Mi az a lézerhegesztés? Hogyan működik, hol előnyös, és miért szakadnak el a hegesztési varratok

Mi az lézerhegesztés egyszerű nyelven?

Mi az lézerhegesztés? Egyszerűen fogalmazva, egy olyan összekötési folyamat, amely egy nagyon pontosan összpontosított fényfénysugarat használ fel a fém olvasztására éppen ott, ahol két alkatrész találkozik. Amikor ez a kis olvadt terület lehűl, az alkatrészek egyetlen kötésbe olvadnak össze. Ezt a folyamatot más néven is emlegetik, például lézersugárhegesztés vagy megkérdezi magától: mi az lézerfénysugár-hegesztés . Gyakorlatban ezek a kifejezések ugyanarra az alapvető fogalomra utalnak.

A lézerhegesztés anyagok összekötését teszi lehetővé a lézerenergia nagyon kis területre történő koncentrálásával, így egy ellenőrzött olvadékfolt keletkezik pontos hőbevitellel.

Mit jelent a lézerhegesztés

A lézerhegesztés – ellentétben a sokféle hőforrást leíró általánosabb hegesztési kategóriákkal – a hőforrása alapján van meghatározva: egy összpontosított lézersugár. Egy lézerhegesztő lehet egy nagyobb automatizált sejt része, vagy kézi egység, de az alapvető elv ugyanaz marad. A sugár érintésmentesen továbbítja az energiát, egy keskeny területet olvaszt a varratnál, és hagyja, hogy az anyag összeolvadjon és hegesztésként szilárduljon meg.

• Ez egy érintésmentes hegesztési eljárás.
• A hőt nagyon kis területre koncentrálja.
• Általában keskeny varratokat és korlátozott hőhatási zónát eredményez.
• Egyes esetekben töltőanyagot is használhat, de nem mindig.
• Gyakran jól alkalmazható pontos, ismételhető gyártási feladatokhoz.

Hogyan különbözik a lézerhegesztés más kötési módszerektől

Az emberek néha összekeverik a lézeres hegesztést a lézerszabással, de ez nem ugyanaz a művelet. A vágás anyagot választ el, a hegesztés pedig összeköti. Különbözik továbbá az ívhegesztési eljárásoktól, például a MIG- vagy TIG-hegesztéstől, amelyek hőforrásként elektromos ívet használnak, nem pedig koncentrált fényt. Éppen ez a különbség miatt társítják a lézerhegesztést gyakran finomabb varratokkal, pontosabb hőszabályozással és nagyobb érzékenységgel a alkatrészek illeszkedésére.

Miért használnak a gyártók lézerhegesztést

A gyártók ezt az eljárást vizsgálják, amikor pontosságra, tiszta varratgeometriára és olyan berendezésekre van szükségük, amelyek jól integrálhatók az automatizálással. Az Xometry megjegyzi, hogy ezt az eljárást az autóiparban, a légiközlekedési iparban, az orvostechnikában és az elektronikai iparban alkalmazzák, ahol a reprodukálhatóság és a pontosan szabályozott hőmérséklet döntő fontosságú. Ha valaha már felmerült benned a kérdés: mi az a lézerhegesztő , akkor a gyakorlati válasz egyszerű: ez az a rendszer, amely létrehozza, továbbítja és szabályozza azt a fókuszált sugárt. A valódi történet azonban abban rejlik, hogyan alakítja át a sugár a fényt egy stabil olvadt kúpba, majd végül egy kész hegesztésbe.

Hogyan működik a lézerhegesztés lépésről lépésre?

Ez a fókuszált fényből kész összekötésbe történő átalakulás nagyon gyors sorozatban zajlik. Ha azt kérdezed: hogyan működik a laserzördülés vagy hogyan működik a lézersugaras hegesztés , akkor a rövid válasz a következő: egy lézerforrás generál egy sugarat, optikai elemek fókuszálják azt egy illesztésre, a fém elnyeli az energiát, egy olvadt kúp keletkezik, és ez a kúp a mozgó sugár mögött szilárdul meg egy hegesztéssé. A teljes lézerhegesztési folyamat sokkal könnyebben követhetővé válik, ha egy szakaszonként vizsgálja meg.

A lézerforrástól a fókuszált nyalábig

Gyakorlati módja a válaszadásnak how does a laser welder work az, hogy a rendszert három feladatra bontja: a nyaláb előállítása, a nyaláb továbbítása és a hegesztési varratnál lejátszódó folyamat irányítása. A lézeres hegesztési folyamatban ezek a feladatok általában így zajlanak:

1. A lézerforrás generálja a nyalábot. Gyakori ipari források közé tartoznak a szálas, a CO2- és a szilárdtest lézerek.
2. A nyalábot a hegesztőfejhez vezetik. Tükrök, lencsék és egyéb optikai elemek irányítják a munkaterület felé.
3. A fókuszáló optika a sugárt nagyon kis folttá szűkíti. Az energia koncentrálása egy apró területre teszi lehetővé az hegesztést.
4. A alkatrészeket előkészítik és igazítják. Rögzítők vagy automatizált rendszerek tartják a kötést a megfelelő helyzetben, így a sugár pontosan eltalálja az illesztési varratot.
5. Védőgáz védi a hegesztési zónát. Gázok, például argon vagy hélium segítenek tisztább maradni az olvadt fémnek az oxidáció és szennyeződés korlátozásával.
6. A fém elnyeli a lézerenergiát. A felület gyorsan felmelegszik az illesztési vonalon, és eléri az olvadáspontot.
7. Olvasztott fürdő keletkezik és mozog. Ahogy a sugár vagy a munkadarab mozog, a fürdő követi a varratot, és összeolvadja a két szélt.
8. Az hegesztési varrat megkeményedik. Amint a sugár előre halad, a folyékony fém lehűl és megdermed az elkészült kötésbe.

A folyékony fürdő képződése és megkeményedése

A folyékony fürdő a folyamat szíve. Kicsi, pontosan szabályozott és rövid életű. Amikor a sugár a kötésre esik, az elnyelt fény hővé alakul. Ez a hő éppen ott olvasztja be az alapanyagot, ahol a alkatrészek találkoznak. Számos alkalmazásban nem szükséges hozzáadott töltőanyag, így maguk az alapanyagok alkotják a hegesztési varratot. Amint a sugár előrehalad, a fürdő eleje folyamatosan új anyagot olvaszt, míg a fürdő hátsó része lehűl és megkeményedik. Ezért képes a folyamat keskeny varratok létrehozására és a hőforrás nagyon lokalizált eloszlására, ellentétben a szélesebb hőforrást használó módszerekkel.

Itt fontos a tiszta felület, a stabil illesztés és az egyenletes mozgás. Egy apró változás a hézagban, a fókuszban vagy a haladási sebességben is befolyásolhatja a fürdő viselkedését – ez egyik oka annak, hogy a lBW-hegesztési folyamat pontosságáról ismert, de ugyanakkor érzékenységéről is a beállításokra.

A vezetési mód és a kulcslyuk-mód magyarázata

A vezetéses hegesztési varratok általában sekélyek és szélesebbek, míg a kulcslyuk-hegesztési varratok mélyebbek és keskenyebbek, mert a magasabb energiasűrűség gőzzel telt üregképződést idéz elő a fémben.

Ez az a pont, ahol a technikai oldal hogyan működik a lézeres hegesztés kezd el fontossá válni. Az EWI a teljesítménysűrűséget a lézer teljesítményének és a fókuszált folt területének hányadosaként határozza meg. Alacsonyabb teljesítménysűrűség esetén a hő főként a felületről vezetődik be a anyagba, így szélesebb és sekélyebb hegesztési varrat keletkezik. Magasabb teljesítménysűrűség esetén a fém elpárologhat, és egy kis, kulcslyuk néven ismert üreg alakulhat ki, amely lehetővé teszi, hogy az energia mélyebbre jutson a kötésbe.

Részletesebb útmutatás a AMADA WELD TECH a vezetési mód körülbelül 0,5 MW/cm²-nél, egy átmeneti régió körülbelül 1 MW/cm²-nél, és a kulcslyuk-mód körülbelül 1,5 MW/cm² felett alakul ki. Egyszerű szavakkal: a fajlagos energiasűrűség növelése általában növeli a behatolást, és a varrat keresztmetszeti alakját a sekély-és-széles irányból a mély-és-szűk irányba tolja el. A haladási sebesség szintén szerepet játszik. A magasabb sebesség erősen csökkenti a hegesztési varrat szélességét, és csökkentheti a behatolást is, különösen akkor, ha a sugár már nem képes stabilan tartani a olvadékfoltot.

A sorrend ugyanaz marad, de a létrehozásának módja jelentősen változhat a lézerforrástól, a sugárvezetési módtól, valamint attól függően, hogy a rendszer kézi kezelésre vagy teljes automatizálásra készült-e.

Lézerhegesztő gépek, források és sugárvezetés

Ez a változatosság a forrástól kezdődik. Amikor az emberek összehasonlítanak egy lézerhegesztő Gép általában nemcsak a nyers teljesítményt hasonlítják össze. A fénynyaláb kialakítását, annak a hegesztési varratig való eljutását, valamint azt is értékelik, hogy mennyire illeszkedik a berendezés a gyakorlati termelési körülményekhez. Ezek a döntések befolyásolják az anyagok fényelnyelését, a karbantartási igényeket, az automatizálási lehetőségeket és a napi munkavégzés rugalmasságát a gyártóüzemben.

Funkciós CO2- és szilárdtest-lézerforrások

A a modern lézerhegesztés áttekintése magyarázza el, hogy a szilárdtest-lézerforrások – például a szálas, lemez-, dióda- és Nd:YAG-lézerek – lényegesen rövidebb hullámhosszú sugárzást bocsátanak ki, mint a CO2-lézerek. Gyakorlati szempontból ez két fő okból fontos. Először is a rövidebb hullámhosszú szilárdtest-lézernyalábokat általában jobban elnyelik a különféle fémek, mint a CO2-lézernyalábokat. Másodszor, ezeket a nyalábokat rugalmas optikai szálakon keresztül lehet vezetni, ami jelentős előnyt jelent a távolról vezérelt fejek, a robotok és a kompakt elrendezésű rendszerek esetében. Ezért szállézer hegesztés olyan szorosan kapcsolódik az automatizáláshoz.

Ugyanez a felülvizsgálat megjegyzi, hogy az alumínium és a réz erősen visszaverik a lézerenergiát, így a fényvisszaverő anyagok továbbra is kihívást jelentenek. Ennek ellenére a szilárdtest-lézerforrások általában jobban alkalmazhatók ezekre a feladatokra, mint CO2 lézerhegesztés azok a rendszerek. Egy külön, folyamatos hullámhosszú (fibrés) és CO₂-lézer összehasonlítás szerint a fibrés berendezések kompaktabbak és általában kevesebb karbantartást igényelnek, míg a CO₂-rendszerek több helyet, több energiát és gyakoribb szervizelést igényelnek.

Kézi rendszerek és automatizált sejtek

A forrás típusa csak a történet felét adja. A rendszer formátuma megváltoztatja a folyamat alkalmazásának módját. Egy szálas lézerhegesztő kézben tartott kivitelű berendezést általában javítási munkákhoz, szabálytalan varratokhoz, prototípusokhoz, rövid sorozatokhoz és olyan feladatokhoz használnak, ahol a gyors beállítás döntő fontosságú. A kézben tartott és robotos kivitel összehasonlítása szerint a kézben tartott egységek rugalmasak, egyszerűen indíthatók, és jól alkalmazhatók korlátozott vagy nehezen hozzáférhető területeken.

Automatizált lézeres hegesztőrendszerek a robotos rendszerek más ütemre épülnek. Ismételhető hegesztéseket biztosítanak sok cikluson keresztül programozott pályák, rögzítők, érzékelők és biztonsági burkolatok segítségével. Mivel száloptikai lézerhegesztés a sugár rugalmas kábelen keresztül küldhető egy robotra szerelt fejbe, ezért különösen jól illeszkedik a robotos gyártási folyamatokba. Ellentétben ezzel a tükrös útvonalvezetésű CO₂-rendszerek kevésbé kényelmesek akkor, ha a sugárút mozgatására szükség van egy forgalmas gyártócellában.

Hogyan befolyásolja a berendezés kiválasztása a hegesztési eredményt

Különböző laszersövedő gép már a beállítások módosítása előtt is nagyon eltérő hegesztési viselkedést eredményezhet. Egy kézi eszköz jobb hozzáférést nyújthat egy nehézkes illesztési helyhez. Egy automatizált sejt pontosabban tartja a pályát és a távolságot. Egy kompakt folyamatos fényforrásos rendszer egyszerűbbé teheti a robotintegrációt, míg egy nagyobb CO2-es rendszer több tervezési és karbantartási feladatot igényelhet. Más szóval a berendezés kiválasztása önmagában nem garantálja a hegesztés minőségét, de meghatározza azt a határt, ameddig a folyamat megbízhatóan képes működni. Ezeket a határokat a következő döntéshozatási szinten – a teljesítmény, a foltméret, a fókuszpont helye, a sebesség, a gázfedettség és az illesztési pontosság – válik láthatóvá.

A hegesztési minőséget meghatározó lézerhegesztési beállítások

A hardver létrehozza a lehetőségeket. A beállítások döntik el, hogy ezek a lehetőségek valóban megfelelő hegesztési varratot eredményeznek-e. Ha azon tűnődik, erős-e a lézerhegesztés , a gyakorlati válasz az, hogy igen – feltéve, hogy a beállítás teljes olvadást eredményez és elkerüli a hibákat. Más szóval, a lézerhegesztés szilárdsága a szabályozott energiából, a stabil csatlakozási körülményekből és a tiszta folyamatirányításból ered, nem csupán a sugár nevéből.

Teljesítménypont-méret és fókuszpont helyzete

Teljesítmény az a lézerenergia-mennyiség, amely a csatlakozás olvasztására áll rendelkezésre. Folt méret azt mutatja, mennyire koncentrálódik az energia. Fókuszpont az a legkisebb, legintenzívebb sugárrész helyzete a munkafelülethez képest. A LBW-áttekintésben a fókusz elmozdítása az ideális helyzet fölé vagy alá csökkenti a tényleges teljesítménysűrűséget, megváltoztatja a varrat alakját, megnöveli a hegesztés szélességét, és csökkenti a behatolást. Ezért két, hasonló teljesítményű beállítás is nagyon eltérő lézerhegesztési behatolást .

A sugármodus szintén fontos. A fő lézerhegesztési típusok között , a vezetési mód alacsonyabb energiasűrűséget használ, és általában sekélyebb, szélesebb hegesztéseket eredményez. Kulcslyuk-lézerhegesztés magasabb energiasűrűséget használ mélyebb, keskenyebb olvadási varrat létrehozására. A Laserax útmutató emellett bemutatja, miért olyan érzékeny beállítási paraméter a foltméret: egy kisebb folt növeli az intenzitást és a behatolást, ugyanakkor szigorúbb pozicionálási és illesztési követelményeket is támaszt. Egy nagyobb folt a hőt szélesebb területre osztja el, ami néhány illesztési feltétel esetén segíthet, de általában csökkenti a behatolás mélységét.

Haladási sebesség, védőgáz és illesztés

A jármű sebessége szabályozza, mennyi ideig marad a sugár egy-egy varratrészen. Ugyanez a felülvizsgálat megjegyzi, hogy a teljesítmény állandó tartása mellett a sebesség növelése keskenyebb, általában sekélyebb hegesztést eredményez. Ha túl nagyra állítjuk a sebességet, akkor a behatolás vagy az összeolvadás hiánya veszélye fenyeget. Ha túl lassan haladunk, a hő felhalmozódik, ami megnöveli a varrat szélességét, a torzulás kockázatát, a lecsüngést vagy a kifúródást.

Védőgáz védi az olvadt fürdőt, és segít kezelni a plazmafelhőt. A Laserax útmutatója és a GWK hibaelhárítási útmutatója is gyenge gázellátást társít az oxidációhoz, pórusossághoz és instabil hegesztéshez. Túl kevés gáz szennyeződést enged meg. Túl sok gáz turbulenciát okozhat, vagy zavarhatja a fürdőt, ha a fúvóka rossz irányba van beállítva.

Illesztési pontosság azt jelenti, mennyire illeszkednek egymáshoz a alkatrészek. Befogás ott tartja őket. Felületi tisztaság lefedve vannak az oxidok, az olaj, a rozsda, a festék, a fémháncs és a nedvesség. Ezek alapvetőnek tűnnek, de lézeres hegesztési technológia itt nem túl engedékeny. A Laserax anyagjegyzete egy gyakori átfedő illesztésre vonatkozó szabályt említ: a megengedett hézag kb. 10–20 százaléka a vékonyabb lemez vastagságának, és sok alkalmazásban a hézagvezérlésnek gyakran 0,1 mm alatt kell maradnia. A szennyezett vagy nyitott illesztések gyakran ugyanazokat a problémákat okozzák, amelyeket a kezelők teljesítményváltoztatással próbálnak megoldani.

A beállítási lehetőségek hatása a behatolásra és a varratminőségre

• Győződjön meg arról, hogy az illesztés tiszta és száraz a első rögzítővarrat vagy átmeneti varrat elkészítése előtt.
• Ellenőrizze a hézagvezérlést és az befogóerőt a teljesítmény módosítása előtt.
• Ellenőrizze a fókuszpont helyzetét és a fúvóka igazítását a tényleges hegesztési helyen.
• Egy változót egyszerre módosítson hangolás vagy hibaelhárítás során.
• Érvényesítse az eredményeket metszeti vizsgálatokkal, húzóvizsgálatokkal vagy más ellenőrzési módszerekkel.

Ez a valódi minta mögötte lézeres hegesztési technológia : minden beállítás megváltoztatja a olvadt fürdő méretét, mélységét és stabilitását, és a változók egymásra hatnak. Egy olyan recept, amely egy ötvözet esetében tökéletesen működik, teljesen másként viselkedhet egy másiknál, éppen ezért az anyagválasztás külön figyelmet érdemel.

Lézerhegesztés – fémek és illesztési útmutató

Az anyag mindent megváltoztat. Egy olyan beállítás, amely acélon tisztán fut, problémákat okozhat réz esetében, és egy hangos csuklóvarrat széteshet, ha ugyanazt az anyagot laza átfedő varratra cseréljük. Ezért a fémválasztást, a felületi állapotot és az illesztést együttesen kell értékelni. A lézerhegesztésnél a legfontosabb anyagkérdések egyszerűek: mennyire abszorbeálja a fémet a lézersugár, milyen gyorsan vezeti el a hőt, mennyire érzékeny a szennyeződésekre, és mi történik, ha a varratrés kinyílik?

Rozsdamentes acél és szénacél

A rozsdamentes acél általában az egyik könnyebben hegeszthető anyag lézerrel. A mindennapi gyártás során lézerhegesztés rozsdamentes acélnál értékes, mert a koncentrált hő korlátozhatja a torzulást lemeznél, csöveknél és precíziós alkatrészeknél. A kompromisszum az, hogy a rozsdamentes acél továbbra is negatívan reagál a rossz gázvédelemre és a szennyezett felületekre. Ha a hővezérlés vagy a gázfedettség csökken, akkor hátlap-oxidáció, elszíneződés és csökkent korrózióállóság is megjelenhet.

A szénacél szintén erős jelölt. Általában jobban abszorbeálja a lézerenergiát, mint a nagyon tükröző fémek, így a folyamatstabilitás elérése gyakran egyszerűbb. Vékonyabb szelvényeknél az alacsonyabb hőbevitel segíthet csökkenteni a kifúródást és az újrafeldolgozás szükségességét a szélesebb ívhegesztési eljárásokhoz képest. Ennek ellenére a szénacél nem tolerálja a hézagokat. A szennyeződések, a becsapódott gáz és az egyenetlen élminőség továbbra is pórusosságot vagy összeolvadás hiányát okozhatják.

Alumínium, réz és titán

Az alumínium és a réz nehezebben hegeszthető, mert mindkettő nagy részét visszaveri a beeső lézerenergiának, és gyorsan elvezeti a hőt. Közzétett visszaverődési adatok tipikus infravörös hullámhosszakhoz szerint a réz értéke körülbelül 0,99, az alumíniumé pedig körülbelül 0,91, amelyek messze meghaladják az acél és a titán értékeit. Ezért a lézeres alumíniumhegesztés általában szigorúbb folyamatszabályozást igényel, mint az acélhegesztés. A felületi oxidrétegek, olajok és nedvesség nagyobb mértékben befolyásolják a folyamatot, és a hidrogén okozta pórusosság valós problémát jelent. Azoknál a műhelyeknél, ahol 6061-es alumíniumot hegesztenek , a gondos tisztítás, a pontos illesztés és a lézersugár irányítása általában ugyanolyan fontos, mint a nyers teljesítmény.

A réz további kihívást jelent, mert olyan gyorsan vezeti el a hőt, hogy a hegesztés kezdete instabil lehet. A szűk fókusz és a stabil beállítás kritikussá válik. A titán a problémák másik végén helyezkedik el. Elég jól abszorbeálja a lézerenergiát, ezért a lézerhegesztés titánra pontos hegesztéseket készíthet kis hőhatási zónával. A csapda a reaktivitás. A forró titán könnyen felveszi az oxigént, a nitrogént és a hidrogént, ezért a védőgáz minőségének kiválónak kell maradnia, különben a hegesztés gyorsan rideggé válhat.

Különböző fémek összekötésének tervezése és töltőanyag-választás

A cinkbevonatos acél hegeszthető, de a cinkbevonat megváltoztatja a szabályokat. A cink korábban olvad és elpárolog, mint az alatta lévő acél, ami gázok keletkezését, pórusosságot, oxid-bevonódásokat és a bevonat elvesztését eredményezheti. A cinkbevonatos acél hegesztéséről készült megjegyzések azt is bemutatják, hogy a folyamatablakok mennyire függenek a vastagságtól és a berendezéstől. A közölt kézi hegesztési példák gyakran körülbelül 1–2 mm-es lemezekre összpontosítanak, míg a nagyobb teljesítményű, egyetlen átmenetes hegesztési példák bizonyos feltételek mellett körülbelül 5–6 mm-es vastagságig is elérhetők. Gyakorlatban a bevonatos lemezek fedéses kötéseinek különös gondot igényelnek, mert a gőz beszorulhat a felületek közötti résbe.

A különböző fémek összekötése még nagyobb óvatosságot igényel. Ha megkérdezi: hegeszthető-e szénacél és rozsdamentes acél a gyakorlati válasz néha igen, de a fémek ötvözetképződését és hígulását óvatosan kell kezelni, és töltőanyag segíthet. hegeszthető-e titániumot acélhoz ez egy sokkal nehezebb eset, mert rideg intermetallikus vegyületek könnyen képződhetnek. Ugyanazt a körültekintést igénylik a lézeres alumínium-vas hegesztés . Ezeket az anyagkombinációkat töltőanyag, átmeneti rétegek, bevonatok vagy akár más eljárás – például lézeres forrasztás a közvetlen olvadási hegesztés helyett – is szükségessé tehetik.

A kötés geometriája ugyanolyan fontos, mint a kémiai összetétel. Kötés tervezési irányelvek általában a tiszta behatolás érdekében a csuklós (butt) kötések alkalmazását javasolják, míg a fedéses (lap), peremes és T-kötések nagyobb nyomást gyakorolnak a sugár elérésére, rögzítésre és hézagvezérlésre. A lézerhegesztés számos fémet jól összeköthet, de a pontos élek, tiszták felületek és olyan tervezés kedvez neki, amely nem kéri meg a sugárt, hogy „áthidalja” a pontatlan illeszkedést.

Egy rozsdamentes acél burkolat, egy titán implantátum és egy cinkbevonatos autóipari panel is hegeszthető, mégis mindegyik más követelményeket támaszt a folyamattal szemben. Az anyagok kompatibilitása csak a döntés felét jelenti. A pontosság, a sebesség, a hozzáférés, a hézagengedély és a gyártási térfogat dönti el, hogy a lézerhegesztés a legmegfelelőbb eszköz-e, vagy inkább a TIG-, MIG-, pontszerű hegesztés vagy egy másik módszer alkalmazása indokolt.

A lézerhegesztés előnyei és korlátai más összekötési módszerekkel szemben

Egy fém lézerrel hegeszthető lehet, mégis rossz jelölt lehet rá. Ez a valódi döntési pont. A folyamat kiválasztása nem csupán arról szól, hogy egy sugár képes-e összekötést létrehozni. Hanem arról is, hogy az adott módszer illeszkedik-e a alkatrész geometriájához, a pontos illesztéshez, a gyártási mennyiséghez és a felületminőségre vonatkozó elvárásokhoz. Egy friss Fox Valley-útmutató szerint a lézerhegesztés különösen jól teljesít a torzulásvezérlésben, a kozmetikai megjelenésben és a hosszú varratok sebességében, miközben a MIG-hegesztést nagyobb szerelvények esetén engedékenyebbnek, a TIG-hegesztést pedig lassúbbnak, de kiválónak írja le pontos, tiszta hegesztéseknél. EBM gép összehasonlítás hozzáadja a másik nagy ellentétet: az elektronnsugárral történő hegesztés mélyebb behatolást biztosít, de vákuumos környezetet igényel és magasabb kezdőköltséggel jár.

Ahol a lézerhegesztésnek egyértelmű előnye van

A lézerhegesztés fő előnyei akkor jelentkeznek, amikor a varrat szigorúan szabályozott hőmérsékletet, ismételhetőséget és keskeny hegesztési profilra van szüksége. Ezért választják gyakran vékony lemezfémből készült alkatrészek, látható varratok és automatizált gyártócellák esetében. Folyamatos varratok, mint például lézeres varrathegesztés házak, rögzítőkonzolok és precíziós szerelvények hegesztése gyakori példák. Egy lézerpont-hegesztés megközelítés akkor is értelmezhető, ha csak kis méretű, helyileg korlátozott rögzítésekre van szükség, különösen akkor, ha az ívhegesztési hozzáférés nehézkes.

Előnyök

• Alacsony, koncentrált hőbevitel a szélesebb ívhegesztési eljárásokhoz képest, ami segít korlátozni a torzulást.
• Kiválóan alkalmas esztétikai varratokra és olyan alkatrészekre, amelyek minimális utófeldolgozást igényelnek.
• Magas sebesség hosszú varratoknál a megfelelő anyagfajta és vastagságtartományban.
• Kiváló kompatibilitás robotokkal és automatizált pályavezérléssel.
• Hasznos kis, pontos hegesztési zónák esetén, ahol egy széles varrat problémát okozna.

Hátrányok

• Érzékenyebb a varratrésre, az illesztésre és a felületi állapotra, mint a MIG-hegesztés.
• A felszerelés költsége általában magasabb, mint az alapívíves hegesztőberendezéseké.
• Nem mindig a legjobb érték vastag, hézagokra hajlamos vagy erősen változó szerelvények esetén.
• A paraméterhibák gyorsan megjelenhetnek összeolvadás hiányaként, alulkitöltésként vagy átégésként.

Ott, ahol más kötési módszerek lehetnek jobban alkalmazhatók

A MIG-hegesztés gyakran a gyakorlatias választás, ha a feladat szerkezeti jellegű, a szerelvény nagyobb méretű, vagy a pontos illesztés kevésbé szabályozott. A Fox Valley forrás ezt költséghatékony és toleráns folyamatként írja le akkor, amikor a hézagok és a sebesség fontosabbak, mint a finom megjelenés. A TIG-hegesztés a manuális irányítás másik végpontján helyezkedik el. Lassabb, de kiváló irányítást és rendkívül tiszta hegesztéseket biztosít a kezelő számára, ezért továbbra is népszerű kis sorozatoknál, javítási munkáknál és megjelenés-szempontból kritikus részeknél.

Az ellenállásos ponthegesztés indokolja jelenlétét akkor, amikor egymásra fektetett lemezekhez csak diszkrét pontvarrás – nem pedig folytonos – varrat szükséges. Más szavakkal: ha a tervezés pontokat, nem vonalakat ír elő, akkor egy ellenállásos folyamat egyszerűbb lehet, mint egy teljes lézeres varrathegesztés a hibrid hegesztés érdemes megfontolásra, ha egy műhely némi lézerelőnyt kíván elérni, de nagyobb hézagáthidaló képességre vagy töltőanyag-támogatásra van szüksége, mint amit a tiszta lézerhegesztés kényelmesen biztosít. Egyes bevonatos vagy megjelenés-érzékeny szerelvények esetében lézeres forrasztás kerülhet szóba inkább a teljes olvadási hegesztés helyett.

A lézerhegesztés és elektronnsugár-hegesztés összehasonlítása , a különbséget általában a behatolási mélység, a vákuumkövetelmények és a gyártási rugalmasság határozza meg. Az elektronnsugár-hegesztésről ismert, hogy nagyon mély behatolást és magas pontosságot nyújt, ugyanakkor ugyanez az EBM-forrás megjegyzi, hogy általában vákuumkamrára van szüksége. A lézerrendszereknek nem, így könnyebben integrálhatók a szokásos gyári elrendezésekbe és automatizált sorokba.

Lézerhegesztés összehasonlítása TIG-, MIG-, pont- és elektronnsugár-hegesztéssel

Egy további különbség is fontos a nem szakemberek számára: hegesztés vs. forrasztás nem csupán hőmérsékletbeli különbségen alapul. Ha a csapatod megkérdezi, mi a különbség a forrasztás és a hegesztés között , az egyszerű válasz az, hogy a hegesztés az alapanyagokat olvasztja össze, míg a forrasztás alacsony olvadáspontú töltőanyaggal köt össze alkatrészeket anélkül, hogy az alapfém maga olvadna. Ezért a forrasztás alkalmas elektromos és könnyű terhelés alá kerülő kapcsolatokhoz, de nem helyettesíti a szerkezeti hegesztést.

• A lézerhegesztésre leginkább alkalmas: pontos illesztés, vékonytól közepesen vastag szakaszokig, látható varratok, ismételhető gyártás, robotos cellák és olyan alkatrészek, ahol alacsony torzulás a prioritás.
• A lézerhegesztésre kevéssé alkalmas: nagy hézagok, inkonzisztens előkészítés, rendkívül vastag szakaszok, amelyek extrém behatolást igényelnek, vagy olyan feladatok, ahol egy egyszerű kézi folyamat gazdaságosabb.
• Határesetek: a helyileg korlátozott illesztések előnyt élvezhetnek lézerpont-hegesztés , míg a bevonatos lemezek vagy megjelenésre optimalizált illesztések inkább a lézeres forrasztás vagy egy vegyes folyamatstratégia felé mutathatnak.

A legrosszabb hegesztési eredmények általában nem titokzatosak. Gyakran a folyamat, az illesztés állapota és az energia-bevitel közötti nem megfelelő egyezésre vezethetők vissza. Éppen itt kezdődnek a látható tünetek: pórusosság, repedések, hiányos összeolvadás és szikrázás.

Lézerhegesztési hibák

A figyelmeztető jelek általában már a tesztelés során megjelenő rossz illesztés előtt láthatók. A lézerhegesztésnél a hibák ritkán jelennek meg váratlanul. Általában néhány, ellenőrizhető okra vezethetők vissza: instabil energia a varrat mentén, szennyezett alapanyag, gyenge gázvédelem, rossz optika vagy egyenetlen illeszkedés. Az alábbi tünetminták szorosan kapcsolódnak egy hibajavítási útmutatóban , egy karosszériavizsgálathoz (BIW) és egy minőségi problémákat tárgyaló útmutatóhoz .

A lézerhegesztési hibák túlnyomó többsége négy alapvető tényezőre vezethető vissza: energia-sűrűség, tisztaság, gázvédelem és illesztés-ellenőrzés.

Üregesség, repedések és hiányos kitöltés

Gyors üregesség hegesztési definíciója ez azt jelenti, hogy a gáz bekerül a folyékony hegesztési fürdőbe, és kis üregekké dermed meg. A hivatkozott forrásanyagok szerint az üregesség kapcsolódik a szennyezett felületekhez, a cinkgőzökhöz (a cinkbevonatos lemezekből), a rossz gázáramlás irányához, valamint a mély, gyorsan hűlő hegesztési fürdőkhöz, ahol a gáz nem tud időben eltávozni. A kulcslyuk-instabilitás tovább súlyosíthatja ezt a problémát.

A repedések egy másik meghibásodási mód. Ha azt tapasztalja, hogy a hegesztések repednek hűlés közben, akkor a hivatkozott források a teljes szilárdulás előtti összehúzódási feszültségre, a gyors hűlésre, valamint repedésérzékeny anyagokra (pl. magas széntartalmú acél vagy keményített ötvözetek) hivatkoznak. Gyakorlati megoldásként említhető a megelőző felmelegítés, a szabályozott hűtés, illetve egyes esetekben a huzalbetöltés az összehúzódási feszültség csökkentése érdekében.

A hiányos kitöltés általában bemélyedt varratként, alacsony ívkoronaként vagy helyi mélyedésként jelenik meg. Ezt a tünetet gyakran instabil huzaladagolás, rossz sugárhelyezés vagy olyan sebesség- és teljesítménykombináció okozza, amely miatt a hegesztési varrat nem kap elegendő anyagot. Megjelenhet akkor is, ha a fényfolt elmozdul a tényleges illesztési középponttól.

Összeolvadás hiánya, behatolás hiánya és átégés

A behatolás hiánya és az összeolvadás hiánya gyakran összekeveredik a gyártóüzemben, de kissé eltérő történeteket mesélnek. A behatolás hiánya azt jelenti, hogy a hegesztési varrat nem hatol be elég mélyen az illesztésbe. Az összeolvadás hiánya azt jelenti, hogy az illesztési felület vagy oldalfal egy része soha nem olvadt össze valóban. A BIW-hivatkozás mindkét hibát alacsony lézerenergiához köti a hegesztési varratnál, amelyet gyakran alacsony teljesítmény, szennyeződött vagy sérült védőlencse, középponttól eltérő fókuszálás vagy helytelen sugárzási szög okoz.

A lyukadás a fordított probléma. Ebben az esetben a hőbevitel túl nagy a varrat állapota szempontjából, ezért a olvadt kovácsolómedence átcsöppen a munkadarabon. A BIW anyagmegjegyzés szerint, ha csak az első réteg ég át, akkor az ok valószínűleg túl nagy lemezrés. Ha az egész varrat átég, akkor maga a paraméterkészlet valószínűleg helytelen. Ugyanez a BIW-elemzés hosszú távú irányítási intézkedésként azt javasolja, hogy a lemezrés legfeljebb 0,2 mm legyen az adott alkalmazásra.

Túlzott hegesztési szikrázás az egyik legkönnyebben felismerhető hiba. A források ezt összekötik a rossz tisztítással, olajjal vagy felületi szennyeződésekkel, cinkbevonatokkal, valamint túl magas teljesítménysűrűséggel. Keresőnyelven gyakran így jelenik meg: szikrázásos hegesztés problémát okoz, de a gyökéroka általában a folyamat stabilitása és a felületi állapot, nem pedig egy titokzatos, különálló hibajelenség.

Javító intézkedések, amelyek javítják a hegesztés egyenletességét

Amikor hiba jelenik meg, a paraméterek egyszerre történő többes módosítása általában elrejti a valódi okot. Egy hatékonyabb hibaelhárítási sorrend egyszerű és ismételhető:

• Először tisztítsa meg az illesztési felületet, a fúvóka környékét és a védőlencsét.
• Ellenőrizze a gáz típusát, a gáz áramlási irányát, a fúvóka szögét és a munkatávolságot.
• Ellenőrizze a fókuszpozíciót, a sugár központozását és a hegesztőfej szögét.
• Csak ezután igazítsa újra a teljesítményt, a sebességet, az impulzus- vagy rezgésbeállításokat, valamint a huzaladagolást.
• Mielőtt rögzítené a hegesztési receptet, ellenőrizze a hézagvezérlést, az rögzítést és az alkatrészek ismételhetőségét.

Ez a sorrend fontos, mert sok olyan, úgynevezett paraméterprobléma valójában előkészítési problémából ered. És amikor a hibák továbbra is visszatérnek, még akkor is, ha a hegesztési recept elfogadhatónak tűnik, a probléma gyakran nagyobb, mint egyetlen varrat. Ilyenkor a kérdés már a rögzítőberendezésre, a folyamatirányításra, az érvényesítésre, sőt arra is kiterjedhet, hogy a feladatot belső forrásból vagy szakértő partnertől, szigorúbb gyártási diszciplínával rendelkező vállalattól kell-e elvégezni.

Lézerhegesztési alkalmazások kiválasztása és a megfelelő partner kiválasztása

Amikor a hibák ismétlődnek, a probléma gyakran túlmutat egyetlen hegesztési recepten. Ilyenkor a döntés a saját gyártás vagy a külső beszerzés között születik. Sok lézerhegesztési alkalmazás esetén a lényegi kérdés az, hogy a termelési mennyiség, a rögzítőberendezések szigorú alkalmazása és a minőségi követelmények elegendően magasak-e ahhoz, hogy megérje a folyamat saját kezű irányítása. A Groupe Hyperforme ezt a döntést a közvetlen irányítás, a termelési rugalmasság, a szállítási határidők, az új technológiák elérhetősége, valamint a berendezések és személyzet számára szükséges befektetés szempontjából vizsgálja.

A lézerhegesztésre leginkább alkalmas alkalmazások

• Saját gyártás akkor, ha a termelési mennyiség állandó, a alkatrész geometriája ismétlődik, és a rögzítőberendezések megbízhatóan tartják az illesztési felületet.
• Saját gyártás akkor, ha csapatának tagjai képesek a képzés, a karbantartás és a dokumentált minőségellenőrzés támogatására a ipari laserövés .
• Külső szolgáltatásra bíz akkor, ha a kereslet ingadozik, a bevezetés időzítése szoros, vagy a ipari lézerhegesítő és más automatikus hegesztőberendezés berendezésre szánt tőke nem indokolható.
• Külső szolgáltatásra bíz amikor laserélesztéses automatizáció szükség van lézerhegesztésre, de gyárában még nem áll rendelkezésre a robotos integráció, a rögzítőberendezések fejlesztése és az érvényesítési munka.
• Szünetelés és érvényesítés amikor a szerkezeti alkatrészek esetében hivatalos ellenőrzési jegyzőkönyvek, változásközpont-kezelés és engedélyezési kritériumok szükségesek a gyártás megkezdése előtt.

Tulajdonkodás ipari lézerhegesztők csak akkor értelmezhető, ha a gépek folyamatosan terheltek, és a körülöttük működő támogató rendszer érett.

Amikor az alvállalkozás gyakorlati szempontból ésszerű

Az alvállalkozás gyakran előnyösebb megoldás, ha specializált szakértelemre, rugalmas kapacitásra vagy fejlett folyamatokhoz gyorsabb hozzáférésre van szükség anélkül, hogy a teljes rendszert belsőleg építenék ki. Ugyanez a forrás megjegyzi, hogy külső partnerek csökkenthetik a berendezésekbe történő befektetés, a személyzeti ellátás és a képzés terheit, miközben segítik a gyártókat abban, hogy gyorsabban reagáljanak a változó projektszükségletekre.

• Shaoyi Metal Technology : egy releváns példa automotív lézeres hegesztés azoknak a vásárlóknak, akik robotos hegesztővonalakra, IATF 16949 tanúsított minőségirányítási rendszerre és acélból, alumíniumból és egyéb fémekből készült alvázalkatrészek támogatására van szükségük.
• Egyéb megfelelő beszállítók: értékeljük őket ugyanazon folyamat-, minőség- és ellátási kockázati kritériumok alapján, ne csak az árajánlat alapján.

Ez fontos, mert automatizált zárolófelszerelés csak a képlet egyik része. A rögzítés, az ellenőrzés szigorúsága és a folytonossági tervezés dönti el, hogy a gyártás stabil marad-e.

Mire figyeljen egy autóipari hegesztési partner kiválasztásakor

1. Értékelje a beszállító kockázatát a termék megfelelőségére és a zavartalan ellátásra.
2. Tekintse át a tényleges minőségi és szállítási teljesítményt, ne csak a kapacitási állításokat.
3. Ellenőrizze a minőségirányítási rendszert és a vonatkozó tanúsítványokat.
4. Értékelje a gyártási képességet, a szükséges technológiát, a személyzeti feltételeket és az infrastruktúrát.
5. Kérdezze meg, hogyan kezelik a tervezési módosításokat, a logisztikát, az ügyfélszolgálatot és a folytonossági tervezést.
6. Használjon keresztfunkcionális felülvizsgálatot, amelybe a beszerzés, a mérnöki, a minőség- és az üzemeltetési szakemberek is bevonásra kerülnek.

A Az IATF 16949-es irányelv kiemelt kiválasztási tényezők a megfelelőségre, a szállításra, a képességre és a folytonosságra helyezik a hangsúlyt. Gyakorlatban a megfelelő döntés nem egyszerűen berendezések beszerzése vagy az első elérhető beszállítónak való munka átadása, hanem a folyamatfelelősség összehangolása a saját termelési volumenével, kockázataival és minőségi követelményeivel.

Lézerhegesztéssel kapcsolatos gyakran ismételt kérdések

1. Mi a lézerhegesztés, és miben különbözik a lézervágástól?

A lézerhegesztés olyan eljárás, amely két alkatrész összekapcsolását teszi lehetővé egy keskeny vonal megolvasztásával ott, ahol a két darab találkozik, majd az olvadt fém szilárdulásával egyetlen kötést hoz létre. A lézervágás ugyanazt az általános típusú energiát használja, de ellentétes célra: anyag eltávolítására. Röviden: a hegesztés összeolvadó módon kapcsolja össze az alkatrészeket, míg a vágás anyagot távolít el, hogy élt vagy nyílást hozzon létre.

2. Hogyan hoz létre egy lézerhegesztő hegesztést?

Egy lézerhegesztő lézersugarat generál, azt optikai rendszeren keresztül irányítja, majd a sugárzást a hegesztési varratra fókuszálja úgy, hogy a fém egy nagyon kis területen koncentrált energiát vegyen fel. Ez egy apró olvadt fémképződményt hoz létre, amely a sugár haladásával mozog a varrat mentén. Az olvadt fém ezután a sugár mögött lehűl, és kialakítja a kész hegesztési varratot. Amikor az energiasűrűség alacsonyabb, a hegesztés általában sekélyebb és szélesebb, míg magasabb energiasűrűség esetén mélyebb behatolás érhető el.

3. Mely fémek hegeszthetők sikeresen lézerrel?

A rozsdamentes acél és a szénacél gyakran a legegyszerűbb kiindulási alapok, mivel általában kezelhetőbbek, mint a nagyon tükröző fémes anyagok. Az alumínium, a réz, a titán és a horganyzott acél szintén lézerhegeszthető, de ezeknél különös figyelmet igényelnek a tisztítás, a védőgáz ellátás, a tükrözőképesség, a felületi bevonatok és az illesztési pontosság. A különböző fémek kombinációi összetettebbek, és gyakran töltőanyagot, átmeneti rétegeket vagy teljesen más kötési módszert igényelnek.

4. Erősebb-e a lézerhegesztés a TIG- vagy MIG-hegesztésnél?

A lézerhegesztés nem feltétlenül erősebb pusztán a folyamat neve miatt. A varrat szilárdsága a teljes olvadásra, a megfelelő beállításra, a stabil illesztésre és a hibák – például pórusosság vagy hiányzó behatolás – elkerülésére épül. A lézerhegesztés nagyon erős, alacsony deformációt mutató varratokat képes létrehozni, ha az alkatrészek pontosak, és a folyamat jól szabályozott; ugyanakkor a TIG- vagy MIG-hegesztés lehet a jobb választás, ha az összeszerelésnél nagyobb hézagok, vastagabb szelvények vagy nagyobb alkatrész-egyenetlenségek fordulnak elő.

5. Vásároljon-e a gyártó lézerhegesztő berendezést, vagy bízza ki másra a munkát?

A berendezés megvásárlása ésszerűbb döntés, ha a termelési mennyiség állandó, a rögzítés ismételhető, és a csapat képes támogatni a karbantartást, a képzést, az érvényesítést és a minőségi dokumentációt. A kiszervezés gyakran jobb megoldás az indítási programokhoz, a változó kereslet esetén, illetve olyan projektekhez, amelyek robotos hegesztőcellákat és szigorúbb beszállítói irányítást igényelnek nagyobb kezdőberuházás nélkül. Az autóipari alvázgyártáshoz egy gyártó például értékelheti a Shaoyi Metal Technology céget és más megfelelő partnereket is, amikor az IATF 16949 rendszerek, a robotos hegesztési képesség és a termelésre kész fémkötési támogatás kulcsfontosságú követelmények.