազերների հզորությունը կարող է հեշտությամբ հասնել 20,000 Վտ-ի կամ նույնիսկ ավելի բարձրի: Բարձր հզորության CO₂ լազերները լուծում են բարձր անդրադարձունակության խնդիրը՝ «խողովակի անցքի» էֆեկտի միջոցով: Երբ լույսի բծով ճառագայթված նյութի մակերեսը հալվում է, առաջանում է «խողովակի անցք»: Այս «խողովակի անցքը», որը լցված է գոլորշով, նման է սև մարմնի, որը կլանում է ընկնող լույսի գրեթե ամբողջ էներգիան: Խողովակի ներսում հավասարակշռության ջերմաստիճանը հասնում է մոտ 25,000°C-ի, և անդրադարձունակությունը արագորեն նվազում է մի քանի միկրովայրկյանների ընթացքում: Չնայած CO₂ լազերների զարգացման ուշադրության կենտրոնում դեռևս սարքավորումների մշակումն ու հետազոտությունն են, այլևս խոսքը առավելագույն ելքային հզորության բարձրացման մասին չէ, այլ ճառագայթի որակի և դրա կենտրոնացման կատարողականի բարելավման մասին: Բացի այդ, երբ արգոնն օգտագործվում է որպես պաշտպանիչ գազ CO₂ լազերային եռակցման համար՝ 10 կՎտ-ից բարձր հզորությամբ, այն հաճախ առաջացնում է ուժեղ պլազմա, որը նվազեցնում է ներթափանցման խորությունը: Հետևաբար, հելիումը, որը պլազմա չի առաջացնում, հաճախ օգտագործվում է որպես պաշտպանիչ գազ բարձր հզորության CO₂ լազերային եռակցման համար: Դիոդային լազերային համակցությունների կիրառումը բարձր հզորության Nd:YAG բյուրեղների գրգռման համար կարևոր հետազոտությունների և զարգացման թեմա է, որը զգալիորեն կբարելավի լազերային ճառագայթների որակը և կստեղծի ավելի արդյունավետ լազերային մշակում: Մոտ-ինֆրակարմիր տիրույթում լազերներ գրգռելու և արտանետելու համար ուղիղ դիոդային զանգվածների օգտագործումը հասել է միջինում 1 կՎտ հզորության և գրեթե 50% ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման արդյունավետության: Դիոդներն ունեն նաև ավելի երկար ծառայության ժամկետ (10,000 ժամ), ինչը օգնում է նվազեցնել լազերային սարքավորումների սպասարկման ծախսերը: Դիոդային պոմպով պինդ վիճակի լազերային (DPSSL) սարքավորումների մշակումը նույնպես առաջընթաց է ապրում: