Kas yra lazerinis suvirinimas? Kaip jis veikia, kur jis pranašesnis ir kodėl suvirintos jungtys genda

Kas yra lazerinis suvirinimas paprastais žodžiais?

Kas yra lazerinis suvirinimas? Paprastaisiais žodžiais tariant, tai sujungimo procesas, kuriame naudojama labai susifokusuota šviesos spinduliuotė, kad tiksliai ištopytų metalą ten, kur susitinka dvi detalės. Kai šis mažytis ištopytas plotas atšyla, detalės suauga į vieną jungtį. Taip pat gali būti vadinama lazerinio spindulio suvirinimas ar klausiamasi, kas yra lazerio spindulio suvirinimas . Praktikoje tie terminai reiškia tą pačią pagrindinę sąvoką.

Lazerinis suvirinimas sujungia medžiagas suskoncentruodamas lazerinę energiją į labai mažą tašką, kuriam tikslų lydytasis baseinas su tikslia šilumos įvedimo kontrolė.

Ką reiškia lazerinis suvirinimas

Skirtingai nuo platesnių suvirinimo kategorijų, kurios apima įvairius šilumos šaltinius, lazerinis suvirinimas apibrėžiamas savo šilumos šaltiniu – susifokusuotu lazerio spinduliu. A lazerinis suvienodinimo aparatas gali būti didelės automatinės ląstelės arba rankinio naudojimo įrenginio dalis, tačiau pagrindinis principas lieka tas pats. Spindulys perduoda energiją be fizinio kontakto, ištirpina siaurą sritis jungtyje ir leidžia šiai medžiagai sušalti, sudarydama suvirinimą.

• Tai nekontaktinis suvirinimo procesas.
• Jis susikaupia šilumą labai mažoje zonoje.
• Jis dažniausiai sukuria siaurus suvirinimus ir ribotą šilumos paveiktą zoną.
• Kai kuriomis aplinkybėmis jis gali naudoti papildomą metalą, tačiau ne visada.
• Jis dažnai puikiai tinka tiksliai ir pakartotinai atliekamam gamybos darbui.

Kaip lazerio spindulio suvirinimas skiriasi nuo kitų sujungimo metodų

Žmonės kartais painioja lazeriu suvirinimą su lazeriu pjovimą, tačiau tai nėra tas pats darbas. Pjovimas atskiria medžiagą, o suvirinimas ją sujungia. Jis taip pat skiriasi nuo lankinio suvirinimo procesų, tokių kaip MIG ar TIG, kuriuose šilumos šaltinis yra elektros lankas, o ne suskoncentruota šviesa. Būtent šis skirtumas lemia tai, kad lazerio suvirinimai dažnai siejami su smulkesniais siūliais, tikslingesne šilumos kontrolės galimybe ir didesne jautrumu detalėms tinkamai sustatyti.

Kodėl gamintojai naudoja lazerinį suvirinimą

Gamintojai šį procesą vertina, kai reikia tikslumo, švarios siūlės geometrijos ir įrangos, kuri gerai integruojama su automatizacija. Xometry pažymi jos naudojimą tokiose pramonės šakose kaip automobilių, aviacijos, medicinos ir elektronikos, kur svarbūs pakartojamumas ir kontroliuojamas šilumos kiekis. Jei jau kada nors klausėte, kas yra lazerinis suvirintuvas , praktiškas atsakymas paprastas: tai sistema, kuri sukuria, perduoda ir valdo susifokusuotą spindulį. Tikroji istorija, tačiau, yra tai, kaip šis spindulys paverčia šviesą stabiliu lydiniu ir vėliau – baigtu suvirinimu.

Kaip veikia lazerinis suvirinimas žingsnis po žingsnio?

Šis virsmas iš susifokusuotos šviesos į baigtinę jungtį vyksta labai greitai. Jei klausiate, kaip veikia lazerinis suvirinimas arba kaip veikia lazerio spindulio suvirinimas , trumpas atsakymas toks: lazerio šaltinis sukuria spindulį, optika susifokusuojama į jungtį, metalas sugeria energiją, susidaro lydinys, o šis lydinys už judančio spindulio kristalizuojasi į suvirinimą. Visas lazerinio suvirinimo procesas tampa daug lengviau suprantamas, kai jį nagrinėjate po vieną etapą.

Nuo lazerio šaltinio iki susfokusuoto spindulio

Praktiškas atsakymo būdas kaip veikia lazerinis suvirintuvas yra padalyti sistemą į tris užduotis: sukurti spindulį, pristatyti spindulį ir kontroliuoti tai, kas vyksta suvirinimo siūlėje. Lazerinio suvirinimo procese lazerinio suvirinimo procesas , šios užduotys paprastai vyksta taip:

1. Lazerio šaltinis sukuria spindulį. Dažniausiai pramonėje naudojami šaltiniai yra pluoštiniai, CO2 ir kietųjų kūnų lazeriai.
2. Spindulys tiekiamas į suvirinimo galvutę. Veidrodžiai, lęšiai ir kitos optinės detalės nukreipia jį į darbo zoną.
3. Fokusuojančios optinės sistemos sumažina spindulį iki labai mažo taško. Energijos susitelkimas į mažą plotą ir leidžia atlikti suvirinimą.
4. Detalės paruošiamos ir sujungiamos. Tvirtinimo įtaisai arba automatizuotos sistemos laiko sujungimą reikiamoje padėtyje, kad spindulys tiksliai patektų į siūlę.
5. Apsaugos dujos apsaugo suvirinimo zoną. Dujos, tokios kaip argonas ar helis, padeda išlaikyti lydymosi metalą švariu, ribodamos jo oksidaciją ir užteršimą.
6. Metalas sugeria lazerio energiją. Paviršius greitai įšyla jungties linijoje ir pasiekia lydymosi temperatūrą.
7. Susidaro lydytos medžiagos baseinas ir jis juda. Kai spindulys arba apdorojamas objektas juda, baseinas juda palei siūlę ir suviršina abi kraštines.
8. Suvirinimas užšąla. Kai spindulys pasislenka į priekį, skystoji metalo masė atvėsta ir sušąla į galutinę jungtį.

Kaip susidaro ir užšąla lydytos medžiagos baseinas

Lydytos medžiagos baseinas yra šio proceso širdis. Jis mažas, kontroliuojamas ir trumpalaikis. Kai spindulys patekia į siūlę, sugertasis šviesos spindulys virsta šiluma. Ši šiluma ištirpina pagrindinį metalą tik toje vietoje, kur detalės susiliečia. Daugelyje taikymų nereikia papildomos pripildymo medžiagos, todėl patys pagrindiniai medžiagų komponentai sukuria suvirinimą. Kai spindulys juda į priekį, baseino priekinė dalis nuolat tirpina naują medžiagą, o jo galinė dalis atvėsta ir užšąla. Būtent todėl šis procesas gali sukurti siaurus siūles su labai lokalizuota šiluma, palyginti su platesniais šilumos šaltiniais.

Štai čia svarbūs švarūs paviršiai, stabilus jungties pritaikymas ir nuolatinis judėjimas. Net nedidelis tarpelio, fokuso ar judėjimo greičio pokytis gali pakeisti baseino elgesį, todėl viena iš priežasčių, kodėl lbw suvirinimo procesas žinomas dėl tikslumo, tačiau taip pat ir dėl nustatymo jautrumo.

Paaiškinti laidumo režimas ir raktinės skylės režimas

Laidumo režimu atliekami suvirinimai paprastai būna seklesni ir platesni, o raktinės skylės režimu – gilesni ir siauresni, nes didesnė energijos tankis metalo paviršiuje sukuria garais užpildytą ertmę.

Čia prasideda techninės kaip veikia lazerinis suvienodinimas reikšmė. EWI apibrėžia galios tankį kaip lazerio galios santykį su susifokusuoto spindulio ploto dydžiu. Esant žemesniam galios tankiui šiluma daugiausia iš paviršiaus plinta į medžiagą, sukuriant platesnį ir seklesnį suvirinimą. Esant aukštesniam galios tankiui metalas gali išgaruoti ir susidaryti maža ertmė, vadinama raktine skyle, kuri leidžia energijai pasiekti giliau sujungimo vietoje.

Išsamiau paaiškina AMADA WELD TECH nustato laidumo režimą apie 0,5 MW/cm², perėjimo sritį apie 1 MW/cm² ir raktinės skylės režimą virš maždaug 1,5 MW/cm². Paprastais žodžiais tariant, padidėjus energijos tankiui dažniausiai padidėja įvarža ir švoškimo forma keičiama nuo plokščios ir plačios į gilią ir siaurą. Judėjimo greitis taip pat turi įtakos. Didėjant greičiui švoškimo plotis stipriai sumažėja, o įvarža taip pat gali sumažėti, ypač jei spindulys nebeprilaiko lydymo baseino stabilumo.

Secuencia lieka ta pati, tačiau jos sukūrimo būdas gali labai skirtis priklausomai nuo lazerinio šaltinio, spindulio perdavimo metodo ir to, ar sistema sukurtas rankiniams darbams ar visiškai automatizuotiems procesams.

Lazeriniai suvirinimo įrenginiai, šaltiniai ir spindulio perdavimas

Šis skirtumas prasideda nuo pačio šaltinio. Kai žmonės palygina laserio suvirkimo mašina jie dažniausiai palygina ne tik tiesioginę galios reikšmę. Jie palygina, kaip suformuojama spindulio sruogą, kaip ji pasiekia suvirinamąją sąvarą ir kaip lengvai įrangą galima pritaikyti tikrosioms gamybos sąlygoms. Šie pasirinkimai lemia šilumos sugerties lygį, techninės priežiūros poreikį, automatizavimo galimybes bei kasdieninę lankstumą gamyklos gamybos plotuose.

Pluoštiniai CO2 ir kietųjų kūnų lazeriniai šaltiniai

A šiuolaikinio lazerinio suvirinimo (LBW) apžvalga paaiškina, kad kietųjų kūnų šaltiniai, tokie kaip pluoštiniai, diskiniai, diodiniai ir Nd:YAG lazeriai, naudoja žymiai trumpesnes bangos ilgio reikšmes nei CO2 lazeriai. Praktikoje tai turi dvi svarbias pasekmes. Pirma, trumpesnio bangos ilgio kietųjų kūnų spinduliai paprastai geriau sugariami daugelyje metalų nei CO2 spinduliai. Antra, šiuos spindulius galima perduoti lankstiais optiniais pluoštais, kas yra didelis privalumas nuotoliniams galvutėms, robotams ir kompaktiškoms įrangos išdėstymo schemoms. Todėl pluoštinis lazerinis suvirinimas yra taip glaudžiai susijęs su automatizavimu.

Tas pats apžvalgos straipsnis pažymi, kad aliuminis ir varis stipriai atspindi lazerio energiją, todėl atspindinčios medžiagos vis dar kelia iššūkių. CO2 lazerinė suvirinimo technologija šioms užduotims. Atskira pluoštinio ir CO2 lazerių palyginimo analizė taip pat apibūdina pluoštinius įrenginius kaip kompaktiškesnius ir paprastai mažiau reikalaujančius techninės priežiūros, tuo tarpu CO2 sistemos dažniausiai reikalauja daugiau vietos, daugiau energijos ir dažnesnės priežiūros.

Rankomis valdomos sistemos ir automatizuotos ląstelės

Šaltinio tipas yra tik pusė istorijos. Sistemos formatas keičia tai, kaip procesas naudojamas. fibros laserinis suvienydintuvas rankinis įrenginys paprastai naudojamas remontui, netolygioms siūlėms, prototipams, trumpoms serijoms ir darbams, kai svarbus greitas paruošimas. Rankinio ir robotizuoto įrenginio palyginimas apibūdina rankinius vienetus kaip lankstius, paprastus paleisti ir naudingus ribotose ar nepatogiose vietose.

Automatinis lazerinio suvirinimo sistemos yra sukurtos kitam ritmui. Jos remiasi programuotais keliais, tvirtinimo įtaisais, jutikliais ir saugos apsauginėmis konstrukcijomis, kad būtų galima gauti pakartotinus suvirinimus per daugelį ciklų. Kadangi pluoštinio lazerio suvirinimas gali nukreipti spindulį per lankstų kabelį į robotu valdomą galvutę, jis ypač gerai tinka robotizuotai gamybai. Priešingai, veidrodžiais nukreipiamos CO₂ sistemos yra mažiau patogios, kai spindulio kelias turi judėti aplink užimtą gamybos zoną.

Kaip įrangos pasirinkimas keičia suvirinimo rezultatus

Skirtinga lazerinės suvirinimo mašinos net prieš nustatymų koregavimą gali sukurti labai skirtingą suvirinimo elgseną. Rankinis įrankis gali užtikrinti geresnį prieigą prie sudėtingos jungties. Automatinė ląstelė gali nuosekliau išlaikyti judėjimo kelią ir atstumą iki detalės. Kompaktiška pluoštinė sistema gali supaprastinti robotų integravimą, tuo tarpu didesnė CO2 sistema gali reikalauti daugiau vietos planavimo ir priežiūros. Kitaip tariant, įrangos pasirinkimas pats savaime ne garantuoja suvirinimo kokybės, bet nustato ribas, kurias procesas gali patikimai įvykdyti. Šios ribos tampa matomos kitame sprendimų priėmimo lygyje: galia, dėmės dydis, fokusuotės padėtis, greitis, dujų apsauga ir tikslus surinkimas.

Lazerinio suvirinimo nustatymai, kurie formuoja suvirinimo kokybę

Įranga sukuria galimybes. Nustatymai nusprendžia, ar šios galimybės taps tvirta jungtimi. Jei jūsų kyla klausimas ar lazerinis suvirinimas yra stiprus , praktiškas atsakymas yra taip, kai nustatymai užtikrina visišką susiliejimą ir išvengia defektų. Kitaip tariant, lazerinio suvirinimo stiprumas kyla iš kontroliuojamos energijos, stabilios sąjungos sąlygų ir švaraus proceso disciplinos, o ne tik iš spindulio pavadinimo.

Maitinimo taško dydis ir fokuso padėtis

Galia yra lazerio energijos kiekis, kuris yra prieinamas sąjungai lydyti. Spalvos dydis nurodo, kaip tankiai ši energija susikaupia. Židinio padėtis yra mažiausios ir intensyviausios spindulio dalies padėtis santykinai prie darbo paviršiaus. „ LBW peržiūroje “, fokuso poslinkis virš arba žemiau idealios padėties sumažina realią galios tankį, keičia siūlės formą, išplečia suvirinimą ir sumažina įpenetravimą. Todėl du nustatymai su panašia galia gali duoti labai skirtingus lazerinio suvirinimo įpenetravimą .

Taip pat svarbu spindulio režimas. Tarp pagrindinių lazerinio suvirinimo tipų , laidymo režimas naudoja mažesnę energijos tankio vertę ir dažniausiai sukelia seklesnius, platesnius suvirinimus. Raktinės skylės lazerinis suvirinimas naudoja didesnę energijos tankio vertę, kad būtų sukurtas gilesnis, siauresnis lydymasis. Laserax vadovas taip pat paaiškina, kodėl dėmesys turi būti skiriamas taško dydžiui: mažesnis taškas padidina intensyvumą ir įgriovimą, tačiau taip pat reikalauja tikslingesnio pozicionavimo ir sujungimo tikslumo. Didesnis taškas šilumą paskleidžia platesniame plote, kas gali padėti kai kurioms jungties sąlygoms, bet dažniausiai sumažina įgriovimo gylį.

Judėjimo greitis, apsauginė duja ir sujungimo tikslumas

Kelionės greitis kontroliuoja, kiek laiko spindulys lieka virš kiekvienos siūlės dalies. Tas pats apžvalgos straipsnis nurodo, kad padidinus greitį esant pastoviai galiai, suvirinimas tampa siauresnis ir dažniausiai seklesnis. Per daug padidinus greitį, kyla rizika nepakankamo įgriovimo arba nepakankamo suvirinimo. Judėjimas per lėtai sukelia šilumos kaupimąsi, todėl padidėja siūlės plotis, iškraipymo rizika, nuvaržymas arba perdegimas.

Apsauga nuo dujų apsaugo lydymo baseiną ir padeda valdyti plazmos srautą. Tiek Laserax nurodymai, tiek GWK trikčių šalinimo vadovas susieja silpną dujų apsaugą su oksidacija, poromis ir nestabiliu suvirinimu. Per mažai dujų leidžia užteršimą. Per daug dujų gali sukelti turbulenciją arba sutrikdyti baseiną, jei žarna nukreipta netinkamai.

Sujungimo paruošimas reiškia, kaip tiksliai detalės prilygsta viena kitai. Suspaudimas laiko jas vietoje. Paviršiaus švarumas dengia oksidus, aliejų, rūdį, dažus, skalę ir drėgmę. Šie dalykai atrodo paprasti, tačiau spindulio suvienodinimo technologija čia nėra labai atlaidus. Laserax medžiagų pastabose nurodyta paplitusi lapinės jungties taisyklė – leistinas tarpas turi būti apytiksliai 10–20 procentų storesnės plokštės storio, o daugelyje taikymų tarpas turėtų būti išlaikomas mažesniu nei 0,1 mm. Nešvarūs ar atviri sujungimai dažnai sukelia tas pačias problemas, kurias operatoriai bando išspręsti keisdami galios parametrus.

Kaip paruošimo pasirinkimai veikia įvaržymą ir siūlės kokybę

• Prieš pirmąjį laikiną suvirinimą ar pravažiavimą patikrinkite, ar sujungiamasis paviršius švarus ir sausas.
• Prieš keisdami galios parametrus patikrinkite tarpų kontrolę ir spaustukų slėgį.
• Patikrinkite fokuso poziciją ir žarnos išdėstymą tikrojoje suvirinimo vietoje.
• Derindami ar trikdydami gedimus keiskite po vieną kintamąjį.
• Patvirtinkite rezultatus naudodami pjūvio skrodimus, tempimo bandymus ar kitus apžiūros metodus.

Tai tikrasis šio reiškinio modelis: spindulio suvienodinimo technologija kiekvienas nustatymas keičia lydytosios duobės dydį, gylį ir stabilumą, o kintamieji tarpusavyje sąveikauja. Receptas, puikiai veikiantis viename lydinyje, gali elgtis visiškai kitaip kitame lydinyje, todėl medžiagos pasirinkimui reikia skirti atskirą dėmesį.

Lazerinio suvirinimo metalų ir jungčių pritaikymo vadovas

Medžiaga keičia viską. Nustatymas, kuris be problemų veikia plieno suvirinimui, gali sukelti sunkumų vario suvirinime, o patikima galinė jungtis gali susilūžti, jei ta pati medžiaga būtų pakeista į laisvą uždengiamąją jungtį. Todėl metalo pasirinkimas, paviršiaus būklė ir jungčių pritaikymas turi būti vertinami kartu. Lazeriniame suvirinime svarbiausi medžiagų klausimai yra paprasti: kaip gerai metalas sugeria spindulį, kaip greitai jis perduoda šilumą, kiek jis jautrus užteršimui ir kas nutinka, jei jungties tarpelis išsiplečia?

Nerūdijantis plienas ir anglies plienas

Nerūdijantis plienas paprastai yra vienas lengviausių medžiagų suvirinti lazeriu. Kasdienėje gamyboje nerūdijančio plieno lazerinis suvirinimas vertinamas dėl to, kad suskoncentruota šiluma gali riboti deformacijas lakštams, vamzdeliams ir tiksliesiems komponentams. Tačiau kompromisas yra tas, kad nerūdijantis plienas vis dar „baudžia“ netinkamą apsauginės dujų srauto tiekimą ir nešvarias paviršių. Jei nepakankamai kontroliuojama šiluma arba nepakankama dujų apsauga, gali pasireikšti apatinio paviršiaus oksidacija, spalvos pakeitimas ir sumažėjusi korozijos atsparumas.

Anglies plienas taip pat yra puikus kandidatas. Jis paprastai geriau sugeria lazerio energiją nei labai atspindintys metalai, todėl procesų stabilumas dažnai pasiekiamas lengviau. Plonesnėse detalėse mažesnis šilumos įvedimas gali padėti sumažinti perdegimą ir pakartotinį apdorojimą palyginti su platesniais lankiniais procesais. Vis dėlto anglies plienas nėra atleidžiantis tarpų. Užterštumas, įstrigusios dujos ir nestabilūs kraštai vis tiek gali sukelti poringumą ar suvirinimo nepilnumumus.

Aliuminis, varis ir titanas

Aliuminis ir varis yra reikalaujamesni, nes abu atspindi didelę įeinamosios lazerinės energijos dalį ir greitai pašalina šilumą. Paskelbti atšvaitumo duomenys tipiškoms infraraudonosios spinduliuotės bangos ilgiams nustato vario atšvaitumą arti 0,99, o aliuminio – arti 0,91, kur kas aukščiau nei geležies ir titano. Todėl lazerinis aliuminio suvirinimas paprastai reikalauja tikresnio proceso valdymo nei plieno. Paviršiaus oksidai, tepalai ir drėgmė turi didesnę reikšmę, o vandenilio sąlygotas poršumas tampa tikru pavojumi. Dirbtuvėse, suvarinanti 6061 aliuminį , atidus valymas, tikslus detalių pritaikymas ir spindulio valdymas paprastai yra ne mažiau svarbūs nei tiesioginė galia.

Varis kelia dar vieną iššūkį, nes jis taip greitai pašalina šilumą, kad suvirinimo pradžia gali būti nestabili. Tikslus fokusavimas ir stabilus lygiavimas tampa kritiškai svarbūs. Titanas yra priešingame problemų žemėlapio gale. Jis pakankamai gerai sugeria lazerinę energiją, todėl lazerinis titano suvirinimas gali sukurti tikslų suvirinimą su maža šilumos poveikio zona. Pagautis yra reaktyvumas. Karštas titanas lengvai prasigeria deguonį, azotą ir vandenilį, todėl apsauginės dujų kokybė turi būti nuolat puiki, kitaip suvirinimas greitai susilaužys.

Skirtingų metalų sujungimų projektavimas ir papildomų medžiagų parinkimas

Cinkuota plieno lakštinė medžiaga yra suvirinama, tačiau cinko danga keičia taisykles. Cinkas lydosi ir garuoja anksčiau nei pagrindinis plienas, dėl ko gali susidaryti dūmai, poringumas, oksidų įtraukos ir dangos praradimas. Pastabos apie cinkuotos plieno lakštinės medžiagos suvirinimą taip pat paaiškina, kodėl procesų langai labai priklauso nuo storio ir įrengimo. Publikuoti rankinių įrankių pavyzdžiai dažnai orientuojasi į apytiksliai 1–2 mm storio lakštus, tuo tarpu didesnės galios vienkartinio pravažiavimo pavyzdžiai tam tikromis sąlygomis gali pasiekti apytiksliai 5–6 mm storį. Praktikoje viršutiniai sujungimai (lapų jungtys) su danga reikalauja ypatingo dėmesio, nes garai gali įstrigti sąveikos vietoje.

Skirtingų metalų sujungimai reikalauja dar didesnio atsargumo. Jei paklaustumėte: ar galima suvirinti anglies plieną su nerūdijančiu plienu? , praktiškas atsakymas kartais yra „taip“, tačiau reikia atidžiai kontroliuoti metalurgiją ir skiedimą, o papildomasis lydymo metalas gali padėti. Jei klausimas yra ar galima suvirinti titaną su plieno lydiniu? , tai yra žymiai sudėtingesnis atvejis, nes trapūs tarpmetalio junginiai gali susidaryti labai lengvai. Ta pati atsargumo priemonė taikoma ir aliuminio suplatinimui lazeriu prie plieno . Šiems junginiams gali prireikti papildomos medžiagos, perėjimo sluoksnių, dengiamųjų sluoksnių ar net kitos technologijos, pvz., lazerinio braidymo vietoj tiesioginio suvirinimo.

Sujungimo geometrija yra tokia pat svarbi kaip ir cheminė sudėtis. Sujungimo konstravimo rekomendacijos dažniausiai rekomenduoja siūlės sujungimus švariam prasiskverbimui, tuo tarpu uždėtiniai, kraštiniai ir T formos sujungimai kelia didesnius reikalavimus spindulio pasiekiamumui, spaustuvų tvirtinimui ir tarpų valdymui. Lazerinis suvirinimas puikiai tinka daugeliui metalų, tačiau geriausiai veikia su tiksliai pritaikytais kraštais, švariais paviršiais ir konstrukcija, kuri neprašo spindulio „peršokti“ netiksliai pritaikytų detalių tarpus.

Nerūdijančiojo plieno korpusas, titano implantas ir cinkuota automobilių plokštė visi gali būti suvirinami, tačiau jie reikalauja skirtingų procesų savybių. Medžiagų suderinamumas yra tik pusė sprendimo. Tikslumas, greitis, prieinamumas, tarpų tolerancija ir gamybos apimtis lemia, ar lazerinis suvirinimas yra geriausias įrankis arba ar geriau naudoti TIG, MIG, taškinį suvirinimą ar kitą metodą.

Lazerinio suvirinimo privalumai ir ribos palyginti su kitais sujungimo metodais

Metalas gali būti suvirinamas lazeriu, tačiau vis tiek būti netinkamas šiam procesui. Tai ir yra tikrasis sprendimo momentas. Proceso pasirinkimas – tai ne tik klausimas, ar spindulys gali sujungti detalių. Tai klausimas, ar šis metodas atitinka detalės geometriją, montavimo tikslumą, gamybos apimtis ir galutinio paviršiaus reikalavimus. Nesenai išleisto „Fox Valley“ vadovo duomenimis, lazerinis suvirinimas vertinamas labai aukštai dėl deformacijų kontrolės, estetinio vaizdo ir greičio ilguose siūluose, tuo tarpu MIG suvirinimas aprašomas kaip labiau atlaidus didesnėms konstrukcijoms, o TIG – kaip lėtesnis, bet puikus tiksliai ir švariai suvirinti. EBM mašinų palyginimas prideda kitą svarbią priešpriešą: elektronų spindulio suvirinimas leidžia pasiekti gilesnį įvaržymą, tačiau reikalauja vakuumo aplinkos ir turi didesnę pradinę kainą.

Ten, kur lazerinis suvirinimas turi aiškią pranašumą

Pagrindiniai lazerinio suvirinimo pranašumai pasireiškia tada, kai siūlė reikalauja tiksliai kontroliuojamos šilumos, pakartojamumo ir siauro suvirinimo profilio. Todėl šis procesas dažnai pasirenkamas plonoms metalinėms lakštams, matomoms siūlėms ir automatizuotoms gamybos kameroms. Nuolatiniai siūliai, pvz., lazerinė siūlės suvirinimo technologija korpusuose, laikikliuose ir tiksliai surinktuose mazguose yra dažni pavyzdžiai. A lazerinė taškinio suvirinimo technologija taip pat gali būti naudinga, kai reikia tik mažų lokalizuotų sujungimų, ypač tada, kai lankinio suvirinimo priemonės pasiekiamumas yra nepatogus.

Privalumai

• Žemas, suskoncentruotas šilumos įvedimas lyginant su platesniais lankinio suvirinimo procesais, dėl ko sumažėja deformacijos.
• Puikus sprendimas estetinėms siūlėms ir detalėms, kurios neturėtų reikėti daug valyti.
• Didelis našumas ilgoms siūlėms tinkamoje medžiagoje ir storio ribose.
• Puiki suderinamumas su robotais ir automatizuota judėjimo kelių valdymo sistema.
• Naudinga mažoms, tiksliai nustatytoms suvirinimo zonoms, kur plati siūlė būtų problema.

Trūkumai

• Daug labiau jautri jungties tarpą, išdėstymą ir paviršiaus būklę nei MIG suvirinimas.
• Įrangos kaina dažniausiai yra aukštesnė nei paprastų lankinio suvirinimo įrengimų.
• Ne visada geriausia kaina-kokybės santykio parinktis storiems, tarpus paliekančiams ar labai kintamiems sujungimams.
• Parametrų klaidos gali greitai pasireikšti kaip nepakankamas suvirinimas, nepilnas užpildymas ar perdegimas.

Kur kitos sujungimo metodų galėtų būti tinkamesnės

MIG dažnai yra praktiškiausias pasirinkimas, kai darbas yra konstrukcinis, sujungimas didesnis arba tikslus sujungimas yra mažiau kontroliuojamas. Fox Valley šaltinis apibūdina jį kaip naudingą ir atleidžiantį, kai svarbesni yra tarpai ir greitis, o ne subtilus išvaizdos kokybės lygis. TIG yra priešingame rankinio valdymo spektro gale. Jis lėtesnis, tačiau suteikia operatoriui puikų valdymą ir labai švarius suvirinimus, todėl jis išlieka populiarus mažoms serijoms, remontui ir išvaizdai kritiškose detalėse.

Varžos taškinis suvirinimas įsitvirtina tada, kai susiklostančios plokštės reikalauja tik atskirų taškų, taškinis suvirinimas o ne nuolatinės siūlės. Kitaip tariant, jei konstrukcijoje numatyti taškai, o ne linijos, varžos suvirinimo procesas gali būti paprastesnis nei pilnosios siūlės suformavimo paruošimas lazerinė siūlės suvirinimo technologija hibridinis suvirinimas vertas apsvarstyti, kai dirbtuvė nori pasinaudoti kai kuriais lazerio privalumais, bet reikia didesnės tarpų užpildymo galios ar papildomos pripildymo medžiagos paramos, nei grynas lazerinis suvirinimas patogiai suteikia. Be to, kai kuriose dengtose ar išvaizdai jautriose konstrukcijose lazerinis lydymo suvirinimas gali būti aptariamas vietoj visiško lydymo suvirinimo.

Į lazerinis suvirinimas prieš elektronų spindulio suvirinimą , skirtukas dažniausiai yra įveržimo gylis, vakuumo reikalavimai ir gamybos lankstumas. Elektronų spindulio suvirinimas žinomas dėl labai gilaus įveržimo ir aukštos tikslumo, tačiau tame pačiame EBM šaltinyje nurodoma, kad jis dažniausiai reikalauja vakuumo kameros. Lazeriniai sistemos to nereikalauja, todėl jas lengviau integruoti į įprastas gamyklos planavimo schemos ir automatizuotas linijas.

Lazerinis suvirinimas palyginti su TIG, MIG, taškiniu ir elektronų spindulio suvirinimu

Dar viena svarbi skirtis netek specialistams: suvirinimas prieš lydymą tai ne tik temperatūros skirtumas. Jei jūsų komanda klausia: koks skirtumas tarp lydymo ir suvirinimo , paprastas atsakymas yra tas, kad suvirinimas sujungia pagrindines medžiagas, o lydymas sujungia detales naudojant žemesnės lydymosi temperatūros pildomąją medžiagą, nepalietus pačios pagrindinės metalinės medžiagos. Dėl to lydymas yra naudingas elektriniams ir lengvosioms jungtims, tačiau jis negali būti struktūrinio suvirinimo pakaitalu.

• Gerbiausiai tinka lazeriui: tikslus sujungimas, plonos iki vidutinio storio dalys, matomi siūlai, kartojama gamyba, robotizuotos ląstelės ir detalės, kuriose svarbu mažas deformavimasis.
• Blogiausiai tinka lazeriui: dideli tarpai, nestabilus paruošimas, labai storesnės dalys, reikalaujančios ekstremalaus įgriovimo, arba darbai, kuriems paprastas rankinis procesas yra ekonomiškesnis.
• Ribinės situacijos: lokaliuosius sujungimus gali palankiai veikti lazerinė taškinio suvirinimo technologija , tuo tarpu dengtos plokštės ar išvaizdą nulemiantys sujungimai gali rodyti į lazerinis lydymo suvirinimas arba mišrią procesų strategiją.

Dažniausiai prastiausi suvirinimo rezultatai nėra paslaptingi. Jie dažniausiai kyla dėl neatitikties tarp proceso, sujungimo būklės ir energijos įvesties. Būtent čia prasideda matomi simptomai – nuo porų ir įtrūkimų iki nepakankamos suvirinimo ir iššokančių lašelių.

Lazerinio suvirinimo defektai

Įspėjamieji ženklai dažniausiai pastebimi dar prieš tai, kai blogas sujungimas pasireiškia bandymuose. Lazeriniame suvirinime defektai retai pasirodo staiga. Jie dažniausiai kyla iš riboto kontroliuojamų problemų sąrašo: nestabili energija siūlėje, nešvarus medžiagos paviršius, silpna apsauginė dujų aplinka, prastos optikos būklė ar netikslus detalių pritaikymas. Žemiau pateikti simptomų modeliai glaudžiai susiję su defektų vadove , BIW analize ir kokybės problemų vadovu .

Dauguma lazerinio suvirinimo defektų kyla dėl keturių pagrindų: energijos tankio, švaros, dujinės apsaugos ir sujungimo kontrolės.

Porėtumas, įtrūkimai ir nepakankamas suvirinimo tūris

Greitas porėtumo suvirinimo apibrėžimas tai reiškia, kad dujos įstrigsta lydytame baseine ir sušąla kaip mažos tuštumos. Šaltiniuose porėtumas siejamas su nešvariais paviršiais, cinkuotų lakštų cinko garais, netinkamu dujų srauto kryptimi bei giliais ir greitai vėsčiančiais suvirinimo baseinais, kuriose dujos neturi laiko išeiti. Raktinės angos nestabilumas gali šią problemą dar labiau pabloginti.

Įtrūkimai – tai kitoks gedimo tipas. Jei pastebite įtrūkimus suvirinimuose auštant, šaltiniai nurodo susitraukimo įtempimus prieš visišką sukietėjimą, greitą aušinimą bei įtrūkimams linkusius medžiagų tipus, pvz., aukšto anglies kiekio plieną ar kietintus lydinius. Praktiniai sprendimai apima išankstinį įkaitinimą, kontroliuojamą aušinimą ir, kai kuriais atvejais, laidinio skruzdėlio naudojimą, kad būtų sumažinti susitraukimo įtempimai.

Per mažas suvirinimo siūlės užpildymas dažniausiai pasireiškia įdubusia siūle, žema siūlės viršūne ar vietine įduba. Šis defektas dažnai kyla dėl nestabilaus laidinio elektrodo padavimo, netikslaus spindulio pozicionavimo arba per didelės suvirinimo greičio ir per mažos galios derinio, dėl kurio suvirinimo siūlė lieka nepakankamai užpildyta metalu. Jis taip pat gali pasireikšti, kai šviesos dėmė nukrypsta nuo tikrosios sujungimo centro.

Suliejimo trūkumas, prastos skvarbos defektas ir perdegimas

Prastos skvarbos defektas ir suliejimo trūkumas gamykloje dažnai laikomi vienu ir tuo pačiu defekto tipu, tačiau jie rodo šiek tiek skirtingus reiškinius. Prastos skvarbos defektas reiškia, kad suvirinimo siūlė nepakanka giliai įsiskverbia į sujungimą. Suliejimo trūkumas reiškia, kad dalis sujungimo paviršiaus ar šoninės sienelės iš viso nebuvo tikrai suvirinta. BIW nuoroda abu šiuos defektus sieja su per maža lazerio energija suvirinimo siūlėje, kuri dažnai kyla dėl per mažos galios, užterštos ar pažeistos apsauginės lęšio, neatitinkamo fokuso centro ar neteisingo spindulio kampo.

Perdegimas yra priešinga problema. Šiuo atveju šilumos įvedimas yra per didelis jungties būklei, todėl lydytosios medžiagos baseinas prasiveržia per apdorojamąjį detalę. BIW medžiagose nurodoma, kad jei perdega tik pirmasis sluoksnis, tai gali būti dėl per didelio plokščių tarpelio. Jei perdega visa siūlė, tai tikėtina, kad patys parametrų nustatymai yra neteisingi. Tas pats BIW analizė rekomenduoja ilgalaikiui šios taikomosios programos valdymui palaikyti plokščių tarpelį mažesnį nei 0,2 mm.

Perdaug virinimo iššaukiamąjį metalą yra viena lengviausių pastebėti defektų. Šaltiniai sieja jį su netinkamu valymu, aliejumi ar paviršiaus teršalais, cinkuotomis dengtimis ir per aukšta galios tankiu. Paieškos kalboje tai dažnai pasirodo kaip švitinimo su iššokančiais lašais suvirinimas problema, tačiau jos šakninių priežasčių paprastai reikia ieškoti procesų stabilumo ir paviršiaus būklės, o ne kažkokio paslaptingo atskiro defekto.

Korekcijos veiksmai, pagerinantys suvirinimo vientisumą

Kai pasireiškia defektas, keičiant keliuosius parametrus vienu metu dažnai paslepiamas tikrasis defekto priežastis. Geriau naudoti paprastą ir pakartotiną trikčių šalinimo tvarką:

• Pirmiausia išvalykite sujungimą, purkštuko sritį ir apsauginę objektyvą.
• Patikrinkite dujų rūšį, dujų srauto kryptį, purkštuko kampą ir darbinį atstumą.
• Patikrinkite fokuso padėtį, spindulio centruotę ir suvirinimo galvutės kampą.
• Tik tada pakartotinai sureguliuokite galios, greičio, impulsų arba virpėjimo parametrus bei laidinio įtaiso padavimą.
• Prieš patvirtindami technologinę schemą, patikrinkite tarpų kontrolę, sukabintų detalių pritvirtinimą ir detalių pakartojamumą.

Ši seka yra svarbi, nes daugelis taip vadinamų parametrų problemų iš esmės prasideda kaip paruošimo problemos. Be to, kai defektai kartojasi net po to, kai suvirinimo technologinė schema atrodo tinkama, problema dažnai yra platesnė nei vieno siūlės klausimas. Ji pradeda kelti klausimus apie tvirtinimo įrenginius, proceso valdymą, patvirtinimą ir tai, ar darbą reikėtų vykdyti vidinėje gamyboje, ar patikėti specialistui, kuris taiko griežtesnius gamybos reikalavimus.

Lazerinio suvirinimo taikymo sričių ir tinkamo partnerio pasirinkimas

Kai trūkumai kartojasi, problema dažnai išeina už vienos suvirinimo receptūros ribų. Tai tampa sprendimo „gaminti arba pirkti“ klausimu. Daugeliui lazerinio suvirinimo taikymų , tikrasis klausimas yra ar jūsų gamybos apimtys, tvirtinimo įrenginių naudojimo tikslumas ir kokybės reikalavimai pakankamai aukšti, kad pateisintų šio proceso savinimą. „Groupe Hyperforme“ šį pasirinkimą formuoja remdamasi tiesiogine kontrolės galimybe, gamybos lankstumu, pristatymo terminais, prieiga prie pažangios technologijos bei įrangos ir personalo įsigijimui reikalingomis investicijomis.

Geriausiai tinka lazeriniam suvirinimui

• Gaminti viduje kai apimtys yra pastovios, detalės geometrija kartojama, o tvirtinimo įrenginiai gali nuolat tiksliai laikyti sujungimą.
• Gaminti viduje kai jūsų komanda gali užtikrinti mokymus, techninę priežiūrą ir dokumentuotą kokybės kontrolę pramoninis laserinis suvienodinimas .
• Išimtinai užsakoma kai paklausa kyla ir krenta, paleidimo terminai suspausti arba kapitalas pramoninis lazerio suvirintuvas ir kiti automatinė suvirinimo įranga yra sunkiai pateisinamas.
• Išimtinai užsakoma kada automatizuotas laserinis suvienodinimas reikia, bet jūsų gamykla dar nėra pasirengusi robotų integracijai, tvirtinimo įrenginių kūrimui ir patvirtinimo darbams.
• Pristabdyti ir patvirtinti kai konstrukcinėms detalėms reikia oficialių patikrinimo įrašų, pakeitimų valdymo ir leidimo kriterijų prieš pradedant gamybą.

Atsakomybė pramoniniai lazeriniai suvirinimo įrenginiai turi prasmės tik tada, kai įrenginiai visada užimti ir aplink juos sukurtas subrendęs palaikymo tinklas.

Kai išorės tiekimas yra praktiškai pagrįstas

Išorės tiekimas dažnai yra geriausias sprendimas, kai reikia specializuotos patirties, lankstaus pajėgumų naudojimo ar greitesnio prieigos prie pažangaus procesų be visiško vidaus sistemos sukūrimo. Tas pats šaltinis nurodo, kad išorės partneriai gali sumažinti įrangos investicijų, personalo ir mokymų naštą, taip pat padėti gamintojams greičiau reaguoti į keičiamus projektų poreikius.

• Shaoyi Metal Technology : aktualus pavyzdys automobilių lazerinės suvirinimo pirkėjams, kuriems reikia robotizuotų suvirinimo linijų, IATF 16949 sertifikuotos kokybės sistemos ir rėmo detalių palaikymo plienui, aliuminiui ir kitiems metalams.
• Kiti kvalifikuoti tiekėjai: vertinkite juos pagal tuos pačius procesų, kokybės ir tiekimo rizikos kriterijus, o ne tik remdamiesi pateikta kaina.

Tai svarbu, nes automatizuota suvaržymo įranga yra tik viena lygties dalis. Fiksuojamųjų įrenginių kokybė, kontrolės disciplina ir nuolatinumo planavimas lemia, ar gamyba išlieka stabilioje būsenoje.

Ką ieškoti automobilių suvirinimo partnerio

1. Patikrinkite tiekėjo riziką dėl produkto atitikties ir neperspindinčios tiekimo grandinės.
2. Peržiūrėkite faktinę kokybės ir pristatymo našumą, o ne tik deklaruojamą pajėgumą.
3. Patikrinkite kokybės valdymo sistemą ir susijusias sertifikacijas.
4. Įvertinkite gamybos galimybes, reikiamą technologiją, personalą ir infrastruktūrą.
5. Paklauskite, kaip tvarkomi konstrukcijos pakeitimai, logistika, klientų aptarnavimas ir verslo nuolatinumas.
6. Naudokite tarpfunkcinį vertinimą, įtraukiantį pirkimų, inžinerijos, kokybės ir gamybos skyrius.

Šiame dokumente pateikti atrankos veiksniai IATF 16949 nurodymai laikyti dėmesį ten, kur jam ir reikėtų būti: atitikties, pristatymo, pajėgumų ir nuolatinumo užtikrinime. Praktikoje teisingas pasirinkimas – ne tik įsigyti įrangos ar pavesti darbą pirmam pasitaikiusiam tiekėjui. Tai – procesų savininkystės pritaikymas jūsų gamybos apimčiai, rizikai ir kokybės reikalavimams.

Lazerinio suvirinimo DUK

1. Kas yra lazerinis suvirinimas ir kaip jis skiriasi nuo lazerinio pjovimo?

Lazerinis suvirinimas sujungia dalis, ištirpdamas siaurą liniją, kur susitinka dvi detalės, o tada leidžia šiam ištirpusiam metalui sušalti ir suaugti į vieną jungtį. Lazerinis pjovimas naudoja tą pačią bendrojo tipo energijos šaltinį priešingam tikslui – medžiagos atskyrimui. Trumpai tariant, suvirinimas sujungia komponentus, o pjovimas pašalina medžiagą, kad būtų sukurtas kraštas ar anga.

2. Kaip lazerinis suvirintuvas sukuria suvirinimą?

Lazerinis suvirintojas sukuria spindulį, nukreipia jį per optiką ir suskaido į siūlės vietą, kad metalas susprogtų suskoncentruotą energiją labai mažoje vietoje. Tai sukuria mažytę lydžiosios metalo pūslelę, kuri juda palei siūlę, kai spindulys juda. Skystasis metalas po to atšyla už spindulio ir suformuoja galutinę suvirintą siūlę. Kai energijos tankis yra žemesnis, suvirinta siūlė paprastai būna seklesnė ir platesnė, o didesnis energijos tankis gali sukurti gilesnį įsiskverbimą.

3. Kokius metalus galima sėkmingai suvirinti lazeriu?

Nerūdijantis plienas ir anglies plienas dažniausiai yra lengviausias pradžios taškas, nes jie paprastai yra lengviau valdomi nei labai atspindintys metalai. Aliuminį, varį, titano ir cinkuotą plieną taip pat galima suvirinti lazeriu, tačiau šiuose atvejuose reikia tiksliau stebėti paviršiaus valymą, apsaugą nuo dujų, atspindėjimą, dengiamuosius sluoksnius ir siūlės tarpų tikslumą. Skirtingų metalų junginiai yra sudėtingesni ir gali reikalauti papildomos pripildymo medžiagos, perėjimo sluoksnių ar visiškai kitos sujungimo metodikos.

4. Ar lazerinis suvirinimas yra stipresnis nei TIG ar MIG suvirinimas?

Lazerinė suvirinimo technologija nėra automatiškai stipresnė tik dėl proceso pavadinimo. Jungties stiprumas priklauso nuo visiško suvirinimo, tinkamo nustatymo, stabilios detalių padėties ir defektų, tokių kaip poringumas ar nepakankamas įsiskverbimas, išvengimo. Lazerinė suvirinimo technologija gali sukurti labai stiprias, mažai išsivertusias jungtis, kai detalės yra tikslūs ir procesas gerai kontroliuojamas, tačiau TIG ar MIG suvirinimas gali būti tinkamesnis, kai surinkime yra platesni tarpai, storesnės dalys ar didesnės nuokrypos nuo vienos detalės iki kitos.

5. Ar gamintojui reikėtų įsigyti lazerinės suvirinimo įrangą arba paslaugą užsakyti iššalinėje įmonėje?

Įrangos įsigijimas turi daugiau prasmės, kai gamybos apimtis yra pastovi, tvirtinimo įtaisai pakartojami, o komanda gali užtikrinti priežiūrą, mokymus, patvirtinimą ir kokybės dokumentavimą. Išorinės įmonės paslaugų naudojimas dažnai yra geriausias variantas paleidimo programoms, svyruojančiam paklausui arba projektams, kuriems reikia robotizuotų ląstelių ir griežtesnių tiekėjų kontrolės priemonių be didelės pradinės investicijos. Automobilių rėmų gamybos srityje gamintojas gali įvertinti tiekėjus, tokius kaip Shaoyi Metal Technology, kartu su kitais kvalifikuotais partneriais, kai svarbiausios reikalavimų sąlygos yra IATF 16949 sistemos, robotizuotos suvirinimo galimybės bei paruoštos gamybai metalo sujungimo palaikymo paslaugos.