Mikä on lasersulatus? Miten se toimii, missä se ylittää muut menetelmät ja miksi hitsaus voi epäonnistua

Mikä on lasersulattaminen yksinkertaisella kielellä?

Mikä on lasersulattaminen? Yksinkertaisissa termeissä se on liitosmenetelmä, jossa käytetään erinomaisen tarkkaan pisteeseen keskitettyä valonsädettä metallin sulattamiseen juuri siinä kohdassa, jossa kaksi osaa kohtaavat. Kun tämä pieni sulamisalue jäähtyy, osat yhdistyvät yhdeksi liitokseksi. Sitä voi myös kutsua laserhitsaus tai ihmetellä, mikä on lasersädesulattaminen . Käytännössä nämä termit viittaavat samaan perusajatukseen.

Lasersulattaminen yhdistää materiaaleja keskittämällä lasersäteen energian erinomaisen pienelle alueelle, mikä luo ohjatun sulamisalueen tarkalla lämmöntuotolla.

Mikä lasersulattaminen tarkoittaa

Toisin kuin laajemmat hitsaustyyppiluokat, jotka kuvaavat useita eri lämmönlähteitä, lasersulattaminen määritellään lämmönlähteenään: tarkasti keskitetyn lasersäteen. laserhitsauslaite se voi olla osa suurta automatisoitua solua tai käsikäyttöistä yksikköä, mutta perusperiaate pysyy samana. Säde tuottaa energiaa ilman fyysistä kontaktia, sulattaa kapean alueen liitoksen kohdalla ja antaa materiaalin kovettua hitsiksi.

• Se on kontaktiton hitsausmenetelmä.
• Se keskittää lämmön erinomaisen pienelle alueelle.
• Se tuottaa tyypillisesti kapeita hitsausnauloja ja rajoitetun lämpövaikutusalueen.
• Sitä voidaan käyttää täyteaineena joissakin tapauksissa, mutta ei aina.
• Se soveltuu usein hyvin tarkkaan ja toistettavaan tuotantotyöhön.

Kuinka lasersädehitsaus eroaa muista liitosmenetelmistä

Ihmiset sekoittavat joskus lasersädehitsauksen lasersädeleikkaukseen, mutta ne eivät ole sama tehtävä. Leikkaus erottaa materiaalia. Hitsaus yhdistää sitä. Se eroaa myös kaarimenetelmistä, kuten MIG- tai TIG-hitsauksesta, joissa lämmön lähde on sähkökaari eikä keskitetty valo. Tämä ero on syynä siihen, miksi lasersädehitsaukset liitetään usein hienompiin saumoihin, tarkempaan lämmönhallintaan ja suurempaan herkkyyteen osien asennuksen tarkkuudelle.

Miksi valmistajat käyttävät lasersulattusta

Valmistajat tarkastelevat tätä prosessia, kun he tarvitsevat tarkkuutta, puhtaita saumageometrioita ja laitteita, jotka integroituvat hyvin automaatioon. Xometry mainitsee sen käytön teollisuuden aloilla, kuten autoteollisuudessa, ilmailussa, lääketieteessä ja elektroniikassa, joissa toistettavuus ja ohjattu lämmöntuotto ovat tärkeitä. Jos olet koskaan kysynyt, mikä on lasersulattin , käytännöllinen vastaus on yksinkertainen: se on järjestelmä, joka tuottaa, ohjaa ja säätää kyseistä keskitettyä sädekäyrää. Todellinen tarina kuitenkin kertoo siitä, kuinka tuo säde muuttaa valon vakaaan sulamisaltaaseen ja sitten valmiiksi sulatukseksi.

Kuinka lasersulatus toimii vaiheittain?

Tämä muutos keskitetystä valosta valmiiksi liitokseksi tapahtuu erinomaisen nopeassa järjestyksessä. Jos kysyt, kuinka laserhilaus toimii tai kuinka lasersädesulatus toimii , lyhyt vastaus on seuraava: lasersäteen lähde tuottaa säteen, optiikka keskittää sen liitokseen, metalli absorboi energian, sulamisaltaaseen muodostuu ja tämä altaas kovettuu liikkuvan säteen takana muodostaen sulatuksen. Täysi laserhitsausprosessi tulee paljon helpommin seurattavaa, kun tarkastelee sitä vaihe vaiheelta.

Laserlähteestä kohdistettuun säteeseen

Käytännöllinen tapa vastata kuinka laserivetykone toimii on jakaa järjestelmä kolmeen tehtävään: säteen tuottaminen, säteen toimittaminen ja liitoksen kohdalla tapahtuvan prosessin ohjaaminen. Laserhitsaustekniikassa laserhitsausprosessi , nämä tehtävät yleensä toteutuvat seuraavasti:

1. Laserlähde tuottaa säteen. Yleisiä teollisia lähteitä ovat kuitulaserit, CO2-laserit ja kiinteän aineen laserit.
2. Säde toimitetaan hitsauspäähän. Peilit, linssit ja muut optiset komponentit ohjaavat sitä työalueelle.
3. Keskittävät optiikat kutistavat säteen erinomaisen pieneksi pisteeksi. Energian keskittäminen hyvin pienelle alueelle mahdollistaa hitsaamisen.
4. Osat valmistellaan ja asetetaan oikeaan asemaan. Kiinnityslaitteet tai automatisoidut järjestelmät pitävät liitosta oikeassa asemassa, jotta säde osuu saumalle tarkasti.
5. Suojakaasu suojaan hitsausalueen. Kaasut, kuten argon tai helium, auttavat pitämään sulametallin puhtaampana rajoittamalla hapettumista ja saastumista.
6. Metalli absorboi laserenergian. Pinnan lämpötila nousee nopeasti liitosviivalla ja saavuttaa sulamislämpötilan.
7. Muodostuu sulamakupla, joka etenee. Kun säde tai työkappale liikkuu, kupla seuraa saumaa ja yhdistää kaksi reunaa.
8. Hitsausjäähdytyy. Kun säde etenee, sulan metallin lämpötila laskee ja se jähmtyy valmiiksi liitokseksi.

Kuinka sulamisalue muodostuu ja jähmtyy

Sulamisalue on prosessin ydin. Se on pieni, tarkasti ohjattava ja lyhytikäinen. Kun säde osuu liitokseen, absorboitu valo muuttuu lämmöksi. Tämä lämpö sulattaa perusmetallin täsmälleen siinä kohdassa, jossa osat kohtaavat toisensa. Monissa sovelluksissa ei tarvita täyttemetallia, joten itse perusmateriaalit muodostavat hitsauksen. Kun säde etenee, sulamisalueen etupää jatkaa uuden materiaalin sulattamista, kun taas sulamisalueen takapää jäähtyy ja jähmtyy. Siksi prosessi voi tuottaa kapeita saumoja tarkasti paikallisoidulla lämmöllä verrattuna laajempiin lämmönlähteisiin.

Tässä ovat tärkeitä puhdas pinnoitus, vakaa liitoksen asennus ja tasainen liike. Pienikin muutos välistä, polttovälistä tai etenemisnopeudesta vaikuttaa sulamisalueen käyttäytymiseen, mikä on yksi syy siihen, miksi lBW-hitsausprosessi tunnetaan tarkkuudestaan, mutta myös asennuksen herkkyydestä.

Johtumistila ja avainreikätila selitetään

Johtumis hitsausten on tyypillisesti pintamaisia ja leveämpiä, kun taas avainreikähitsausten on syvempiä ja kapeampia, koska korkeampi energiatiukkuus avaa metalliin höyryllä täytetyn kaventuman.

Tässä vaiheessa miten laserliimaus toimii tekniikan puoli alkaa olla merkityksellinen. EWI määrittelee tehotiukkuuden laserin tehoksi jaettuna keskitetyn pisteen pinta-alalla. Alhaisemmassa tehotiukkuudessa lämpö johtuu pääasiassa pinnasta materiaaliin, mikä luo leveämmän ja pintamaisemman hitsausliitoksen. Korkeammassa tehotiukkuudessa metalli voi höyrystyä ja muodostaa pieniä kaventumia, joita kutsutaan avainrei'iksi, ja jotka mahdollistavat energian etenemisen syvemmälle liitokseen.

Yksityiskohtaisempaa ohjeistusta AMADA WELD TECH asettaa johtavuustilan noin 0,5 MW/cm²:n tasolle, siirtymäalueen noin 1 MW/cm²:n tasolle ja avainreikätilan noin 1,5 MW/cm²:n yläpuolelle. Yksinkertaisemmin sanottuna energiatiukkuuden lisääminen lisää yleensä tunkeutumista ja muuttaa hitsauskuplan muotoa pintallisesta ja leveästä syvään ja kapeaan. Kulku- eli etenemisnopeus vaikuttaa myös tulokseen. Korkeampi nopeus vähentää voimakkaasti hitsauslevyyttä ja voi vähentää myös tunkeutumista, erityisesti jos säde ei enää pysty pitämään sulamisaltaa vakaina.

Järjestys pysyy samana, mutta sen luomistapa voi vaihdella huomattavasti riippuen lasersourcemallista, säteen siirtotavasta sekä siitä, onko järjestelmä suunniteltu käsin pidettäväksi työkaluksi vai täysautomaatioon.

Laserhitsauskoneet, lähteet ja säteen siirto

Tämä vaihtelu alkaa itse lähteestä. Kun ihmiset vertailevat laserhitsauskone , he vertailevat yleensä enemmän kuin pelkkää tehoa. He vertailevat, miten säde muodostetaan, miten se ohjataan liitokseen ja kuinka helposti laitteisto soveltuu todelliseen tuotantoon. Nämä valinnat vaikuttavat absorptioon, huoltotarpeisiin, automaatio- mahdollisuuksiin ja päivittäiseen joustavuuteen tuotantotilassa.

Kuitulaserit, CO2-laserit ja kiinteän tilan laserlähteet

A nykyaikaisen lasersulattus hitsauksen (LBW) tarkastelu selittää, että kiinteän tilan lähteet, kuten kuitu-, levy-, diodi- ja Nd:YAG-laserit, käyttävät paljon lyhyempiä aallonpituuksia kuin CO2-laserit. Käytännössä tämä merkitsee kahta suurta asiaa. Ensinnäkin lyhyempiä aallonpituuksia käyttävät kiinteän tilan säteet absorboituvat yleensä paremmin moniin metalleihin kuin CO2-säteet. Toiseksi nämä säteet voidaan ohjata joustavien optisten kuitujen kautta, mikä on merkittävä etu etäpäiden, robottien ja tiukkojen asettelujen kanssa. Siksi kuitulaserhitsaus on niin läheisesti yhdistetty automaatioon.

Sama arvostelu huomauttaa, että alumiini ja kupari heijastavat laserenergiaa voimakkaasti, joten heijastavat materiaalit ovat edelleen haastavia. CO2-laserhitsaus näihin tehtäviin. Erillinen kuitu- ja CO2-laserien vertailu kuvaa myös kuitulaserjärjestelmiä tiukemmin rakennettuina ja yleensä vähemmän huoltoa vaativina, kun taas CO2-järjestelmät vaativat yleensä enemmän tilaa, energiaa ja huoltoa.

Käsikäyttöiset järjestelmät ja automatisoidut solut

Lähteen tyyppi on vain puolet tarinasta. Järjestelmän muoto vaikuttaa siihen, miten prosessia käytetään. kuitulaserhitsauslaite käsikäyttöinen laite on tyypillisesti tarkoitettu korjaustyöhön, epäsäännöllisiin saumoihin, prototyyppeihin, lyhyille tuotantosarjoille ja tehtäviin, joissa nopea käynnistys on tärkeää. Käsikäyttöisen ja robottimaisen laitteen vertailu kuvailee käsikäyttöisiä yksiköitä joustaviksi, helppokäyttöisiksi ja hyödyllisiksi kapeissa tai vaikeapääsyisissä paikoissa.

Automoitettu laserhitsausjärjestelmät robottimaiset järjestelmät on suunniteltu eri tahtiin. Ne perustuvat ohjelmoituun liikeradallaan, kiinnityslaitteisiin, antureihin ja turvakotelointiin, jotta ne tuottaisivat toistettavia hitsauksia useilla kierroksilla. Koska kuituoptinen laserhitsaus lasertutkinta voi lähettää säteen joustavassa kaapelissa robottiin kiinnitettyyn päätyyn, se sopii erinomaisesti robottituotantoon. Sen sijaan peilillä ohjattavat CO2-järjestelmät ovat vähemmän käytännöllisiä, kun säteen kulku täytyy kiertää vilkkaassa tuotantosolussa.

Miten laitteiden valinta vaikuttaa hitsaustulokseen

Erilainen laserhitsauskoneet voi aiheuttaa hyvin erilaisia hitsauskäyttäytymisiä jo ennen kuin asetuksia on säädetty. Käsikäyttöinen työkalu voi tarjota paremman pääsyn vaikeaan liitokseen. Automaattinen solu voi pitää polkua ja etäisyyttä työkappaleesta tarkemmin vakiona. Tiukka kuitulaserjärjestelmä voi yksinkertaistaa robottiyhdistämistä, kun taas suurempi CO2-järjestelmä vaatii enemmän tilasuunnittelua ja huoltoa. Toisin sanoen laitteiston valinta ei itsestään takaa hitsausten laatua, mutta se määrittelee rajat sille, mitä prosessi voi tehdä luotettavasti. Nämä rajat tulevat näkyviin seuraavassa päätöksenteon tasolla: teho, pistekoko, polttoväli, nopeus, kaasukattavuus ja liitoksen tarkkuus.

Laserhitsausta vaikututtavat asetukset, jotka muovaavat hitsausten laatua

Laitteisto luo mahdollisuudet. Asetukset ratkaisevat, toteutuvatko nämä mahdollisuudet luotettavana liitoksena. Jos ihmettelet onko laserhitsaus vahva , käytännöllinen vastaus on kyllä, kun asetukset tuottavat täyden sulautuman ja välttävät virheitä. Toisin sanoen, laserhitsauksen vahvuus johtuu säännellystä energiasta, vakaoista liitosolosuhteista ja puhtaasta prosessin noudattamisesta, ei pelkästään säteen nimimestä.

Tehopisteen koko ja polttoväli

Teho on laserenergian määrä, joka on saatavilla liitoksen sulattamiseen. Spot-koko on, kuinka tiukasti kyseinen energia on keskitetty. Polttovajan Asema on pienimmän ja voimakkaimmin intensiivisen säteen osan sijainti työpinnan suhteen. LBW-tarkastelussa , polttovälin siirtäminen ylös- tai alaspäin optimaalisesta sijainnista vähentää todellista tehotiukkuutta, muuttaa saumakuvion muotoa, laajentaa hitsausta ja vähentää läpikuoppausta. Siksi kaksi samankaltaista tehoa käyttävää asetelmaa voi tuottaa erilaisia laserhitsausten läpikuoppauksia .

Sädemoodi on myös tärkeä. Pääasiallisten laserhitsaustyyppejä , johtotilassa käytetään alhaisempaa energiatiukkuutta, mikä johtaa yleensä syvempiin ja leveämpiin hitsauksiin. Avainreikähitsaus käyttää korkeampaa energiatiukkuutta syvemmän ja kapeamman sulamisen aikaansaamiseen. Laserax-opas selittää myös, miksi pistekoko on niin herkkä säädin: pienempi pistekoko lisää intensiteettiä ja tunkeutumissyvyyttä, mutta se vaatii myös tarkemman sijoituksen ja liitoksen tarkkuuden. Suurempi pistekoko jakaa lämmön laajemmalle alueelle, mikä voi auttaa joissakin liitosolosuhteissa, mutta vähentää yleensä tunkeutumissyvyyttä.

Matkustusnopeus, suojakaasu ja liitoksen tarkkuus

Matkan nopeus säätävät sitä, kuinka kauan säde pysyy sauman jokaisen osan yläpuolella. Samassa arviossa huomautetaan, että vakion tehon säilyttäminen ja nopeuden kasvattaminen tekee hitsauksesta kapeamman ja yleensä pinnallisemman. Liiallinen nopeuden nosto aiheuttaa riskin riittämättömästä tunkeutumisesta tai sulamisesta. Liian hitaalla nopeudella lämpö kertyy, mikä lisää hitsauskuplan leveyttä, vääntymisriskiä, laskeutumista tai läpikuultavuutta.

Suojakaasu suojaa sulan kylvöalueen ja auttaa hallitsemaan plasma-uton. Sekä Laseraxin ohje että GWK:n vianmääritysohje yhdistävät heikkoa kaasukattavuutta hapettumiseen, huokoisuuteen ja epävakaaseen hitsaukseen. Liian vähän kaasua mahdollistaa saastumisen. Liian paljon kaasua voi aiheuttaa turbulenssia tai häiritä kylvöaluetta, jos suutin on huonosti suunnattu.

Liitoksen tarkkuus tarkoittaa sitä, kuinka tiukasti osat ovat kiinni toisissaan. Kiinnitys pitää ne paikoillaan. Pinnan puhdas peittää hapokset, öljy, ruoste, maali, kalkki ja kosteus. Nämä kuulostavat perusasioilta, mutta laserhiljaisen teknologia ei ole tässä kovin suvaitseva. Laseraxin materiaalinotaatiot mainitsevat yleisen päällekkäisliitoksen säännön, jonka mukaan sallittu välys on noin 10–20 prosenttia ohuemman levyn paksuudesta, ja monissa sovelluksissa välyksen hallinta saattaa vaatia, että välys pysyy alle 0,1 mm:n. Likaiset tai avoimet liitokset aiheuttavat usein samat ongelmat, joita käyttäjät yrittävät ratkaista muuttamalla tehoa.

Miten asennusvalinnat vaikuttavat läpikuultavuuteen ja hitsauskuplan laatuun

• Varmista, että liitos on puhtaasti ja kuivaa ennen ensimmäistä kiinnityshitsausta tai hitsauskierrosta.
• Tarkista liitoksen välys ja kiinnityspaine ennen tehon muuttamista.
• Varmista fokussoidun säteen sijainti ja suuttimen suuntaus todellisessa hitsauspaikassa.
• Muuta yhtä muuttujaa kerrallaan säädön tai vianetsinnän aikana.
• Vahvista tulokset leikkausosien, vedotestien tai muiden tarkastusmenetelmien avulla.

Se on todellinen taustalla oleva malli laserhiljaisen teknologia : jokainen asetus muuttaa sulan kylvyn kokoa, syvyyttä ja vakautta, ja muuttujat vaikuttavat toisiinsa. Resepti, joka toimii erinomaisesti yhdellä seoksella, voi käyttäytyä hyvin eri tavoin toisella, mikä onkin täsmälleen syy, miksi materiaalin valinta ansaitsee omat tarkat tarkastelunsa.

Laserhitsausta metallien ja liitosten sovituksen opas

Materiaali muuttaa kaiken. Asetelma, joka toimii moitteettomasti teräksellä, voi epäonnistua kuparilla, ja äskettäin tehdyssä päästä-päähän-liitoksessa voi esiintyä hajoamista, jos sama materiaali vaihdetaan löyhäksi päällekkäisliitokseksi. Siksi metallin valintaa, pinnan tilaa ja sovitusta on arvioitava yhdessä. Laserhitsauksessa tärkeimmät materiaalikysymykset ovat yksinkertaisia: kuinka hyvin metalli absorboi lasersäteen, kuinka nopeasti se johtaa lämpöä pois, kuinka herkkä se on saastumiselle ja mitä tapahtuu, jos liitosväli aukeaa?

Ruostumaton teräs ja hiiliteräs

Rustumaton teräs on yleensä yksi helpoimmista materiaaleista hitsata laserilla. Arkipäiväisessä valmistuksessa laserhitsaus rustumattomalle teräkselle on arvostettua, koska keskitetty lämpö voi rajoittaa vääntymiä levyissä, putkissa ja tarkkuusosissa. Kompromissi on kuitenkin se, että rustumaton teräs reagoi edelleen huonoon suojaukseen ja likaisiin pintoihin. Pohjapinnan hapettuminen, värjäytyminen ja korroosionkestävyyden heikkeneminen voivat esiintyä, jos lämmön säätö tai kaasukattavuus heikkenee.

Hiiliteräs on myös hyvä vaihtoehto. Se yleensä absorboi laserenergiaa paremmin kuin erittäin heijastavat metallit, joten prosessin vakaus on usein helpommin saavutettavissa. Ohuemmissa osissa pienempi lämpöteho voi auttaa vähentämään läpisyöntiä ja uudelleenmuokkausta verrattuna laajempiin kaariprosesseihin. Silti hiiliteräs ei siedä liian suuria välejä. Saastuminen, jäänyt kaasu ja epätasainen reunaehto voivat edelleen aiheuttaa huokosuutta tai liitoksen puutetta.

Alumiini, kupari ja titaani

Alumiini ja kupari ovat vaativampia, koska molemmat heijastavat suuren osan saapuvasta laserenergiasta ja johtavat lämmön pois nopeasti. Julkaistu heijastavuustiedot tyypillisille infrapunasäteilyn aallonpituuksille asettavat kuparin arvon lähelle 0,99 ja alumiinin lähelle 0,91, mikä on huomattavasti rautaa ja titaania korkeampi. Siksi laseralumiininhitsaus vaatii yleensä tarkempaa prosessin säätöä kuin teräksen hitsaus. Pintaoxidit, öljyt ja kosteus vaikuttavat enemmän, ja vetyyn liittyvä huokosuus muodostuu todelliseksi huolenaiheeksi. Työpajoille, jotka hitsaavat 6061-alumiinia , huolellinen puhdistus, osien sovitus ja säteen ohjaus ovat yleensä yhtä tärkeitä kuin raakateho.

Kupari lisää toisen haasteen, koska se johtaa lämmön pois niin nopeasti, että hitsausta ei välttämättä saada alkuun vakaudella. Täsmällinen keskittäminen ja vakaa sijoittuminen ovat ratkaisevan tärkeitä. Titaani sijaitsee ongelman kartan vastakkaisessa päässä. Se absorboi laserenergiaa melko hyvin, joten titaanin lasersoldaaminen kykenee tuottamaan tarkkoja hitsausliitoksia pienellä kuumennetulla alueella. Ongelmana on kuitenkin reaktiivisuus. Kuuma titaani imee helposti happiksi, typpeksi ja vedyksi, joten suojauksen laatu täytyy pysyä erinomaisena, muuten hitsausliitos voi haurastua nopeasti.

Eri materiaalien liitosten suunnittelu ja täyteaineiden valinta

Sinkittyä terästä voidaan hitsata, mutta sinkkipinnoite muuttaa sääntöjä. Sinkki sulaa ja haihtuu ennen kuin alapuolinen teräs, mikä voi aiheuttaa höyryjä, huokoisuutta, oksideinklusoioita ja pinnoitteen menetystä. Huomautukset sinkityn teräksen hitsaamisesta osoittavat myös, miksi prosessi-ikkunat riippuvat voimakkaasti paksuudesta ja asennuksesta. Julkaistut käsin pidettävän laitteiston esimerkit keskittyvät usein noin 1–2 mm paksuisiin levyihin, kun taas korkeatehoisilla yksittäisillä hitsauskierroksilla voidaan tietyissä olosuhteissa saavuttaa noin 5–6 mm paksuus. Käytännössä päällekkäiset liitokset pinnoitetulla levyllä vaativat erityistä huolellisuutta, koska höyry voi jäädä jumiin liitoksen väliin.

Eri materiaalien liitokset vaativat vielä suurempaa varovaisuutta. Jos kysyt, voiko hiiliterästä hitsata ruostumattomaan teräkseen , käytännöllinen vastaus on joskus kyllä, mutta metallurgiaa ja seostumista on hallittava huolellisesti, ja täyteaine voi olla hyödyllinen. Jos kysymys on voiko titaania hitsata teräksen kanssa , kyseessä on paljon vaikeampi tapaus, koska hauraita välismetallisia yhdisteitä muodostuu helposti. Sama varovaisuus koskee alumiinin laserhitsausta teräkseen . Nämä yhdistelmät saattavat vaatia täyteainetta, siirtokerroksia, pinnoitteita tai jopa eri prosessia, kuten laserpinnoitusta sen sijaan, että suoraa sulamishitsausta käytettäisiin.

Liitoksen geometria on yhtä tärkeää kuin kemiallinen koostumus. Liitoksen suunnittelua koskevat ohjeet suosivat yleensä päästä-päähän -liitosta selkeän läpäisyn saavuttamiseksi, kun taas päällystysliitokset, reuna- ja T-liitokset asettavat suurempaa painetta säteen saavutettavuudelle, puristimille ja välyksen hallinnalle. Laserhitsaus soveltuu monien metallien liittämiseen hyvin, mutta se edellyttää tiukkoja reunavia, puhtaita pintoja ja suunnittelua, joka ei vaadi säteen kulkemista epätarkasti sovitetun liitoksen yli.

Ruuvisuojattu kotelointi, titaanitulppa ja sinkitty autoteollisuuden levy voivat kaikki olla hitsattavissa, mutta ne eivät vaadi prosessilta samaa. Materiaaliyhteensopivuus on vain puolet päätöksestä. Tarkkuus, nopeus, pääsy, välyksen siedettävyys ja tuotantomäärä määrittävät, onko laser parhaiten sopiva työkalu vai sopiiko paremmin TIG-, MIG-, pistehitsaus tai jokin muu menetelmä.

Laserhitsauksen edut ja rajoitukset verrattuna muihin liitosmenetelmiin

Metallia voidaan hitsata laserilla, mutta se voi silti olla huono ehdokas tähän menetelmään. Tämä on todellinen päätöksentekopiste. Prosessin valinta ei koske ainoastaan sitä, kykeneekö säde muodostamaan liitoksen, vaan sitä, sopiiko kyseinen menetelmä osan geometriaan, asennukseen, tuotantomäärään ja pinnanlaatua koskeviin odotuksiin. Viimeaikainen Fox Valleyn opas arvostaa laserhitsausta erinomaisesti vääntymän hallinnassa, ulkoisessa näkyvyydessä ja nopeudessa pitkillä saumoina, kun taas MIG-hitsausta pidetään suvaitsevampana suuremmille kokoonpanoille ja TIG-hitsausta hitaampana, mutta erinomaisena tarkkojen ja puhtaiden hitsausliitosten tekemiseen. EBM-konevertailu lisää toisen merkittävän kontrastin: elektronisädehitsaus mahdollistaa syvemmän läpikuopauksen, mutta se tuo mukanaan tyhjiötekniikan monimutkaisuuden ja korkeamman alustavan kustannuksen.

Missä laserhitsauksella on selvä etu

Pääasialliset laserhitsauksen edut tulevat esiin, kun liitos vaatii tiukasti ohjattua lämpöä, toistettavuutta ja kapeaa hitsausprofiilia. Siksi tätä prosessia valitaan usein ohuille levyosille, näkyville saumoille ja automatisoituun tuotantosoluun. Jatkuvia saumoja, kuten laserhitsaus koteloissa, kiinnikkeissä ja tarkkuuskoottavissa ovat yleisiä esimerkkejä. A laserpistehitsaus tapa voi olla myös järkevä, kun tarvitaan vain pieniä paikallisesti sijoitettuja kiinnityksiä, erityisesti silloin, kun kaarilta on vaikea päästä käsiksi.

Edut

• Alhainen ja keskitetty lämmöntulo verrattuna laajempiin kaarimenetelmiin, mikä auttaa rajoittamaan vääntymiä.
• Erinomainen vaihtoehto esteettisille saumoille ja osille, joita ei pitäisi tarvita suurta puhdistusta.
• Korkea nopeus pitkillä saumoilla sopivassa materiaalissa ja paksuusalueessa.
• Erinomainen yhteensopivuus robotiikan ja automatisoidun polkukontrollin kanssa.
• Hyödyllinen pienille, tarkoituksenmukaisille hitsausalueille, joissa leveä hitsausnokka aiheuttaisi ongelmia.

Haittapuolet

• Herkempi liitosvälin, aseman ja pinnan tilan suhteen kuin MIG-hitsaus.
• Varustekustannukset ovat yleensä korkeammat kuin peruskaarikäyttöjärjestelmien.
• Ei aina paras suhteellinen arvo paksuille, liitoksenauhojen muodostumiselle altisille tai erittäin vaihteleville kokoonpanoille.
• Parametriset virheet voivat ilmetä nopeasti esimerkiksi sulautumattomuutena, alatäytteenä tai läpipolkuna.

Missä muut liitosmenetelmät saattavat soveltua paremmin

MIG on usein käytännöllinen valinta, kun tehtävä on rakenteellinen, kokoonpano on suurempi tai asennus ei ole tarkasti ohjattu. Fox Valleyn lähde kuvaa sitä kustannustehokkaaksi ja siedettäväksi menetelmäksi, kun liitoksenauhat ja nopeus ovat tärkeämpiä kuin tarkka ulkonäkö. TIG puolestaan sijaitsee manuaalisen säädön toisella ääripäässä. Se on hitaampi, mutta tarjoaa operaattorille erinomaisen hallinnan ja hyvin puhtaat hitsausliitokset, mikä selittää sen suosion pienissä erissä, korjaustyössä ja ulkonäöstä riippuvissa yksityiskohtaisissa sovelluksissa.

Vastuskohtahitsaus saa paikkansa silloin, kun päällekkäiset levyt vaativat vain erillisiä kohtia pistehitsaus eikä jatkuvaa saumaa. Toisin sanoen, jos suunnittelu edellyttää pisteitä eikä viivoja, vastusmenetelmä voi olla yksinkertaisempi kuin koko sauman muodostamisen järjestäminen laserhitsaus hybridhitsaus on harkinnan arvoinen vaihtoehto, kun tehdas haluaa hyötyä laserhitsauksesta, mutta tarvitsee suurempaa välyksen tukemiskykyä tai täyteaineen tukea kuin puhtaasti laserhitsattuna on mukavasti mahdollista saavuttaa. Ja joillekin pinnoitettuille tai ulkonäöstä riippuvaisille kokoonpanoille, laserpinnanliitos saattaa tulla keskustelun aiheeksi sen sijaan, että käytettäisiin täyttä sulamishitsausta.

In laser­säde­hitsaus verrattuna elektronisäde­hitsaukseen , erotusviiva perustuu yleensä läpikuultavuuteen, tyhjiövaatimuksiin ja tuotantojoustavuuteen. Elektronisäde­hitsaus tunnetaan erinomaisesta läpikuultavuudestaan ja korkeasta tarkkuudestaan, mutta sama EBM-lähde huomauttaa, että se vaatii yleensä tyhjiökammion. Laserjärjestelmät eivät sitä vaadi, mikä tekee niistä helpommin integroitavia tavallisille tehdasalueille ja automatisoituun tuotantolinjaan.

Laserhitsaus verrattuna TIG-, MIG-, pistehitsaukseen ja elektronisäde­hitsaukseen

Yksi lisäero on tärkeä myös ei-ammattimaisille: hitsaus vs. juottaminen ei ole pelkästään lämpötilaero. Jos tiimisi kysyy, mikä on ero juottamisen ja hitsauksen välillä , yksinkertainen vastaus on, että hitsaus sulattaa perusmateriaalit yhteen, kun taas juottaminen yhdistää osat alhaisemmassa lämpötilassa sulavalla täyteaineella ilman, että perusmetallia itseään sulatetaan. Tämä tekee juottamisesta hyödyllisen menetelmän sähköliitoksissa ja kevyttaakkaisten liitosten valmistuksessa, mutta se ei kuitenkaan korvaa rakenteellista hitsausta.

• Parhaiten laserhitsaukseen sopii: tarkka liitos, ohuet tai kohtalaisen paksut osat, näkyvät saumat, toistuvaa tuotantoa vaativat osat, robottisolut sekä osat, joissa vähäinen muodonmuutos on tärkeää.
• Huonosti laserhitsaukseen sopii: suuret välit, epätasainen esivalmistelu, erinomaisen syvän läpikuopauksen vaativat erinomaisen paksut osat tai työt, joissa yksinkertainen manuaalinen menetelmä on taloudellisempi.
• Rajatapaukset: paikallisesti hitsatut liitokset saattavat suosia laserpistehitsaus , kun taas pinnoitetut levyt tai ulkonäöllisesti ohjatut liitokset saattavat viitata laserpinnanliitos tai sekateknologiaan perustuvaan strategiaan.

Huonoimmat hitsaustulokset eivät yleensä ole mysteerinomainen ilmiö. Ne johtuvat yleensä prosessin, liitoksen tilan ja energiansyötön välistä epäsuhdetta. Juuri tässä vaiheessa näkyvät ensimmäiset oireet, kuten huokosuus, halkeamat, liitoksen puute ja sulkuprosessin aiheuttama roiske.

Laserhitsausten viallisuudet

Varoitusmerkit ovat yleensä näkyvissä jo ennen kuin huono liitos havaitaan testauksessa. Laserhitsauksessa viallisuudet harvoin ilmestyvät yllättäen. Ne johtuvat yleensä lyhyestä luettelosta hallittavissa olevista ongelmista: epävakaa energia saumassa, likainen materiaali, heikko suojauskaasu, huonolaatuinen optiikka tai epätasainen liitoksen sovitus. Alla olevat oirekuviot liittyvät tiukasti virheopas laserhitsausprosessiin, BIW-analyysiin ja laatuongelmien opas .

Useimmat laserhitsausten viallisuudet johtuvat neljästä perusasiasta: energiatiukkuudesta, puhtaudesta, kaasusuojauksesta ja liitoksen hallinnasta.

Huokoisuus, halkeamat ja epätäydellinen täyttö

Nopeasti huokoisuuden määritelmä hitsaamisessa tämä tarkoittaa sitä, että kaasu jää sieppuun sulassa kylmenevässä kylvyssä ja jäätyy pieniksi tyhjätiloiksi. Viitemateriaalissa huokoisuus liitetään likaisiin pintoihin, sinkityn levyn sinkkikiehumiseen, huonoon kaasuvirtaukseen ja syviin, nopeasti jäähtyviin hitsauskylvyiin, joissa kaasu ei ehdi poistua ajoissa. Avainreikäepävakaus voi pahentaa ongelmaa.

Halkeamat ovat eri vikaantumismuoto. Jos havaitset hitsausten halkeamista jäähtymisen aikana, viitemateriaalit viittaavat kutistumisjännitykseen ennen täydellistä kiinteytymistä, nopeaan jäähtymiseen sekä halkeamiin alttiisiin materiaaleihin, kuten hiilipitoiseen teräkseen tai kovennettuihin seoksiihin. Käytännön korjaustoimet sisältävät esilämmityksen, ohjatun jäähtymisen ja tietyissä tapauksissa langan lisäämisen kutistumisjännityksen vähentämiseksi.

Alatäytö ilmenee yleensä painautuneena saumana, alhaisena kuperuutena tai paikallisena painaumana. Tämä oire liittyy usein epävakaaseen langansyöttöön, huonoon säteen sijoittamiseen tai nopeus- ja tehotasoon, joka aiheuttaa hitsin metallipuutteen. Se voi myös esiintyä, kun valopiste poikkeaa todellisesta liitoksen keskikohdasta.

Sulautumaton liitos, riittämätön tunkeutuminen ja läpikuultaminen

Riittämätön tunkeutuminen ja sulautumaton liitos yhdistetään usein tuotantolinjalla, mutta ne kertovat hieman erilaisia tarinoita. Riittämätön tunkeutuminen tarkoittaa, että hitsi ei tunkeudu riittävän syvälle liitokseen. Sulautumaton liitos tarkoittaa, että osa liitoksen rajapinnasta tai sivuseinästä ei koskaan sulautunut oikeasti yhteen. BIW-viittaus yhdistää molemmat vioista hitsisaumassa olevaan alhaiseen laserenergiaan, joka johtuu usein alhaisesta tehosta, saastuneesta tai vaurioituneesta suojalinsseistä, keskittämispoikkeamasta tai virheellisestä säteen kulmasta.

Läpisyövyminen on vastakkainen ongelma. Tässä lämpöteho on liian suuri liitoksen tilanteeseen nähden, jolloin sulamisaltaassa oleva metalli putoaa työkappaleen läpi. BIW-materiaali huomauttaa, että jos vain ensimmäinen kerros läpisyövytyy, mahdollinen syy voi olla liian suuri levyväli. Jos koko sauma läpisyövytyy, parametriasetus itse on todennäköisesti virheellinen. Sama BIW-analyysi suosittelee levyvälille pitkäaikaista hallintatoimenpidettä, jossa levyväli pidetään alle 0,2 mm:n kyseisessä sovelluksessa.

Liiallinen hitsaussuodattimia on yksi helpoimmista vioista havaita. Viitteet yhdistävät sen huonoon puhdistukseen, öljyyn tai pinnan epäpuhtauksiin, sinkittyihin pinnoitteisiin ja liian korkeaan tehotiukkuuteen. Hakukielenä tämä ilmenee usein muodossa suihkutushitsaus ongelmaa, mutta juurisyynä ovat yleensä prosessin vakaus ja pinnan kunto eikä jokin mysteerimäinen erillinen vika.

Korjaavat toimet, jotka parantavat hitsauslaadun tasaisuutta

Kun vika ilmestyy, useiden parametrien muuttaminen yhtä aikaa peittää yleensä todellisen vian syyn. Parempi vianetsintäjärjestys on yksinkertainen ja toistettavissa:

• Puhdista ensin liitos, suuttimen alue ja suojalinssi.
• Tarkista kaasun tyyppi, kaasun suunta, suuttimen kulma ja työetäisyys.
• Tarkista polttovälin sijainti, säteen keskittyminen ja hitsauspään kulma.
• Vasta sen jälkeen tasaa uudelleen teho, nopeus, pulssiasetukset tai heilahdusasetukset sekä langansyöttö.
• Vahvista aukon säätö, kiinnitys ja osien toistettavuus ennen kuin vakiinnutat prosessin.

Tämä järjestys on tärkeä, koska monet niin sanotut parametriongelmat alkavat valmisteluongelmista. Ja kun viat ilmestyvät jälleen ja jälleen, vaikka hitsaustekniikka näyttäisi kohtalaisen hyvältä, ongelma on usein laajempi kuin yksittäinen sauma. Se alkaa olla kysymys kiinnityslaitteistosta, prosessin hallinnasta, validoinnista ja siitä, pitäisikö työ tehdä sisäisesti vai erikoistuneen palveluntarjoajan kanssa, jolla on tiukempi tuotannon valvonta.

Laserhitsausten sovellusten valinta ja oikean kumppanin löytäminen

Kun viallisuudet toistuvat jatkuvasti, ongelma ulottuu usein yhden hitsaustekniikan yli. Siitä tulee valinta rakentamisen ja ostamisen välillä. Monille laserhitsauksen sovelluksille todellinen kysymys on, riittääkö tuotantomääräsi, kiinnityslaitteiden käyttödiscipliini ja laatuvaatimukset perustelemaan prosessin omistaminen. Groupe Hyperforme muotoilee tämän valinnan suoraan säädettävyyden, tuotantojoustavuuden, toimitusaikojen noudattamisen, edistyneiden teknologioiden saatavuuden sekä laitteiston ja henkilökunnan hankintaan vaadittavan investoinnin ympärille.

Parhaiten laserhitsaukseen sopivat sovellukset

• Rakenna sisäisesti kun tuotantomäärät ovat vakaita, osien geometria toistuu ja kiinnityslaitteet pystyvät pitämään liitosta tasaisesti.
• Rakenna sisäisesti kun tiimisi pystyy tukemaan koulutusta, huoltoa ja dokumentoitua laadunvalvontaa teollisessa laserhitsauksessa .
• Ulkopuolinen toimittaja kun kysyntä vaihtelee voimakkaasti, käynnistysajat ovat tiukkoja tai teollisuuslaserselaittimella ja muut automaattinen hitsauslaitteisto laserhitsauslaitteiston hankinta ei ole taloudellisesti perusteltavissa.
• Ulkopuolinen toimittaja kun laserhitsausten automaatio on tarpeen, mutta tehtaan robottitekniikan integrointi, kiinnityslaitteiden kehittäminen ja validointityöt eivät ole vielä valmiita.
• Pysäytä ja validoi kun rakenteellisia osia vaaditaan virallisilla tarkastustiedoilla, muutoksenhallinnalla ja julkaisukriteereillä ennen tuotannon aloittamista.

Omistaminen teollisuuden laserhitsaajat on järkevää vain silloin, kun koneet pysyvät jatkuvasti kuormitettuina ja niitä ympäröivä tukijärjestelmä on kypsä.

Kun ulkoistaminen on käytännöllisesti katsoen järkevää

Ulkoistaminen on usein parempi vaihtoehto, kun tarvitaan erikoistunutta kokemusta, joustavaa kapasiteettia tai nopeampaa pääsyä edistyneisiin prosesseihin ilman, että koko järjestelmä rakennetaan sisäisesti. Sama lähde huomauttaa, että ulkoiset kumppanit voivat vähentää laitteistoinvestointien, henkilöstön ja koulutuksen taakkaa sekä auttaa valmistajia vastaamaan nopeammin muuttuviin projektitarpeisiin.

• Shaoyi Metal Technology : asiaankuuluva esimerkki automaattinen laserhitsaus ostajille, jotka tarvitsevat robottihitsauslinjoja, IATF 16949 -sertifioitua laatuajärjestelmää ja alustaosien tukea teräkselle, alumiinille ja muihin metalleille.
• Muut kelpoiset toimittajat: arvioi heitä samoja prosessi-, laatu- ja toimitusriskikriteerejä vasten eikä pelkästään tarjottua hintaa vasten.

Tämä on tärkeää, koska automaattinen hitsauslaitteisto on vain osa yhtälöä. Kiinnityslaitteet, tarkastusmenettelyt ja jatkuvuussuunnittelu määrittävät, pysyykö tuotanto vakavana.

Mitä etsiä autoteollisuuden hitsaustoimittajasta

1. Tarkista toimittajan riski tuotteen vaatimustenmukaisuuteen ja katkeamattomaan toimitukseen.
2. Tarkista todellinen laatu- ja toimitussuorituskyky, ei pelkästään kapasiteettiväitteitä.
3. Varmista laatum hallintajärjestelmä ja asiaankuuluvat sertifikaatit.
4. Arvioi valmistuskyky, vaadittava teknologia, henkilöstö ja infrastruktuuri.
5. Kysy, miten suunnittelumuutokset, logistiikka, asiakaspalvelu ja liiketoiminnan jatkuvuus hallitaan.
6. Käytä monitoimista arviointia, johon osallistuvat ostotoiminto, konetekniikka, laatu ja tuotantotoiminto.

Valintatekijät, jotka on esitetty IATF 16949 -ohjeet pitävät keskityksen siellä, missä sen kuuluu olla: vaatimustenmukaisuudessa, toimituksessa, kapasiteetissa ja jatkuvuudessa. Käytännössä oikea valinta ei ole pelkkä laitteiston ostaminen tai työn antaminen ensimmäiselle saatavilla olevalla toimittajalle. Oikea valinta tarkoittaa prosessin omistajuuden sovittamista tilavuuteesi, riskeihisi ja laatuvaatimuksiisi.

Laserhitsausta koskevia usein kysytyt kysymykset

1. Mikä laserhitsaus on ja miten se eroaa laserleikkauksesta?

Laserhitsaus yhdistää osat sulattamalla kapean viivan kohdassa, jossa kaksi osaa kohtaavat, ja antamalla sitten sulan metallin kovettua yhdeksi liitokseksi. Laserleikkaus käyttää samaa yleistä energialähdettä päinvastaiseen tarkoitukseen: materiaalin erottamiseen. Lyhyesti sanottuna hitsaus yhdistää komponentit toisiinsa, kun taas leikkaus poistaa materiaalia reunan tai aukon luomiseksi.

2. Kuinka laserhitsaaja tekee hitsauksen?

Laserhitsaaja tuottaa säteen, ohjaa sen optiikan kautta ja keskittää sen liitoksen kohdalle, jolloin metalli absorboi suuren energiamäärän hyvin pienellä alueella. Tämä luo pienikokoisen sulan metallin altaan, joka liikkuu sauman suuntaan säteen edetessä. Sulan metallin jäähtyessä säteen jälkeen muodostuu valmis hitsaus. Kun energiatiukkuus on alhaisempi, hitsaus on yleensä pinnallisempi ja leveämpi, kun taas korkeampi energiatiukkuus mahdollistaa syvemmän läpikuultavuuden.

3. Mitkä metallit voidaan hitsata onnistuneesti laserilla?

Ruuvisuojattu teräs ja hiiliteräs ovat usein helpoimpia aloituskohteita, koska ne ovat yleisesti ottaen hallittavampia kuin erittäin heijastavia metalleja. Alumiinia, kuparia, titaania ja sinkittyä terästä voidaan myös hitsata laserilla, mutta niissä vaaditaan tarkempaa huomiota puhdistukseen, suojaamiseen, heijastavuuteen, pinnoitteisiin ja liitoksen tarkkuuteen. Eri metallien yhdistelmät ovat monimutkaisempia ja voivat vaatia täyteainetta, siirtokerroksia tai kokonaan eri liitosmenetelmää.

4. Onko laserhitsaus vahvempaa kuin TIG- tai MIG-hitsaus?

Laserhitsaus ei ole automaattisesti vahvempi pelkästään prosessin nimen perusteella. Liitoksen lujuus riippuu täysistä sulamisesta, hyvästä asennuksesta, vakavasta kokoamisesta sekä virheiden, kuten huokosuuden tai läpikuultumattomuuden, välttämisestä. Laserhitsaus voi tuottaa erinomaisen vahvoja ja vähän muodonmuutoksia aiheuttavia liitoksia, kun osat ovat tarkkoja ja prosessi on hyvin hallittu, mutta TIG- tai MIG-hitsaus saattaa olla parempi vaihtoehto, kun kokoonpanossa on laajempia välejä, paksuimpia osia tai suurempaa vaihtelua osasta toiseen.

5. Pitäisikö valmistajan hankkia laserhitsauslaitteisto vai ulkoistaa työ?

Varusteiden ostaminen on järkevämpää, kun tuotantomäärä on vakaa, kiinnitykset ovat toistettavissa ja tiimi pystyy tukemaan huoltoa, koulutusta, validointia ja laatuasiakirjoja. Ulkoistaminen on usein parempi vaihtoehto käynnistysohjelmille, vaihtelevaan kysyntään tai projekteihin, joissa tarvitaan robottisoluja ja tiukempia toimittajavalvontatoimenpiteitä ilman suurta alkuinvestointia. Autoteollisuuden alustatyössä valmistaja voi arvioida tarjoajia, kuten Shaoyi Metal Technologya, yhdessä muiden pätevien kumppaneiden kanssa, kun IATF 16949 -järjestelmät, robottihitsauskyky ja tuotantovalmis metalliyhdistämisapu ovat keskeisiä vaatimuksia.