Kaj je lasersko varjenje? Kako deluje, kje ima prednost in zakaj varjeni spoji odpovedo

Kaj je lasersko varjenje v preprostem jeziku?

Kaj je lasersko varjenje? Preprosto povedano, gre za postopek spojine, pri katerem se za taljenje kovine točno tam, kjer se srečata dva dela, uporabi močno osredotočen žarek svetlobe. Ko se ta majhna taljena površina ohladi, se deli spojita v eno spojino. Morda boste tudi slišali izraz zvarjanje z laserskim žarkom ali se boste spraševali, kaj je varjenje z laserskim žarkom . V praksi ti izrazi nanašajo na isto osnovno idejo.

Lasersko varjenje spoji materiala tako, da lasersko energijo osredotoči v zelo majhno točko in ustvari nadzorovan taljeni bazen z natančnim vnosom toplote.

Kaj pomeni lasersko varjenje

Za razliko od širših kategorij varjenja, ki opisujejo več različnih virov toplote, je lasersko varjenje določeno z njegovim viram toplote: osredotočenim laserskim žarkom. A svarilna laserja lahko je del velike avtomatizirane celice ali ročne enote, vendar se osnovno načelo ne spremeni. Žarek prenese energijo brez fizičnega stika, stopi ozko območje na spoju in omogoči, da se ta material strditi v zvar.

• To je nekontaktna varilna metoda.
• Toploto usmeri v zelo majhno območje.
• Pogosto ustvari ozke zvare in omejeno območje vpliva toplote.
• V nekaterih primerih lahko uporabi dodatni kovinski material, vendar ne vedno.
• Pogosto je primerna za natančno in ponovljivo proizvodnjo.

Kako se lasersko varjenje razlikuje od drugih metod spojev

Ljudje včasih zamenjajo varjenje z laserjem z laserskim rezanjem, vendar gre za različni postopka. Rezanje loči material, varjenje pa ga spoji. Razlikuje se tudi od lokovnih postopkov, kot sta MIG ali TIG, ki za vir toplote uporabljata električni lok namesto koncentrirane svetlobe. Ta razlika je razlog, zakaj so laserski zvari pogosto povezani z bolj drobnimi šivi, natančnejšim nadzorom toplote in večjo občutljivostjo na prileganje delov.

Zakaj proizvajalci uporabljajo lasersko varjenje

Proizvajalci to postopek upoštevajo, kadar potrebujejo natančnost, čiste oblike šivov in opremo, ki se dobro integrira v avtomatizacijo. Xometry opaža njegovo uporabo v industrijskih panogah, kot so avtomobilska, letalsko-kosmična, medicinska in elektronska industrija, kjer sta pomembni ponovljivost in nadzorovan prenos toplote. Če ste kdaj že vprašali: kaj je laserski varilnik , je praktičen odgovor preprost: gre za sistem, ki ustvarja, usmerja in nadzoruje ta osredotočeni žarek. Prava zgodba pa je, kako ta žarek pretvori svetlobo v stabilen taljeni bazen in nato v končan šiv.

Kako deluje lasersko varjenje korak za korakom?

Ta pretvorba iz osredotočene svetlobe v končano spojno površino poteka zelo hitro. Če vprašate: kako deluje laser varsanje aLI kako deluje lasersko žarkovno varjenje , je kratek odgovor naslednji: vir laserskega žarka ustvari žarek, optični elementi ga osredotočijo na spoj, kovina absorbira energijo, nastane taljeni bazen in ta bazen se za premikajočim se žarkom strdi v šiv. Celoten postopek laserskega varjenja postane veliko lažje slediti mu, če ga opazujete po enem koraku naenkrat.

Od laserskega vira do osredotočenega žarka

Praktičen način odgovora kako deluje laserjev varilnik je razdelitev sistema na tri naloge: ustvarjanje žarka, dostava žarka in nadzor dogajanja na stiku. Pri procesu laserskega varjenja , te naloge običajno potekajo takole:

1. Laserski vir ustvari žarek. Pogosti industrijski viri vključujejo vlaknene, CO2 in trdotelesne lasere.
2. Žarek se dostavi do varilne glave. Zrcala, leče in druga optična sredstva ga usmerjajo proti delovni površini.
3. Optika za usmerjanje zoži žarek v zelo majhno točko. Koncentracija energije v majhno površino omogoča varjenje.
4. Deli so pripravljeni in poravnani. Pripravki ali avtomatizirani sistemi držijo spoj v pravi legi, da žarek natančno zadene šiv.
5. Zaščitni plin zaščiti območje varjenja. Plini, kot sta argon ali helij, pomagajo ohraniti taljeno kovino čistejšo, saj omejujejo oksidacijo in onesnaženje.
6. Kovina absorbira lasersko energijo. Površina se na spojni črti hitro segreje in doseže temperaturo taljenja.
7. Oblikuje se taljena kaplja, ki se premika. Ko se žarek ali delovni kos premika, kaplja sledi po šivu in spoji obe robovi.
8. Zvar se strdi. Ko se žarek premakne naprej, tekoča kovina ohladi in zamrzne v končani zvar.

Kako se tvori in strdi taljeni bazen.

Taljeni bazen je srce postopka. Majhen je, nadzorovan in kratkotrajen. Ko žarek zadene spoj, se absorbirana svetloba spremeni v toploto. Ta toplota stali osnovni kovinski material točno tam, kjer se deli sestavljajo. V mnogih aplikacijah ni potreben dodatni zvarni material, zato osnovni material sam tvori zvar. Ko se žarek premika naprej, se sprednji del bazena nadaljuje s taljenjem svežega materiala, medtem ko se zadnji del bazena ohlaja in strdi. Zato ta postopek omogoča ozke šive z zelo lokalizirano toploto v primerjavi z metodami, ki uporabljajo širše toplotne vire.

Tu so pomembne čiste površine, stabilna prileganja spojev in enakomerna gibanja. Majhna sprememba razmika, fokusa ali hitrosti premikanja lahko spremeni obnašanje bazena, kar je eden od razlogov, zakaj lBW-zvarjenje velja za natančno, a hkrati tudi zelo občutljivo glede nastavitve.

Pojasnitev načina prevoda toplote in ključavnega načina

Zvarne spoje s prevajanjem so običajno plitki in širši, medtem ko so ključastni zvarni spoji globlji in ožji, saj višja gostota energije v kovini odpre parno polnjeni votlin.

To je tisto mesto, kjer začne imeti pomen tehnična stran kako deluje laser weldanje začne imeti pomen. EWI določa gostoto moči kot razmerje med močjo laserskega žarka in površino osredotočenega žarka. Pri nižji gostoti moči se toplota predvsem prevaja s površine v material, kar ustvari širši in plitkejši zvar. Pri višji gostoti moči se kovina lahko izhlapi in tvori majhno votlino, imenovano ključasta votlina, ki omogoča, da energija doseže globlje v spoj.

Podrobnejša navodila od AMADA WELD TECH način prevajanja nastopi pri gostoti energije okoli 0,5 MW/cm², prehodno območje pri približno 1 MW/cm² in ključavni način (keyhole mode) nad približno 1,5 MW/cm². Preprosto povedano: povečevanje gostote energije običajno poveča prodor in spremeni obliko varilnega šiva od plitke in široke k globoki in ozki. Tudi hitrost premikanja igra pomembno vlogo. Višja hitrost močno zmanjša širino varila in lahko zmanjša tudi prodor, še posebej, če žarek več ne ohranja stabilnosti talilne kopice.

Zaporedje ostane enako, način njegove izdelave pa se lahko zelo razlikuje glede na vir laserskega žarka, način dostave žarka ter na to, ali je sistem zasnovan za ročno uporabo ali za popolno avtomatizacijo.

Laserji za varjenje, viri in dostava žarka

Ta različnost se začne že na samem viru. Ko ljudje primerjajo laser welding machine , običajno primerjajo več kot le surovo moč. Primerjajo, kako se žarek ustvari, kako doseže stik, in kako enostavno oprema ustreza dejanskim proizvodnim zahtevam. Ti izbori oblikujejo absorpcijo, potrebe po vzdrževanju, avtomatizacijski potencial ter vsakodnevno prilagodljivost na proizvodni liniji.

Vlaknasti CO2 in trdne stanje laserske virov

A pregled sodobnega laserskega varjenja (LBW) pojasnjuje, da imajo viri trdnega stanja, kot so vlaknasti, diskovni, diodni in Nd:YAG laserji, znatno krajše valovne dolžine kot CO2 laserji. V praktičnem smislu to pomembno vpliva na dva glavna razloga. Prvič, žarki virov trdnega stanja z krajšimi valovnimi dolžinami se običajno bolje absorbirajo v številnih kovinah kot CO2 žarki. Drugič, te žarke je mogoče usmerjati skozi fleksibilna optična vlakna, kar predstavlja pomembno prednost za oddaljene glave, robote in kompaktno postavitev opreme. Zato vlókno-laser varsanje je tako tesno povezan z avtomatizacijo.

Ista recenzija opozarja, da aluminij in baker močno odbijata lasersko energijo, zato so odsevni materiali še vedno zahtevni. Zvarjanje z CO2 laserjem za te naloge. Ločena primerjava med vlaknimi in CO2 sistemi opisuje tudi vlaknaste sisteme kot bolj kompaktno rešitev z običajno nižjim vzdrževalnim bremenom, medtem ko CO2 sistemi običajno zahtevajo več prostora, več energije in pogostejše vzdrževanje.

Ročni sistemi in avtomatizirane celice

Vrsta vira je le polovica zgodbe. Oblika sistema spreminja način uporabe postopka. A fiber laser svarnik ročna naprava se običajno uporablja za popravila, nepravilne šive, prototipe, kratke serije in naloge, pri katerih je pomembna hitra namestitev. Vodnik za ročne naprave v primerjavi z robotiziranimi jasno opisuje ročne enote kot fleksibilne, preproste za zagon in uporabne v omejenih ali neprijetnih prostorih.

Avtomatizirano sistem za lasersko varjenje so zgrajene za drugačen ritem. Zanašajo se na programirane poti, pritrdilne naprave, senzorje in varnostne ohišja, da zagotovijo ponovljive varilne šive skozi več ciklov. Ker vlaknena laserska varilna tehnika omogoča prenašanje žarka prek fleksibilnega kabla do robota montirane glave, se zelo dobro prilega robotizirani proizvodnji. Nasproti temu so CO₂ sistemi z ogledalsko usmeritvijo žarka manj primerni, kadar mora pot žarka potekati okoli zasedenega delovnega prostora.

Kako izbira opreme vpliva na rezultat varjenja

Drugačen stroji za lasersko varjenje lahko povzroči zelo različno varilno obnašanje že pred prilagoditvijo nastavitev. Ročno orodje lahko omogoča boljši dostop do zahtevnega stika. Avtomatizirana celica lahko natančneje ohranja pot varjenja in razdaljo od delovnega predmeta. Kompaktni vlaknenski sistem lahko poenostavi integracijo robota, medtem ko večji CO2 sistem zahteva večjo skrb pri načrtovanju postavitve in vzdrževanju. Z drugimi besedami izbor opreme sicer ne zagotavlja kakovosti varilnega šava samega po sebi, vendar določa meje tega, kar proces zanesljivo lahko doseže. Te meje postanejo vidne v naslednji plasti odločanjem: moč, velikost točke, lega fokusa, hitrost, zaščitni plin in natančnost pri montaži.

Nastavitve laserskega varjenja, ki oblikujejo kakovost varilnega šava

Oprema ustvari možnosti. Nastavitve pa odločajo, ali se te možnosti spremenijo v zanesljiv šav. Če se sprašujete ali je lasersko varjenje trdno , je praktični odgovor da, če nastavitev omogoča popolno spojitev in izogne napakam. Z drugimi besedami, trdnost laserskega varjenja izhaja iz nadzorovane energije, stabilnih pogojev spoja in čistega procesnega reda, ne le iz imena žarka.

Velikost točke moči in lega fokusa

Moč je količina laserske energije, ki je na voljo za taljenje spoja. Velikost točke je, kako tesno je ta energija osredotočena. Položaj fokusa je lega najmanjšega in najbolj intenzivnega dela žarka glede na površino obdelovanega materiala. V Pregledu laserskega varjenja z globokim žarkom (LBW) , premik fokusa nad ali pod idealno lego zmanjša dejansko gostoto moči, spremeni obliko kapljice, razširi varilni šav in zmanjša prodornost. Zato dve nastavitvi z podobno močjo lahko ustvarita zelo različno prodornost laserskega varjenja .

Tudi način žarka igra pomembno vlogo. Med glavnimi vrstami laserskega varjenja , način prevajanja uporablja nižjo gostoto energije in običajno povzroča plitkejše, širše zvarne spoje. Laserno zvarjenje s ključavnico uporablja višjo gostoto energije za ustvarjanje globljih, ožjih talilnih spojev. Vodnik Laserax prikazuje tudi, zakaj je velikost točke tako občutljiv dejavnik: manjša točka poveča intenzivnost in prodornost, hkrati pa zahteva natančnejšo pozicioniranje in prileganje. Večja točka razprši toploto na širšem območju, kar lahko pomaga pri nekaterih vrstah spojev, vendar običajno zmanjša globino.

Hitrost premikanja, zaščitni plin in prileganje

Hitrost vožnje določata, koliko časa žarek ostane nad vsakim odsekom šiva. V isti pregledni oceni je navedeno, da povečanje hitrosti pri stalni moči naredi zvar ožji in običajno plitkejši. Če hitrost povečamo preveč, obstaja tveganje neprodornosti ali nepopolnega spajanja. Če pa gremo prepočasi, se toplota nabira, kar povečuje širino zvarnega valja, tveganje deformacije, sagginga (zvijanja) ali pregoranja.

Zaščitni plin zaščiti taljeni bazen in pomaga pri nadzoru plazemskega curka. Oba vodnika, Laseraxov in GWK-ov vodnik za odpravljanje težav, povezujeta šibko plinsko zaščito z oksidacijo, poroznostjo in nestabilnimi varji. Premajhna količina plina omogoča kontaminacijo. Preveč plina pa lahko povzroči turbulenco ali moti taljeni bazen, če je šoba napačno usmerjena.

Prileganje stičnih površin pomeni, kako tesno se deli dotikajo. Začep jih tam drži. Čistost površine prekrije okside, olje, rjo, barvo, luske in vlago. To se zdi osnovno, a laserinska tehnologija varsne povezave tukaj ni zelo popustljiv. V materialnih opombah Laseraxa je navedeno običajno pravilo za prekrivne spoje: dovoljena razdalja med deli naj bo približno 10 do 20 odstotkov debeline tanjšega lista, pri mnogih aplikacijah pa mora nadzor razdalje ostati pod 0,1 mm. Umazani ali odprti stiki pogosto povzročajo iste težave, ki jih operaterji poskušajo rešiti z menjavo moči.

Kako izbire nastavitve vplivajo na globino prodiranja in kakovost varilnega šiva

• Pred prvim privarjanjem ali prehodom preverite, ali je spoj čist in suh.
• Pred spremembo moči preverite nadzor razmika in tlak sponk.
• Preverite položaj fokusa in poravnavo šobe na dejanskem mestu varjenja.
• Pri nastavljanju ali odpravljanju težav spreminjajte eno spremenljivko naenkrat.
• Preverite rezultate z reznimi preseki, vlečnimi preskusi ali drugimi metodami pregleda.

To je dejanski vzorec za laserinska tehnologija varsne povezave : vsaka nastavitev spreminja velikost, globino in stabilnost taljenega bazena, spremenljivke pa med seboj interagirajo. Recept, ki se odlično izvede na eni zlitini, se lahko zelo razlikuje na drugi, kar je točno razlog, zakaj izbor materiala zasluži posebno pozornost.

Vodnik za lasersko varjenje kovin in prileganje stičnih površin

Material spremeni vse. Nastavitev, ki teče čisto na jeklu, se lahko sooči z izzivi pri bakerju, in zdrava stična spojka se lahko razpade, če se isti material zamenja z nategnjeno prekrivno spojko. Zato morajo biti izbor kovine, stanje površine in prileganje ocenjeni skupaj. Pri laserskem varjenju so najpomembnejša vprašanja o materialu preprosta: kako dobro kovina absorbira laserski žarek, kako hitro odvaja toploto, kako občutljiva je na onesnaženje in kaj se zgodi, če se odpre vrzel v spojki?

Nerjavnega jekla in ogljikovega jekla

Nerjaveča jeklena pločevina je običajno eno izmed lažjih materialov za varjenje z laserjem. V vsakodnevni izdelavi, laserjsko varjenje nerjaveče jeklene pločevine je cenjeno, ker koncentrirano toploto omejuje deformacijo plošč, cevi in natančnih delov. Nadomestek je v tem, da nerjaveča jeklena pločevina še vedno kaznuje slabo zaščito in umazane površine. Oksidacija na hrbtu, obarvanost in zmanjšana odpornost proti koroziji se lahko pojavijo, če se izgubi nadzor nad toploto ali če plin ne pokrije dovolj dobro.

Ogljično jeklo je prav tako odlična izbira. Splošno absorbira lasersko energijo bolj učinkovito kot visoko odsevni kovinski materiali, zato je stabilnost procesa pogosto lažje doseči. Pri tanjših profilih manjši toplotni vnos pomaga zmanjšati pregoranje in potrebo po popravku v primerjavi z širšimi lokovnimi postopki. Kljub temu ogljično jeklo ni odpuščajoče razmikov. Kontaminacija, ujeti plini in neenakomerna robna površina še naprej povzročajo poroznost ali pomanjkanje spoja.

Aluminij, baker in titan

Aluminij in baker sta zahtevnejša, ker oba odbijata velik del vpadajoče laserske energije in hitro odvajata toploto. Objavljeno podatkov o odsevnosti za tipične infrardeče valovne dolžine postavljajo baker blizu 0,99 in aluminij blizu 0,91, kar je znatno višje kot pri železu in titanu. Zato lasersko varjenje aluminija običajno zahteva natančnejši nadzor procesa kot varjenje jekla. Površinske okside, olja in vlago je pomembneje nadzorovati, hkrati pa postane poroznost, povezana z vodikom, resna težava. Za obrate, ki varijo aluminij 6061 , natančno čiščenje, prileganje delov in nadzor laserskega žarka običajno nista manj pomembna kot surova moč.

Baker predstavlja še dodatno izziv, saj toploto tako hitro odvaja, da se začetek varjenja lahko izkaže za nestabilnega. Natančno fokusiranje in stabilna poravnava postaneta kritični. Titan leži na nasprotnem koncu težavnega spektra. Precej dobro absorbira lasersko energijo, zato lasersko varjenje titanovega materiala lahko ustvarja natančne zvarne spoje z majhnim območjem vpliva toplote. Težava je reaktivnost. Vroč titan hitro absorbira kisik, dušik in vodik, zato mora kakovost zaščite ostati odlična, sicer se lahko zvar hitro okruti.

Načrtovanje spojev različnih kovin in izbira polnilnega materiala

Cinkana jeklena pločevina je zavarljiva, vendar cinkova prevleka spremeni pravila. Cink se stali in izhlapi pred osnovnim jeklom, kar lahko povzroči dim, poroznost, vključke oksidov in izgubo prevleke. Opombe o varjenju cinkane jeklene pločevine tudi kažejo, zakaj okna procesa močno odvisna od debeline in nastavitve. Objavljene ročne primere pogosto osredotočajo na pločevino debeline približno 1 do 2 mm, medtem ko primeri z enoprečnimi varilnimi postopki z višjo močjo lahko pod določenimi pogoji dosežejo približno 5 do 6 mm. V praksi za prekrivne spoje na prevlečeni pločevini velja posebna pozornost, saj se hlapi lahko ujamejo na meji med materialoma.

Spoji različnih kovin zahtevajo še več pozornosti. Če vprašate, ali lahko zvarite ogljikovo jeklo z nerjavnim jeklom , praktični odgovor je včasih da, vendar je treba skrbno upravljati z metalurgijo in razredčitvijo, pri čemer lahko pomaga tudi polnilni kovinski material. Če gre za vprašanje ali lahko varite titan z jeklom , gre za veliko težji primer, saj se lahko hitro tvorijo krhki medkovinski spojini. Ista opreza velja tudi za laserno varjenje aluminija z jeklom . Te kombinacije morda zahtevajo polnilni material, prehodne plasti, prevleke ali celo drugo postopkovno metodo, na primer laserno litje namesto neposredne talilne povezave.

Geometrija spoja je enako pomembna kot sestava. Navodila za oblikovanje spoja splošno priporočajo spoje tipa stik (butt joint) za čisto prodiranje, medtem ko spoji tipa prekrivanja (lap joints), obrobov in T-oblikovani spoji bolj obremenjujejo dostop žarka, pripenjanje in nadzor razmika. Laserno varjenje dobro spoji številne kovine, a zahteva natančno pripravo robov, čiste površine ter konstrukcijo, ki ne zahteva od žarka, da premosti nepravilno prileganje.

Nerjaven ohišje, titanov implantat in cinkan avtomobilski panel so vsi varljivi, vendar od procesa zahtevajo različne stvari. Skladnost materialov je le polovica odločitve. Natančnost, hitrost, dostopnost, dopustna širina razpona in proizvodna količina določajo, ali je lasersko varjenje najboljša izbira ali pa so bolj primerni TIG, MIG, točkovno varjenje ali druga metoda.

Prednosti in omejitve laserskega varjenja v primerjavi z drugimi metodami spojevanja

Kovina se lahko zvari z laserjem, a kljub temu ni primerna za to metodo. To je dejanska odločilna točka. Izbor postopka ni le vprašanje tega, ali žarek lahko ustvari spoj. Gre za vprašanje, ali ta metoda ustreza geometriji dela, njegovi sestavi, proizvodni količini in pričakovanjem glede končne obdelave. Nedavni vodnik Fox Valley ocenjuje laser kot zelo primeren za nadzor deformacij, estetski videz in hitrost pri dolgih šivih, medtem ko opisuje MIG kot bolj odporen pri večjih sestavah, TIG pa kot počasnejši, a odličen za natančne in čiste zvarje. Primerjava EBM strojev doda še eno pomembno razliko: varjenje z elektronskim žarkom omogoča globljo prodornost, vendar prinaša zapletenost vakuumskih pogojev in višje začetne stroške.

Kjer ima laser varjenje jasno prednost

Glavne prednosti laser varjenja nastopijo, kadar spoj zahteva natančno nadzorovano toploto, ponovljivost in ozek zvarni profil. Zato se ta postopek pogosto izbere za tanko pločevino, vidne šive in avtomatizirane proizvodne celice. Neprekinjeni šivi, kot so zvarjanje šivov z laserjem zvarjanje ohišij, držakov in natančnih sestavov so pogosti primeri. A zvarjanje z lasersko točko pristop se lahko izkaže za smiseln tudi takrat, ko so potrebne le majhne lokalizirane priključitve, še posebej tam, kjer je dostop lokacije z lokom težaven.

Prednosti

• Nizek in koncentriran vnos toplote v primerjavi z širšimi lokovnimi postopki, kar pomaga omejiti deformacijo.
• Odlična primernost za estetske šive in dele, ki jih ni treba veliko obdelovati.
• Visoka hitrost pri dolgih šivih v ustrezni vrsti materiala in debelini.
• Odlična združljivost z robotiko in avtomatiziranim nadzorom poti.
• Uporabno za majhne, natančne zvarne cone, kjer bi širok zvar povzročil težave.

Slabosti

• Večja občutljivost na razmik spoja, poravnavo in stanje površine kot pri MIG zvarjanju.
• Stroški opreme so običajno višji kot pri osnovnih lokovih napravah.
• Ni vedno najboljša izbira za debele, razpokljive ali zelo spremenljive sestave.
• Napake parametrov se lahko hitro kažejo kot pomanjkanje spojitve, nedopolnjenost ali pregoranje.

Kjer so druge metode spojev morda bolj primerni

MIG je pogosto praktična izbira, kadar gre za konstrukcijsko nalogo, večjo sestavo ali manj natančno prileganje delov. Vir Fox Valley jo opisuje kot cenovno učinkovito in odzivno, kadar sta pomembnejša vrzel in hitrost kot natančen videz. TIG pa leži na nasprotnem koncu spektra ročnega nadzora. Je počasnejši, vendar omogoča operaterju odličen nadzor in zelo čiste varilne šve, zato ostaja priljubljen za majhne serije, popravila in podrobnosti, kjer je ključnega pomena videz.

Upornostno točkovno varjenje si zasluži svoje mesto, kadar se prekrivajoči ploščati listi potrebujejo ločene točke točkovno varjenje namesto zveznega šva. Z drugimi besedami, če zahteva konstrukcija točke namesto črt, je upornostna metoda morda preprostejša kot namestitev celotne zvarjanje šivov z laserjem hibridno varjenje je vredno razmisliti, kadar delavnica želi nekatere prednosti laserskega varjenja, a potrebuje večjo sposobnost premostitve rež in/ali podporo dodatnega materiala kot čisto lasersko varjenje udobno omogoča. Pri nekaterih prevlečenih ali za videz občutljivih sestavah lasersko litje lahko namesto popolnega talilnega varjenja postane predmet razprave.

NOTRANJE lasersko varjenje proti elektronskemu žarku , ločilna črta je običajno globina prodiranja, zahteve po vakuumu in proizvodna prilagodljivost. Elektronsko žarko varjenje je znano po zelo veliki globini prodiranja in visoki natančnosti, vendar isti vir EBM opozarja, da običajno zahteva vakuumsko komoro. Laserski sistemi tega ne zahtevajo, kar jih naredi lažje vključljive v običajne tovarniške postavitve in avtomatizirane proizvodne linije.

Lasersko varjenje v primerjavi z TIG, MIG, točkovnim in elektronskim žarkom

Še ena razlika je pomembna tudi za nestrokovnjake: varjenje proti lotenju ni le razlika v temperaturi. Če vaša ekipa vpraša: kakšna je razlika med lotenjem in varjenjem , je preprost odgovor, da varjenje spajajo osnovne materiale, medtem ko lotenje spoji dele z nizko-taljnim polnilom brez taljenja samega osnovnega kovinskega materiala. Lotenje je zato uporabno za električne in lažje povezave, vendar ni nadomestek za konstrukcijsko varjenje.

• Najbolj primerno za lasersko varjenje: tesna prileganja, tanki do srednje debeli deli, vidni šivi, ponovljiva proizvodnja, robotske celice ter deli, pri katerih je pomembna nizka deformacija.
• Slabo primerno za lasersko varjenje: velike reže, neenotna priprava, zelo debeli deli, ki zahtevajo izjemno prodornost, ali opravila, pri katerih je preprost ročni postopek ekonomičnejši.
• Mejne primeri: lokalizirani spoji lahko spodbujajo zvarjanje z lasersko točko , medtem ko premazani list ali spoji, ki so usmerjeni v videz, kažejo proti lasersko litje ali mešani strategiji postopkov.

Najbolj razočarajoči rezultati varjenja niso skrivnostni. Navadno izvirajo iz neskladja med postopkom, stanjem spoja in vhodno energijo. To je tisto, kjer se začnejo vidni simptomi – od poroznosti in razpok do pomanjkanja zvarjenosti in razprševanja.

Pomanjkljivosti pri laserskem varjenju

Opozorilni znaki so običajno vidni že preden se slaba zvarna spojina pokaže pri preskusih. Pri laserskem varjenju se napake redko pojavijo brez vzroka. Navadno izvirajo iz kratkega seznama nadzorljivih težav: nestabilna energija na šivi, umazan material, šibka zaščitna atmosfera, slab optični sistem ali neenakomerna prileganja delov. Spodnji vzorci simptomov tesno sodijo k vodiču za napake , analizi karoserije (BIW) in vodniku za kakovostne težave .

Večina napak pri laserskem varjenju izvira iz štirih osnovnih dejavnikov: gostote energije, čistosti, zaščite z plinom in nadzora spoja.

Poroznost, razpoke in nepopolno zvarenje

Hitro opredelitev poroznosti pri varjenju to pomeni: plin se ujame v taljeni bazeni in zamrzne kot majhne votline. V referenčnem gradivu je poroznost povezana z umazanimi površinami, cinkovo paro iz cinkane pločevine, slabim smerom pretoka zaščitnega plina ter globokimi, hitro ohladujočimi se varnimi bazenki, kjer plin ne more pravočasno uiti. Nestabilnost ključavnice lahko težavo še poslabša.

Razpoke predstavljajo drugačen način odpovedi. Če opazujete razpoke v varnih šivih med ohlajanjem, se v referenčnem gradivu razpoke povezujejo s stiskalnimi napetostmi zaradi krčenja pred popolnim strjevanjem, hitrim ohlajanjem ter materiali, ki so občutljivi na razpoke, npr. jeklo z visoko vsebnostjo ogljika ali zakaljeni litini. Praktični ukrepi za odpravo težave vključujejo predgrevanje, nadzorovano ohlajanje ter v nekaterih primerih polnjenje z varilno žico za zmanjšanje napetosti zaradi krčenja.

Podpolnjenost se običajno kaže kot udobljena šivna spojina, nizka izbočenost ali lokalna depresija. Ta simptom pogosto sledi nestabilni podaji žice, napačni postavitvi žarka ali kombinaciji hitrosti in moči, ki povzroči pomanjkanje kovine v zvaru. Pojaviti se lahko tudi, kadar se svetlobna pika premakne stran od dejanskega središča spoja.

Pomanjkanje zvarenosti, pomanjkanje prepenjanja in pregoranje

Pomanjkanje prepenjanja in pomanjkanje zvarenosti se na delavnici pogosto zamenjujeta, vendar povesta nekoliko različni zgodbi. Pomanjkanje prepenjanja pomeni, da zvar ne sega dovolj globoko skozi spojino. Pomanjkanje zvarenosti pomeni, da se del meje spoja ali stranska stena nikoli resnično ne stopita skupaj. Referenca BIW povezuje oba primanjkljaja z nizko lasersko energijo na zvarni spojnici, kar je pogosto posledica nizke moči, onesnažene ali poškodovane zaščitne leče, napačno osredotočenega žarka ali napačnega kota žarka.

Prepajkanje je nasprotni problem. V tem primeru je vnos toplote prevelik za stanje spoja, zato se taljena kapljica spusti skozi delovni kos. V opombah o materialu za karoserijo (BIW) je navedeno, da, če se prepajkanje pojavi le na prvi plasti, je vzrok verjetno prevelika razdalja med ploščama. Če se prepajkanje pojavi po celotnem šivu, je najverjetneje napačen celoten nabor parametrov. Ista analiza BIW priporoča, da se razdalja med ploščama dolgoročno omeji na manj kot 0,2 mm kot ukrep za nadzor pri tej uporabi.

Presežek razprševanje pri varjenju je ena najlažje ugotovljivih napak. Viri jo povezujejo z neskladnim čiščenjem, oljem ali drugimi površinsko onesnažujočimi snovmi, cinkovimi prevlekami ter previsoko gostoto moči. V iskalnem jeziku se to pogosto pojavlja kot razprševanje pri varjenju težava, a osnovni vzroki so običajno nestabilnost procesa in stanje površine, ne pa nekakšna skrivnostna ločena napaka.

Korektivni ukrepi, ki izboljšajo doslednost varjenja

Ko se pojavi napaka, sprememba večih parametrov hkrati običajno zakrije dejansko vzročilo. Boljši način odpravljanja težav je preprost in ponovljiv:

• Najprej očistite stik, območje šobe in zaščitno lečo.
• Preverite vrsto plina, smer plina, kot šobe in delovno razdaljo.
• Preverite položaj fokusa, centriranje žarka in kot varilne glave.
• Šele nato znova uravnovesite moč, hitrost, impulzne ali nihanje nastavitve ter dovod žice.
• Pred zaklepanjem recepta potrdite nadzor razmika, pripenjanje in ponovljivost delov.

Ta zaporedje je pomembno, ker se mnoge tako imenovane težave z nastavitvami začnejo kot težave s pripravo. In kadar se napake nadaljujejo tudi po tem, ko izgleda recept za varjenje razumno, je težava pogosto večja od posamezne šive. Začne se postavljati vprašanje pritrdilne opreme, nadzora procesa, validacije ter tega, ali naj opravilo izvede notranja ekipa ali specialist z strožjim proizvodnim nadzorom.

Izbira aplikacij za lasersko varjenje in pravega partnerja

Ko se napake ponavljajo, se težava pogosto razširi čez eno samo varilno recepturo. Postane odločitev med izgradnjo in nakupom. Za mnoge laserne varilne aplikacije , je resnično vprašanje, ali so vaši proizvodni volumeni, natančnost pri pritrditvi delov in zahteve glede kakovosti dovolj visoke, da opravičijo lastništvo nad postopkom. Groupe Hyperforme to izbiro obravnava z vidika neposrednega nadzora, proizvodne fleksibilnosti, rokov dobave, dostopa do naprednih tehnologij ter naložbe v opremo in osebje.

Najprimernejše aplikacije za laserne varilne postopke

• Izgradnja notranje kapacitete ko so volumini stabilni, geometrija delov se ponavlja in pripravki lahko skladno držijo stično površino.
• Izgradnja notranje kapacitete ko vaša ekipa lahko zagotovi usposabljanje, vzdrževanje in dokumentirano nadzorovanje kakovosti za industrijske laserne varilne postopke .
• Izvajati izven ko se povpraševanje dviguje in spušča, roki za zagon so tesni ali pa kapital za nakup industrijski laserski varilnik in drugih avtomatske varilne opreme je težko utemeljiti.
• Izvajati izven kdaj avtomatizacija laserskega varjenja je potrebna, vendar vaša tovarna še ni pripravljena za integracijo robotov, razvoj pritrdilnih naprav in potrditveno delo.
• Zaustavitev in potrditev ko strukturni deli zahtevajo uradne pregledne zapise, nadzor spremembe in merila za sprostitev pred začetkom proizvodnje.

V lasti industrialni laserski varilniki ima smisel le takrat, ko so stroji stalno obremenjeni in je podporni sistem okoli njih že zrel.

Ko je izvenštiranje praktično smiselno

Izvenštiranje je pogosto boljša pot, kadar potrebujete specializirano izkušnjo, fleksibilno zmogljivost ali hitrejši dostop do naprednih procesov brez gradnje celotnega sistema notranje. Isto vir opozarja, da lahko zunanjih partnerjev uporabimo tudi za zmanjšanje breme naložb v opremo, osebje in usposabljanje ter za hitrejši odziv proizvajalcev na spreminjajoče se potrebe po projektih.

• Shaoyi Metal Technology : primer, ki je pomemben za lasersko varjenje v avtomobilski industriji kupci, ki potrebujejo robotske varilne linije, certificiran kakovostni sistem po standardu IATF 16949 ter podporo pri izdelavi šasijskih delov za jeklo, aluminij in druge kovine.
• Druge kvalificirane dobavitelje: ocenite jih glede na ista merila za proces, kakovost in tveganje v zvezi z oskrbo namesto da bi izbiro opravili izključno na podlagi ponujene cene.

To je pomembno, ker avtomatizirana varilna oprema predstavlja le del enačbe. Vzvajanje, stroga nadzorna disciplina in načrtovanje neprekinjenosti določata, ali se proizvodnja ohrani stabilna.

Kaj iščemo pri avtomobilskem varilnem partnerju

1. Preverite tveganje dobavitelja za skladnost izdelka in neprekinjeno oskrbo.
2. Preglejte dejanske kazalnike kakovosti in dostavne zmogljivosti, ne le trditve o proizvodni kapaciteti.
3. Preverite sistem upravljanja kakovosti in ustrezne certifikate.
4. Ocenite proizvodne zmogljivosti, zahtevano tehnologijo, osebje in infrastrukturo.
5. Vprašajte, kako se upravljajo spremembe v načrtovanju, logistika, storitve za stranke in neprekinjenost poslovanja.
6. Uporabite medfunkcionalni pregled, ki vključuje nabavo, inženirstvo, kakovost in operacije.

Kriteriji izbire, opisani v Navodila IATF 16949 ohranite osredotočenost tam, kjer pripada: skladnost, dobava, zmogljivost in neprekinjenost. V praksi prava izbira ni preprosto nakup opreme ali predaja nalog prvemu razpoložljivemu dobavitelju. Gre za usklajevanje lastništva procesa z vašimi zahtevami glede prostornine, tveganja in kakovosti.

Pogosta vprašanja o laserski varjenju

1. Kaj je lasersko varjenje in kako se razlikuje od laserskega rezanja?

Lasersko varjenje spoji deli tako, da stali ozko črto na mestu, kjer se dva dela srečata, nato pa se ta taljena kovina ohladi in trdne v eno zvezo. Lasersko rezanje uporablja isto splošno vrsto energenta za nasprotno namen: ločevanje materiala. Na kratko, varjenje spoji komponente skupaj, medtem ko rezanje odstrani material za ustvarjanje roba ali odprtine.

2. Kako laserski varilnik ustvari zvar?

Laserji za varjenje ustvarijo žarek, ki ga usmerijo skozi optiko in ga osredotočijo na stik, tako da kovina v zelo majhnem območju absorbira koncentrirano energijo. To ustvari majhno taljeno kapljico, ki se premika vzdolž šiva, ko se žarek premika. Tekoča kovina se nato ohladi za žarkom in tvori končani zvar. Ko je gostota energije nižja, je zvar običajno plitkejši in širši, medtem ko višja gostota energije omogoča globljo prodiranje.

3. Kateri kovine je mogoče uspešno variti z laserjem?

Nerjavnega jekla in ogljikovega jekla je pogosto najlažje variti z laserjem, saj sta običajno lažje obdelljiva kot visoko odsevne kovine. Aluminij, baker, titan in cinkirano jeklo je prav tako mogoče variti z laserjem, vendar zahtevajo natančnejšo pozornost pri čiščenju, zaščiti pred okoljem, odsevnosti, prevlekah in prileganju stikov. Varjenje različnih kovin je bolj zapleteno in lahko zahteva polnilni material, prehodne plasti ali celo drugo metodo spojevanja.

4. Ali je laserjsko varjenje trdnejše od TIG- ali MIG-varjenja?

Laserno varjenje ni samodejno trdnejše le zaradi imena postopka. Trdnost spoja je odvisna od popolne zlitve, pravilne nastavitve, stabilne namestitve delov in izogibanja napakam, kot so poroznost ali nepopolno prepenjanje. Laserno varjenje lahko ustvari zelo trdne spoje z nizko deformacijo, če so deli natančni in je postopek dobro nadzorovan, vendar sta pri sestavah z večjimi razmiki, debelejšimi profilji ali večjo variabilnostjo med posameznimi deli morda bolj primerni TIG ali MIG.

5. Ali naj proizvajalec kupi opremo za laserno varjenje ali naj delo izvede zunanjega ponudnika?

Nakup opreme ima več smisla, kadar je proizvodna količina stalna, pritrditve so ponovljive in ekipa lahko zagotavlja vzdrževanje, usposabljanje, validacijo in dokumentacijo kakovosti. Izvajanje storitev izven podjetja je pogosto boljša možnost za uvodne programe, nihajoče povpraševanje ali projekte, ki zahtevajo robotske celice in strožji nadzor dobaviteljev brez velikega začetnega investicijskega vložka. Pri delih avtomobilskih podvozij lahko proizvajalec oceni ponudnike, kot je na primer Shaoyi Metal Technology, skupaj z drugimi kvalificiranimi partnerji, kadar so ključni zahtevki sistem IATF 16949, sposobnost robotskega varjenja ter podpora pri kovinskih spojih, pripravljenih za proizvodnjo.