Kas ir lāzera metināšana? Kā tā darbojas, kur tā ir priekšrocības un kāpēc metinājumi var neizdoties

Kas ir lāzera metināšana vienkāršā valodā?

Kas ir lāzera metināšana? Vienkārši sakot, tas ir savienošanas process, kurā izmanto ļoti koncentrētu gaismas staru, lai izkausētu metālu tieši tajā vietā, kur saskaras divas detaļas. Kad šis mazais kausētās zonas apgabals atdziest, detaļas saplūst vienā savienojumā. To var arī saukt par laseru metināšana vai brīnīties, kas ir lāzera staru metināšana . Praksē šie termini attiecas uz vienu un to pašu pamatideju.

Lāzera metināšana savieno materiālus, koncentrējot lāzera enerģiju ļoti mazā vietā, radot kontrolētu kausētās masas zonu ar precīzu siltuma pievadi.

Ko nozīmē lāzera metināšana

Atšķirībā no plašākām metināšanas kategorijām, kas apraksta daudzas siltuma avotu veidus, lāzera metināšanu definē tās siltuma avots — koncentrēts lāzera stars. A lasersielie var būt lielas automatizētas šūnas vai rokas vienības daļa, taču pamatprincips paliek nemainīgs. Staru kūlis nodrošina enerģiju bez fiziskā kontakta, izkausē šauru zonu savienojumā un ļauj tam materiālam sacietēt, veidojot metinājumu.

• Tas ir bezkontakta metināšanas process.
• Tas koncentrē siltumu ļoti mazā zonā.
• Parasti tas rada šaurus metinājumus un ierobežotu siltuma ietekmēto zonu.
• Dažos gadījumos tas var izmantot piepildvielu, bet ne vienmēr.
• To bieži lieto precīzai un atkārtojamai ražošanai.

Kā laserstaru metināšana atšķiras no citiem savienošanas paņēmieniem

Cilvēki reizēm sajauc metināšanu ar lāzeru ar lāzera griešanu, taču tās nav viena un tā pati darbība. Griešana atdala materiālu. Metināšana to savieno. Tas arī atšķiras no loka procesiem, piemēram, MIG vai TIG, kuros siltuma avots ir elektriskais loks, nevis koncentrēts gaismas staru kūlis. Šī atšķirība ir iemesls, kāpēc lāzera metinājumi bieži saistīti ar smalkākām šuvēm, precīzāku siltuma regulēšanu un lielāku jutību pret detaļu savienošanu.

Kāpēc ražotāji izmanto lāzera metināšanu

Ražotāji apsver šo procesu, kad nepieciešama precizitāte, tīra šuvju ģeometrija un aprīkojums, ko viegli var integrēt ar automatizāciju. Xometry norāda tā izmantošanu tādās nozarēs kā automašīnu, aviācijas un kosmonautikas, medicīnas un elektronikas rūpniecība, kur svarīgi ir atkārtojamība un kontrolēta siltuma iedarbība. Ja jūs kādreiz esat jautājis: kas ir lāzera metinātājs , praktiskā atbilde ir vienkārša: tas ir sistēma, kas ģenerē, nodrošina un regulē šo fokusēto staru. Patiesībā tomēr svarīgākais ir tas, kā šis stars pārvērš gaismu stabila kausētā maisījuma baseinā un pēc tam — gatavā metinājumā.

Kā notiek lāzera metināšana soli pa solim?

Šī pārveidošana no fokusētas gaismas līdz gatavajai savienojumam notiek ļoti ātrā secībā. Ja jūs jautājat: kā darbojas lāzera metināšana vai kā darbojas lāzera staru metināšana , īsā atbilde ir šāda: lāzera avots ģenerē staru, optika to fokusē uz savienojumu, metāls absorbē enerģiju, veidojas kausētā maisījuma baseins, un šis baseins aiz kustīgā stara sacietē, veidojot metinājumu. Pilnā lāzera metināšanas process kļūst daudz vieglāk sekot, ja to aplūko vienu posmu uzreiz.

No lāzera avota līdz fokusētajam starojumam

Praktiskā veidā, kā atbildēt kā darbojas lāzera metinātājs ir sadalīt sistēmu trīs funkcijās: stara izveide, stara piegāde un kontrole pār notiekošo savienojuma vietā. Lāzera metināšanas procesā lāzera metināšanas process , šīs funkcijas parasti norit šādi:

1. Lāzera avots ģenerē staru. Bieži lietoti rūpnieciskie avoti ir šķiedras, CO2 un cietvielu lāzeri.
2. Staru virzienā uz metināšanas galviņu. Spoguļi, lēcas un citi optiskie elementi novirza to uz darba zonu.
3. Fokusējošie optiskie elementi samazina staru līdz ļoti mazam punktam. Enerģijas koncentrēšana ļoti mazā apgabalā ir tas, kas padara metināšanu iespējamu.
4. Detaļas tiek sagatavotas un izlīdzinātas. Uzturiekārtas vai automatizētās sistēmas notur savienojumu pareizajā pozīcijā, lai stars precīzi ietekmētu šuvju.
5. Aizsarggāze aizsargā metināšanas zonu. Gāzes, piemēram, argons vai helijs, palīdz uzturēt kausēto metālu tīrāku, ierobežojot oksidāciju un piesārņojumu.
6. Metāls absorbē lāzera enerģiju. Virsmas temperatūra pie savienojuma līnijas strauji paaugstinās un sasniedz kausēšanās temperatūru.
7. Veidojas kausējuma baseins un pārvietojas. Kad stars vai apstrādājamais priekšmets pārvietojas, baseins seko šuvē un savieno abas malas.
8. Metinājums sacietē. Kad stars pārvietojas tālāk, šķidrais metāls atdziest un sasalst, veidojot pabeigtu savienojumu.

Kā veidojas un sacietē kausējuma baseins

Kausējuma baseins ir procesa sirds. Tas ir mazs, kontrolējams un īslaicīgs. Kad stars ietek uz savienojumu, absorbētais gaisma pārvēršas par siltumu. Šis siltums izkausē pamatmetālu tieši tajā vietā, kur detaļas saskaras. Daudzās lietojumprogrammās nav nepieciešams piepildījuma metāls, tāpēc pašas pamatmateriālu savienojums veido metinājumu. Kad stars virzās uz priekšu, baseina priekšdaļa turpina izkausēt jaunu materiālu, kamēr baseina aizmugure atdziest un sacietē. Tāpēc šis process var radīt šauras šuves ar ļoti lokalizētu siltumu salīdzinājumā ar plašāku siltuma avotu metodēm.

Šeit ir svarīgi tīri virsmas, stabila savienojuma montāža un vienmērīga kustība. Pat neliela spraugas, fokusa vai pārvietošanās ātruma izmaiņa var ietekmēt baseina uzvedību, kas ir viena no iemesliem, kāpēc lBW metināšanas process ir pazīstams ar precizitāti, bet arī ar uzstādīšanas jutību.

Vadības režīma un atslēgas cauruma režīma skaidrojums

Vadības režīma metinājumi parasti ir seklāki un platāki, kamēr atslēgas cauruma metinājumi ir dziļāki un šaurāki, jo augstāka enerģijas blīvuma dēļ metālā veidojas tvaika piepildīta dobuma.

Šeit sāk kļūt svarīga kā darbojas lasersvārstīšana tehniskā puse. EWI definē jaudas blīvumu kā lāzera jaudu, dalītu ar fokusētā gaisma punkta laukumu. Zemākā jaudas blīvumā siltums galvenokārt izplatās no virsmas materiālā, veidojot platumā lielāku un seklāku metinājumu. Augstākā jaudas blīvumā metāls var iztvaikot un veidot mazu dobumu, ko sauc par atslēgas caurumu, kas ļauj enerģijai nonākt dziļāk savienojumā.

Detalizētāka vadlīnija no AMADA WELD TECH veido vadības režīmu apmēram 0,5 MW/cm², pārejas reģionu apmēram 1 MW/cm² un atveres režīmu virs aptuveni 1,5 MW/cm². Vienkāršākiem vārdiem sakot, enerģijas blīvuma palielināšana parasti palielina iedziļinājumu un maina šuves formu no plakanas-un-platas uz dziļu-un-šauru. Arī braukšanas ātrums ir svarīgs faktors. Augstāks ātrums būtiski samazina metinājuma platumu un var arī samazināt iedziļinājumu, īpaši tad, ja staru kūlis vairs neuztur metināšanas lāsīti stabila.

Secība paliek tāda pati, taču tās izveides veids var ievērojami atšķirties atkarībā no lāzera avota, staru piegādes metodes un no tā, vai sistēma ir izstrādāta rokas darbam vai pilnīgai automatizācijai.

Lāzera metināšanas mašīnas, avoti un staru piegāde

Šī variācija sākas pat avotā. Kad cilvēki salīdzina lāzera metināšanas iekārta , viņi parasti salīdzina ne tikai tīro jaudu. Viņi salīdzina, kā tiek veidots staru stars, kā tas nonāk līdz savienojumam un cik viegli aprīkojums iederas reālā ražošanā. Šie izvēles faktori ietekmē absorbciju, apkopes vajadzības, automatizācijas potenciālu un ikdienas elastību ražotnē.

Šķiedras CO2 un cietvielu lāzeru avoti

A mūsdienu lāzeru metināšanas (LBW) pārskats paskaidro, ka cietvielu avoti, piemēram, šķiedras, diska, diodu un Nd:YAG lāzeri, izmanto daudz īsākas viļņu garumus nekā CO2 lāzeri. Praktiskos apsvērumos tas ir svarīgi divu lielu iemeslu dēļ. Pirmkārt, īsāku viļņu garumu cietvielu staru absorbē daudzas metālu virsmas labāk nekā CO2 starus. Otrkārt, šos starus var novadīt caur elastīgiem optiskajiem šķiedras vadītājiem, kas ir būtisks priekšrocības faktors attālinātajām galviņām, robotiem un kompaktajām izvietojuma shēmām. Tāpēc šķiedru lasersiešana ir tik cieši saistīts ar automatizāciju.

Tajā pašā recenzijā norādīts, ka aluminija un vara atspoguļošanas spēja pret lāzera enerģiju ir ļoti augsta, tāpēc atspoguļojošie materiāli joprojām ir grūti apstrādājami. CO₂ lāzera metināšana šiem uzdevumiem. Atsevišķa salīdzināšana starp šķiedras un CO₂ lāzeriem arī apraksta šķiedras iekārtas kā kompaktākas un parasti ar mazāku apkopes slogu, kamēr CO₂ sistēmām parasti nepieciešams vairāk vietas, vairāk enerģijas un biežāka apkope.

Rokās turami sistēmas un automatizētas šūnas

Avota tips ir tikai puse no stāsta. Sistēmas formāts maina to, kā process tiek izmantots. šķiedru lasersielie rokās turama sistēma parasti tiek izvēlēta remonta darbiem, neregulāriem šuvēm, prototipiem, īsiem sērijveida ražošanas cikliem un darbiem, kur ātra iestatīšana ir būtiska. Rokās turamas un robotizētas sistēmas salīdzinājuma pamācība apraksta rokās turamās vienības kā elastīgas, vienkārši ekspluatējamas un noderīgas ierobežotās vai neērtās telpās.

Automatizēts lāzera metināšanas sistēmas ir izstrādātas citam darbības ritmam. Tās balstās uz programmētām trajektorijām, stiprinājumiem, sensoriem un drošības aplokiem, lai daudzos ciklos radītu atkārtojamus metinājumus. Tā kā optiskās šķiedras lasersaldēšana lāzers var nosūtīt staru caur elastīgu kabeli līdz robotā montētai galvai, tas īpaši labi piemērots robotizētai ražošanai. Savukārt spoguļu ceļā novadītās CO2 sistēmas ir mazāk ērtas, kad staru ceļš jāpārvieto ap aizņemtu šūnu.

Kā aprīkojuma izvēle ietekmē metināšanas rezultātu

Atsevišķas lasersiešanas mašīnas var iepriekš pielāgojumu veikšanas pati par sevi radīt ļoti atšķirīgu metināšanas uzvedību. Rokā turama ierīce var nodrošināt labāku piekļuvi sarežģītam savienojumam. Automatizēta šūna var uzturēt ceļa precizitāti un attālumu no metināmās vietas vienmērīgāk. Kompakta šķiedras lasersistēma var vienkāršot robotu integrāciju, kamēr lielāka CO2 sistēma var prasīt vairāk telpiskās izvietošanas plānošanas un apkopes darbus. Citiem vārdiem sakot, aprīkojuma izvēle pati par sevi nepalīdz garantēt metināšanas kvalitāti, bet tā nosaka robežas tam, ko process var uzticami paveikt. Šīs robežas kļūst redzamas nākamajā lēmumu pieņemšanas slānī: jauda, punkta izmērs, fokusa pozīcija, ātrums, aizsarggāzes segums un savienojuma precizitāte.

Lazermetināšanas iestatījumi, kas ietekmē metināšanas kvalitāti

Aprīkojums rada iespējas. Iestatījumi nolēmē, vai šīs iespējas tiek pārvērstas uzticamā savienojumā. Ja jūs jautājat sev vai lazermetināšana ir izturīga , praktiskā atbilde ir jā, ja iestatījumi nodrošina pilnu saplūšanu un novērš defektus. Citiem vārdiem sakot, lazermetināšanas izturība izriet no kontrolētas enerģijas, stabiliem savienojuma apstākļiem un tīrās procesa disciplīnas, nevis tikai no staru kūļa nosaukuma.

Jaudas punkta izmērs un fokusa atrašanās vieta

Jauda ir tā lasera enerģijas daudzums, kas ir pieejams, lai izkausētu savienojumu. Spilvena izmērs ir tas, cik cieši šī enerģija ir koncentrēta. Fokusēšanas pozīcija ir mazākās un intensīvākās staru kūļa daļas atrašanās vieta attiecībā pret darba virsmu. Ie LBW pārskatā , fokusa nobīde virs vai zem ideālās pozīcijas samazina reālo jaudas blīvumu, maina šuves formu, paplašina metinājumu un samazina iedziļinājumu. Tāpēc divi uzstādījumi ar līdzīgu jaudu var radīt ļoti atšķirīgus lāzera metinājuma iedziļinājumus .

Arī staru kūļa režīms ir svarīgs. Starp galvenajiem lāzera metināšanas veidiem , vadības režīms izmanto zemāku enerģijas blīvumu un parasti rada seklākus, platākus šuvju savienojumus. Atveres lāzera metināšana izmanto augstāku enerģijas blīvumu, lai izveidotu dziļākus, šaurākus saplūšanas savienojumus. Laserax norādījumi arī parāda, kāpēc punkta lielums ir tik jutīgs regulēšanas elements: mazāks punkts palielina intensitāti un iedziļinājumu, taču tas arī prasa precīzāku pozicionēšanu un savienojuma izgatavošanu. Liels punkts izkliedē siltumu pa plašāku virsmu, kas var palīdzēt dažos savienojuma apstākļos, bet parasti samazina iedziļinājumu.

Vilces ātrums, aizsarggāze un savienojuma izgatavošana

Ceļošanas ātrums kontrolē, cik ilgi stars paliek virs šuvjes katras sekcijas. Minētā pārskata piezīme arī norāda, ka ātruma palielināšana pie nemainīgas jaudas padara šuvji šaurāku un parasti seklāku. Pārāk liels ātrums var izraisīt nepietiekamu iedziļinājumu vai nepietiekamu saplūšanu. Pārāk lēns ātrums rada siltuma uzkrāšanos, kas palielina šuvja platumu, deformāciju risku, šuvja sagšanu vai caurdegšanu.

Aizsarggāze aizsargā kausētās masas maisījumu un palīdz kontrolēt plazmas strūklu. Gan Laserax vadlīnijas, gan GWK problēmu novēršanas vadlīnijas saista vāju gāzes pārklājumu ar oksidāciju, porainību un nestabilām šuvēm. Pārāk maz gāzes ļauj piesārņojumam iekļūt. Pārāk daudz gāzes var izraisīt turbulenci vai traucēt kausētās masas maisījumu, ja sprausla ir nepareizi novietota.

Savienojuma precizitāte nozīmē, cik tuvu viens otram atrodas detaļu malas. Saspīlēšana tur tās vietā. Virsmas tīrība pārklāj oksīdus, eļļu, rūsu, krāsu, skalas un mitrumu. Šie faktori šķiet pamatlieti, taču lazeru svars tehnoloģija šeit nav īpaši pieļaujošs. Laserax materiālu piezīmēs minēts parasts pārklājuma savienojuma noteikums — pieļaujamais sprauga ir aptuveni 10–20 % no plānākās loksnes biezuma, un daudzās lietojumprogrammās spraugas kontrolei jāpaliek zem 0,1 mm. Netīri vai vaļēji savienojumi bieži izraisa tādas pašas problēmas, kurām operatori cenšas atrast risinājumu, mainot jaudu.

Kā iestatījumu izvēle ietekmē iedziļinājumu un šuvju kvalitāti

• Pirms pirmās pievāršanas vai metināšanas slāņa pārliecināties, ka savienojums ir tīrs un sauss.
• Pirms jaudas maiņas pārbaudīt spraugas kontroli un skavu spiedienu.
• Pārbaudīt fokusa pozīciju un caurules izlīdzinājumu faktiskajā metināšanas vietā.
• Optimizējot vai novēršot problēmas, mainīt vienu mainīgo reizē.
• Apstipriniet rezultātus, izmantojot griezumu paraugus, vilkšanas testus vai citas pārbaudes metodes.

Tas ir patiesais modelis aiz lazeru svars tehnoloģija : katrs iestatījums maina kausētās vannas lielumu, dziļumu un stabilitāti, un mainīgie mijiedarbojas. Recepte, kas ideāli darbojas vienā sakausējumā, var rādīt ļoti atšķirīgu uzvedību citā sakausējumā, tāpēc materiāla izvēlei pienākas īpaša uzmanība.

Lāzera metināšanas metālu un savienojuma piegriešanas pamācība

Materiāls maina visu. Iestatījums, kas bez problēmām darbojas ar tēraudu, var radīt grūtības ar varu, un drošs galu pievienojums var sabrukt, ja to pašu materiālu nomaina ar vaļīgu pārklājošu šuvju. Tāpēc metāla izvēle, virsmas stāvoklis un savienojuma precizitāte jānovērtē kopā. Lāzera metināšanā svarīgākās materiāla saistītās jautājumi ir vienkārši: cik labi metāls absorbē staru, cik ātri tas novada siltumu, cik jutīgs tas ir pret piesārņojumu un ko notiek, ja savienojuma sprauga paplašinās?

Nerūsējošais tērauds un oglekļa tērauds

Nerūsējošais tērauds parasti ir viens no vieglākajiem materiāliem, ko var metināt ar lāzeru. Ikdienas ražošanā nerūsējošā tērauda lāzermetināšana ir vērtēta tāpēc, ka koncentrētā siltuma iedarbība var ierobežot deformācijas plāknēs, caurulēs un precīzajos komponentos. Tomēr kompromiss ir tāds, ka nerūsējošais tērauds joprojām stingri sodīs nepietiekamu aizsardzību un netīras virsmas. Ja nav pareizi kontrolēts siltums vai gāzes aizsardzība, var rasties oksidācija no apakšpuses, krāsas maiņa un samazināta korozijas izturība.

Oglekļa tērauds arī ir spēcīgs kandidāts. Tas parasti uzsūc lāzera enerģiju vieglāk nekā augsti reflektīvie metāli, tāpēc procesa stabilitāti bieži ir vieglāk sasniegt. Uz plānākām daļām zemākais siltuma ievads var palīdzēt samazināt caurdegšanu un pārstrādi salīdzinājumā ar plašākiem loka procesiem. Tomēr oglekļa tērauds nav atļaujošs spraugām. Iesārņojums, iekļuvušais gāze un nevienmērīga malas stāvoklis joprojām var izraisīt porainību vai saplūšanas trūkumu.

Alumīnijs, vara un titāns

Alumīniju un varu ir grūtāk apstrādāt, jo abi atspoguļo lielu daļu ienākošās lāzera enerģijas un ātri novada siltumu. Publicētie atstarošanas dati tipiskām infrasarkanās starojuma viļņa garumām liek varu tuvu 0,99 un alumīniju tuvu 0,91 — daudz augstāk nekā dzelzi un titānu. Tāpēc lāzera alumīnija metināšana parasti prasa stingrāku procesa kontroli nekā tērauda metināšana. Virsmas oksīdi, eļļas un mitrums ir nozīmīgāki, un ūdeņraža izraisīta porainība kļūst reāla problēma. Metināšanas darbnīcām, kas met 6061 alumīniju , rūpīga tīrīšana, savienojuma precizitāte un staru kontrole parasti ir tikpat svarīgas kā paša jauda.

Varš rada vēl vienu izaicinājumu, jo tas tik ātri novada siltumu, ka metināšanas uzsākšana var būt nestabila. Precīza fokusešana un stabila izlīdzināšana kļūst kritiski svarīgas. Titāns atrodas problēmu kartes pretējā galā. Tas diezgan labi absorbē lāzera enerģiju, tāpēc lāzeru metināšana titānam var izveidot precīzus šuvju savienojumus ar mazu sasilšanas zonu. Uzmanību vajadzētu pievērst reaktivitātei. Karsts titāns viegli absorbē skālēni, slāpekli un ūdeņradi, tāpēc aizsardzības kvalitātei jāpaliek lieliskai, citādi šuve var ātri kļūt trausla.

Dažādu metālu savienojumu konstruēšana un piesārņotāju izvēle

Cinkota tērauda metināšana ir iespējama, taču cinka pārklājums maina noteikumus. Cinks kausējas un iztvaiko pirms pamatnes tērauda, kas var radīt dūmus, porainību, oksīdu iekļaujumus un pārklājuma zudumu. Piezīmes par cinkotā tērauda metināšanu arī norāda, kāpēc procesa logi ļoti atkarīgi no biezuma un uzstādījuma. Publicētie rokas metināšanas piemēri bieži koncentrējas ap aptuveni 1–2 mm loksnes biezumu, kamēr augstas jaudas vienreizējās metināšanas piemēri zem konkrētiem apstākļiem var sasniegt aptuveni 5–6 mm biezumu. Praksē pārklājuma klātām loksnes lapu savienojumiem jāpievērš īpaša uzmanība, jo tvaiki var iestrēgt savienojuma starpvirsmā.

Dažādu metālu savienojumi prasa vēl lielāku uzmanību. Ja jūs pajautājat, vai var metināt oglekļa tēraudu ar nerūsējošo tēraudu , praktiskā atbilde ir dažreiz jā, taču metālurgiju un dilūciju jāpārvalda uzmanīgi, un pievienmateriāls var palīdzēt. Ja jautājums ir vai variet vārīt titānu ar tēraudu , tas ir daudz grūtāks gadījums, jo trausli intermetāliskie savienojumi var veidoties viegli. Tāda pati piesardzība attiecas arī uz lāzera metināšanu alumīnija ar tēraudu . Šādi savienojumi var prasīt pievienmateriālu, pārejas kārtas, pārklājumus vai pat citu procesu, piemēram, lāzera lodēšanu vietā tiešai saplūšanai.

Savienojuma ģeometrija ir tikpat svarīga kā ķīmiskais sastāvs. Savienojuma konstruēšanas norādījumi parasti ieteic butt-savienojumus tīrai iekļūšanai, kamēr pārklājuma savienojumi, flanči un T-veida savienojumi liek lielāku slogu staru pieejamībai, stiprināšanai un spraugas kontrolei. Lāzera metināšana var labi savienot daudzus metālus, taču tā prasa precīzi apstrādātas malas, tīras virsmas un konstrukciju, kas neprasa no stara pārmest neprecīzi izgatavotu savienojumu.

Nerūsējošā tērauda korpusu, titāna implanti un cinkotus automobiļu panelus visus var metināt, tomēr tie nepieprasa no procesa vienu un to pašu. Materiālu savietojamība ir tikai puse no lēmuma. Precizitāte, ātrums, pieejamība, spraugas pieļaujamība un ražošanas apjoms nosaka, vai lasers ir labākais rīks vai vai TIG, MIG, punktveida metināšana vai cits metināšanas paņēmiens ir piemērotāks.

Lasermetināšanas priekšrocības un robežas salīdzinājumā ar citiem savienošanas paņēmieniem

Metāls var būt metināms ar lāzeru, tomēr tas vēl aizvien var būt neveiksmīga izvēle šim procesam. Tas ir patiesais lēmumu pieņemšanas punkts. Procesa izvēle nav tikai jautājums par to, vai staru kūlis spēj izveidot savienojumu. Tā ir jautājums par to, vai šis metode atbilst detaļas ģeometrijai, montāžas precizitātei, ražošanas apjomam un virsmas apstrādes prasībām. Pēdējā Fox Valley norādījumu publikācija novērtē lāzermetināšanu augsti attiecībā uz deformāciju kontroli, estētisko izskatu un ātrumu garās šuvēs, vienlaikus raksturojot MIG metināšanu kā elastīgāku lielāku konstrukciju gadījumā un TIG metināšanu kā lēnāku, bet ļoti precīzu un tīru savienojumu veidošanai. EBM mašīnu salīdzinājums pievieno citu būtisku atšķirību: elektronu staru metināšana nodrošina dziļāku iekļūšanu, taču tai nepieciešama vakuumvide un augstākas sākotnējās izmaksas.

Tur, kur lāzermetināšanai ir skaidrs priekšrocības

Galvenās lāzermetināšanas priekšrocības parādās tad, kad savienojumam nepieciešama stingri kontrolēta siltuma iedarbība, atkārtojamība un šaura metinājuma profils. Tāpēc šo procesu bieži izvēlas tievo lokšņu metāla, redzamo šuvju un automatizētu ražošanas šūnu gadījumā. Nepārtrauktas šuves, piemēram, lāzera šuvju metināšana metināšana uz korpusiem, skavām un precīzajām montāžām ir tipiski piemēri. A lāzera punktveida metināšana pieeja var būt arī lietderīga, ja nepieciešamas tikai mazas lokālas piesaistes, īpaši tad, kad loka piekļuve ir neērta.

Priekšrocības

• Zema, koncentrēta siltuma ievade salīdzinājumā ar plašākiem loka procesiem, kas palīdz ierobežot deformācijas.
• Lieliski piemērota estētiskām šuvēm un detaļām, kurām vajadzīga minimāla pēcmetināšanas apstrāde.
• Augsta ātruma metināšana garām šuvēm piemērotajos materiālos un biezumos.
• Izteiksmīga savietojamība ar robotizētām sistēmām un automatizētu ceļa vadību.
• Noderīga mazām, precīzām metināšanas zonām, kur platas metinājuma šuves radītu problēmas.

Trūkumi

• Jutīgāka pret savienojuma spraugu, izlīdzinājumu un virsmas stāvokli nekā MIG metināšana.
• Aprīkojuma izmaksas parasti ir augstākas nekā pamata loka metināšanas iekārtu.
• Ne vienmēr ir visizdevīgākais risinājums bieziem, spraugām pakļautiem vai ļoti mainīgiem savienojumiem.
• Parametru kļūdas var ātri izpausties kā nepietiekama saplūšana, nepietiekams piepildījums vai caurdegšana.

Tur, kur citi savienošanas paņēmieni var būt piemērotāki

MIG metināšana bieži vien ir praktisks izvēles variants, ja darbs ir strukturāls, savienojums lielāks vai montāža mazāk precīza. Fox Valley avots to apraksta kā izmaksu efektīvu un pielaidīgu, kad svarīgākas ir spraugas un ātrums nekā gluda virsma. TIG metināšana atrodas manuālās vadības spektra pretējā galā. Tā ir lēnāka, taču nodrošina operatoram lielisku kontroli un ļoti tīrus šuves, tāpēc tā joprojām ir populāra nelielām partijām, remonta darbiem un izskata kritiskām detaļām.

Pretestības punktmetināšana iegūst savu vietu, kad pārklājošajam loksnēm nepieciešami atsevišķi punkti, slēptuves nevis nepārtraukta šuve. Citiem vārdiem sakot, ja konstrukcija paredz punktus, nevis līnijas, pretestības metināšanas process var būt vienkāršāks nekā pilnas šuves ierīkošana lāzera šuvju metināšana hibrīdsvielošana ir vērta apsvēršanai, ja ražotnē vēlas iegūt dažas lāzera priekšrocības, bet nepieciešama lielāka spraugu aizpildīšanas spēja vai piepildvielas atbalsts, nekā tīra lāzera vielošana komfortabli nodrošina. Un dažām pārklātām vai izskata jutīgām konstrukcijām, lāzera lodēšana var būt alternatīva pilnīgai metināšanai.

IENĀK lāzera staru metināšana salīdzinājumā ar elektronu staru metināšanu , robeža parasti ir iedziļināšanās dziļums, vakuumprasa un ražošanas elastība. Elektronu staru metināšana ir pazīstama ar ļoti dziļu iedziļināšanos un augstu precizitāti, taču tas pats EBM avots norāda, ka parasti tai nepieciešama vakuumkamera. Lāzera sistēmām tas nav nepieciešams, kas padara tās vieglāk integrējamās parastajos rūpnīcu izkārtojumos un automatizētajās līnijās.

Lāzera metināšana salīdzinājumā ar TIG, MIG, punktveida un elektronu staru metināšanu

Vēl viena atšķirība ir svarīga ne speciālistiem: metināšana pret lodēšanu nav tikai temperatūras atšķirība. Ja jūsu komanda jautā, kāda ir atšķirība starp lodēšanu un metināšanu , vienkāršā atbilde ir tāda, ka metināšanā tiek sapludināti pamatmateriāli, kamēr lodēšanā daļas tiek savienotas ar zemāk kausēšanās temperatūrā esošu piepildvielu, nekausējot pašu pamatmetālu. Tādēļ lodēšana ir noderīga elektriskajām un vieglām savienojumu veidošanai, taču tā nav strukturālas metināšanas aizvietotājs.

• Labākais pielietojums lāzermetināšanai: precīzi savienojami elementi, plānas līdz vidēji biezas sekcijas, redzamas šuves, atkārtojama ražošana, robotizētas šūnas un detaļas, kurām ir svarīga minimāla deformācija.
• Nepiemērots lāzermetināšanai: lieli spraugas, neatbilstoša sagatavošana, ļoti biezas sekcijas, kurām nepieciešama ārkārtīgi liela iedziļināšanās, vai uzdevumi, kur vienkāršs manuāls process ir ekonomiskākais.
• Robežgadījumi: lokalizētās savienojumu vietas var veicināt lāzera punktveida metināšana , kamēr pārklātās loksnes vai izskata vadošie savienojumi var norādīt uz lāzera lodēšana vai jauktas procesu stratēģijas.

Visnepatīkamākie metināšanas rezultāti nav noslēpumaini. Parasti tie saistīti ar neatbilstību starp procesu, savienojuma stāvokli un enerģijas ievadi. Tieši šeit parādās redzamās simptomu pazīmes — no porainības un plaisām līdz saplūšanas trūkumam un šķidruma izspļaušanai.

Lāzermetināšanas defekti

Brīdinājuma signāli parasti ir redzami jau pirms sliktā savienojuma atklāšanas testēšanas laikā. Lāzermetināšanā defekti reti parādās ne no kurienes. Parasti tie saistīti ar īsu sarakstu kontrolējamu problēmu: nestabila enerģija šuvē, netīrs materiāls, vāja aizsardzība ar gāzi, slikta optika vai nesaderīga savienošana. Zemāk minētie simptomu raksturi cieši saistīti ar defekta vadlīnijā , BIW analīzi un ar kvalitātes problēmu pamācību .

Vairums lāzermetināšanas defektu saistīti ar četriem pamatfaktoriem: enerģijas blīvumu, tīrību, gāzes aizsardzību un savienojuma kontroli.

Porozitāte, plaisāšana un nepietiekams aizpildījums

Ātrs porozitātes metināšanas definīcija ir šāda: gāze iestrēgst kausētās loka pirtiņā un salūst mazos dobumos. Atsauces materiālā porozitāte saistīta ar netīriem virsmas, cinka tvaiku no cinkotām loksnes, nepietiekamu gāzes plūsmas virzienu un dziļām, ātri atdziestamām metinājuma šuvēm, kurās gāze neatrod laiku izvadīties. Atveres nestabilitāte var problēmu pasliktināt.

Plaisāšana ir cita veida bojājums. Ja jūs redzat metinājumu plaisāšanu atdzišanas laikā, atsauces norāda uz sarukuma spriegumiem pirms pilnīgas sacietēšanas, ātru atdzišanu un plaisām uzņēmīgām iespējamām vielām, piemēram, augsta oglekļa tēraudu vai cietinātiem sakausējumiem. Praktiski risinājumi ietver priekšsildīšanu, kontrolētu atdzišanu un dažos gadījumos metināšanas stieples pievienošanu, lai samazinātu sarukuma spriegumus.

Nepietiekama aizpildīšana parasti izpaužas kā iedobta šuve, zems vāka profils vai vietēja iedobe. Šis defekts bieži rodas nevienmērīgas stieples padziņas, nepareizas staru novietošanas vai ātruma un jaudas kombinācijas dēļ, kas rada metinājumam nepietiekamu metāla daudzumu. Tas var parādīties arī tad, ja gaisma punkts novirzās no patiesā savienojuma centra.

Savienojuma nepietiekama saplūšana, nepietiekama iedegšanās un caurdegšana

Nepietiekama iedegšanās un nepietiekama savienojuma saplūšana bieži tiek uzskatītas par vienu un to pašu defektu ražotnē, tomēr tās norāda uz nedaudz atšķirīgiem cēloņiem. Nepietiekama iedegšanās nozīmē, ka metinājums neatrodas pietiekami dziļi cauri savienojumam. Nepietiekama savienojuma saplūšana nozīmē, ka daļa savienojuma virsmas vai sānu malas patiesībā nekad nav pilnībā izkususi kopā. BIW atsauce saista abus defektus ar zemu lāzera enerģiju metinājuma šuvē, ko bieži izraisa zema jauda, piesārņota vai bojāta aizsarglēca, fokusa nobīde no centra vai nepareizs staru leņķis.

Degšana cauri ir pretējā problēma. Šajā gadījumā siltuma pievade ir pārmērīga attiecībā uz savienojuma stāvokli, tāpēc kausētās masas baseins izkrist no apstrādājamās detaļas. BIW materiālu piezīmes norāda, ka, ja caur deg vienīgi pirmā slāņa, iespējams, ka pārmērīgi liels loksnes spraugas platums ir cēlonis. Ja caur deg visu šuvju, tad pati parametru iestatījumu kopums, visticamāk, ir nepareizs. Tas pats BIW analīzes ziņojums ieteic izmantot loksnes spraugas platumu mazāku par 0,2 mm kā ilgtermiņa kontroles pasākumu šai lietojumprogrammai.

Pārmērīgs metinājuma šķidruma izšļakstīšanos ir viena no vieglāk redzamajām defektiem. Atsauces saista to ar nepietiekamu tīrīšanu, eļļu vai virsmas piesārņojumiem, cinkotiem pārklājumiem un pārāk augstu jaudas blīvumu. Meklēšanas valodā tas bieži parādās kā šķidruma izšļakstīšanās metināšana problēmas, bet pamatcēloņi parasti ir procesa stabilitāte un virsmas stāvoklis, nevis kāds noslēpumains atsevišķs defekts.

Korektīvas darbības, kas uzlabo metinājuma vienmērīgumu

Kad parādās defekts, vairāku parametru vienlaicīga maiņa parasti paslēpj patieso cēloni. Labāka kļūdu novēršanas secība ir vienkārša un atkārtojama:

• Vispirms notīriet savienojumu, sprauslas zonu un aizsarglēcu.
• Pārbaudiet gāzes veidu, gāzes plūsmas virzienu, sprauslas leņķi un darba attālumu.
• Pārbaudiet fokusa pozīciju, staru centrēšanu un metināšanas galvas leņķi.
• Tikai pēc tam pielāgojiet vēlreiz jaudu, ātrumu, impulsus vai svārstību iestatījumus un stieples padziņu.
• Pirms receptes apstiprināšanas pārbaudiet šuvuma atstarpi, stiprinājumu un detaļu atkārtojamību.

Šī secība ir svarīga, jo daudzas tā sauktās parametru problēmas sākas kā sagatavošanas problēmas. Un kad defekti turpina parādīties pat pēc tam, kad metināšanas recepte izskatās pamatota, problēma bieži vien ir lielāka nekā viena šuve. Tā sāk kļūt par jautājumu par fiksēšanas ierīcēm, procesa kontroli, validāciju un par to, vai darbu vajadzētu veikt uzņēmumā pašiem vai arī specializētai organizācijai, kurai ir stingrāka ražošanas disciplīna.

Lāzermetināšanas lietojumu izvēle un pareizā partnera izvēle

Kad defekti atkārtojas vienmēr un vienmēr, problēma bieži izvirzās tālāk par vienu metināšanas recepti. Tā kļūst par lēmumu par to, vai izveidot vai iegādāties. Daudziem lāzermetināšanas pielietojumiem , patiesā jautājuma ir vai jūsu ražošanas apjomi, stiprinājumu sistēmu disciplīna un kvalitātes prasības ir pietiekami augsti, lai attaisnotu procesa īpašumtiesību. Grupa Hyperforme šo izvēli formulē ap tiešo kontroli, ražošanas elastību, piegādes termiņus, piekļuvi jaunākajām tehnoloģijām un ieguldījumus aprīkojumā un personālā.

Vispiemērotākie pielietojumi lāzermetināšanai

• Izveidot iekšēji tad, kad apjomi ir stabili, detaļu ģeometrija atkārtojas un stiprinājumi var uzturēt savienojumu vienmērīgi.
• Izveidot iekšēji tad, kad jūsu komanda spēj nodrošināt apmācību, apkopi un dokumentētu kvalitātes kontroli rūpnieciskā laserdzelzceļa savienošana .
• Izvietojam tad, kad pieprasījums svārstās, starta termiņš ir stingrs vai kapitāla ieguldījumu attaisnojums rūpnieciskais lasera svarsanājs un cits automātiskais metināšanas aprīkojums ir grūti pamatot.
• Izvietojam kad lasersvaidīšanas automatizācija ir nepieciešams, bet jūsu rūpnīca vēl nav gatava robotizētas integrācijas, stiprinājumu izstrādei un validācijas darbiem.
• Pauze un pārbaude kad strukturālajām daļām nepieciešami oficiāli pārbaudes ieraksti, izmaiņu kontrole un atbrīvošanas kritēriji pirms ražošanas uzsākšanas.

Savienojums rūpnieciskie lāzera metinātāji ir lietderīgi tikai tad, ja mašīnas paliek nepārtraukti slodzītas un apkārtējā atbalsta sistēma ir nobriedusi.

Kad outsorcinga izvēle ir praktiski pamatota

Outsorcinga bieži vien ir labāka izvēle, ja nepieciešama specializēta pieredze, elastīga jauda vai ātrāka pieeja modernām tehnoloģijām, neveidojot pilnu sistēmu iekšēji. Minētais avots norāda arī, ka ārējie partneri var samazināt aprīkojuma ieguldījumu, personāla nodrošināšanu un apmācību slogu, vienlaikus palīdzot ražotājiem ātrāk reaģēt uz mainīgajām projektu vajadzībām.

• Shaoyi Metal Technology : piemērots piemērs automobiļu lāzeru metināšana pircējiem, kuriem nepieciešamas robotizētu metināšanas līnijas, IATF 16949 sertificēta kvalitātes sistēma un riteņu balsta daļu atbalsts tēraudam, alumīnijam un citiem metāliem.
• Citi kvalificēti piegādātāji: tos novērtējiet, izmantojot tās pašas procesu, kvalitātes un piegādes riska kritērijus, nevis tikai balstot izvēli uz norādīto cenu.

Tas ir svarīgi, jo automatizēts vārtniecības aprīkojums ir tikai viena vienādojuma daļa. Uzturekļu izvēle, pārbaudes disciplīna un nepārtrauktības plānošana nosaka, vai ražošana paliek stabila.

Uz ko vērstinies, izvēloties automobiļu metināšanas partneri

1. Pārbaudiet piegādātāja risku attiecībā uz produkta atbilstību un nepārtrauktu piegādi.
2. Izvērtējiet faktisko kvalitātes un piegādes veiktspēju, nevis tikai jaudas apgalvojumus.
3. Pārbaudiet kvalitātes vadības sistēmu un attiecīgās sertifikācijas.
4. Novērtējiet ražošanas spējas, nepieciešamo tehnoloģiju, personāla apgādzi un infrastruktūru.
5. Jautājiet, kā tiek pārvaldītas dizaina izmaiņas, loģistika, klientu serviss un biznesa nepārtrauktība.
6. Izmantojiet krustfunkcionālu pārskatu, kurā iesaistīti iepirkumi, inženierzinātnes, kvalitāte un operācijas.

Izklāstītie atlases faktori IATF 16949 norādījumi tur uzsvaru tur, kur tam pienākas būt: atbilstībā, piegādē, spējās un nepārtrauktībā. Praksē pareizā izvēle nav vienkārši iekārtu iegāde vai darba nodošana pirmajam pieejamajam piegādātājam. Tā ir procesa īpašniecības pielāgošana jūsu ražošanas apjomam, riskam un kvalitātes prasībām.

Bieži uzdotie jautājumi par lāzera metināšanu

1. Kas ir lāzera metināšana un kā tā atšķiras no lāzera griešanas?

Lāzera metināšana savieno detaļas, izkausējot šauru līniju tajā vietā, kur divas daļas saskaras, pēc tam ļaujot šai kausētajai metāla masai sacietēt vienā saistībā. Lāzera griešanai tiek izmantots tas pats vispārīgais enerģijas avots pretējam mērķim — materiāla atdalīšanai. Vienkārši sakot, metināšana savieno komponentus kopā, bet griešana noņem materiālu, lai izveidotu malu vai atveri.

2. Kā lāzera metinātājs veido metinājumu?

Lāzera metinātājs ģenerē staru, vada to caur optisko sistēmu un fokusē uz savienojumu tā, ka metāls koncentrētās enerģijas ietekmē uzsilst ļoti nelielā apgabalā. Tas rada mikroskopisku kausēto metāla pilnu, kas pārvietojas pa šuvju līniju, kamēr stars virzās pa virsmu. Šķidrais metāls pēc tam atdziest aiz stara un veido pabeigto metinājumu. Kad enerģijas blīvums ir zemāks, metinājums parasti ir seklāks un platāks, bet augstāks enerģijas blīvums var radīt dziļāku iedziļināšanos.

3. Kuri metāli var tikt veiksmīgi lāzera metināti?

Nerūsējošais tērauds un oglekļa tērauds bieži vien ir visvienkāršākais izvēles punkts, jo tie parasti ir vieglāk apstrādājami nekā ļoti atstarojoši metāli. Alumīniju, varu, titānu un cinkotu tēraudu arī var savienot ar lāzera metināšanu, taču šiem metāliem nepieciešama rūpīgāka uzmanība attiecībā uz tīrīšanu, aizsardzību, atstarošanas spēju, pārklājumiem un savienojuma precizitāti. Dažādu metālu kombinācijas ir sarežģītākas un var prasīt piepildvielas materiālu, pārejas slāņus vai pat pilnīgi citu savienošanas metodi.

4. Vai lāzera metināšana ir stiprāka nekā TIG vai MIG metināšana?

Lāzera metināšana nav automātiski stiprāka tikai tāpēc, ka tā ir lāzera metināšana. Savienojuma stiprumu nosaka pilna saplūšana, pareiza iestatīšana, stabila savienojuma precizitāte un defektu novēršana, piemēram, porainība vai nepietiekama iedegšanās dziļums. Lāzera metināšana var radīt ļoti stiprus un mazsagrieztus savienojumus, ja detaļas ir precīzas un process ir labi kontrolēts, tomēr TIG vai MIG metināšana var būt piemērotāka, ja konstrukcijā ir lielāki spraugi, biezākas sekcijas vai lielāka daļu starpība.

5. Vai ražotājam vajadzētu iegādāties lāzeru metināšanas aprīkojumu vai pasūtīt šo darbu no ārpuses?

Aprīkojuma iegāde ir izdevīgāka, ja ražošanas apjoms ir stabils, fiksēšanas ierīces ir atkārtojamas un komanda spēj nodrošināt apkopi, apmācības, validāciju un kvalitātes dokumentāciju. Darba pasūtīšana no ārpuses bieži vien ir labāka izvēle starta programmu, svārstīgās pieprasījuma apjomu vai projektu gadījumā, kur nepieciešamas robotizētas šūnas un stingrākas piegādātāju kontroles, neveicot lielu priekšapmaksu. Automobiļu šasiju darbiem ražotājs var novērtēt pakalpojumu sniedzējus, piemēram, Shaoyi Metal Technology, kā arī citus kvalificētus partnerus, ja galvenie prasības ir IATF 16949 sistēmas, robotizētās metināšanas spēja un gatavība nodrošināt metāla savienošanas ražošanai.