W przemyśle spawalniczym spawanie laserowe jest uważane za mocną i wyrafinowaną metodę łączenia. Wykorzystuje silnie skoncentrowane wiązki światła zwane laserami. Na docelowej powierzchni materiału wiązka lasera wytwarza intensywne ciepło w punkcie styku i powoduje stopienie materiału i utworzenie mocnego wiązania podczas chłodzenia i krzepnięcia.
Spawanie laserowe ma swoje zalety i wady. Porównując inne procesy spawania, takie jak MIG lub TIG, spawanie laserowe jest silniejsze. Dzisiaj dowiemy się o spawaniu laserowym, jego mocnych i słabych stronach, użyteczności itd. W tym artykule porównamy również spawanie laserowe z kilkoma metodami spawania.
Przyjrzyjmy się zatem bliżej światu spawania laserowego.
Co to jest spawanie laserowe?
Spawanie laserowe to metoda spawania, która wykorzystuje skupione wiązki laserowe o wysokiej temperaturze do topienia powierzchni metalu. Następnie stopione części łączą się i krzepną po ostygnięciu. Podobnie jak w przypadku innych maszyn laserowych, spawarki laserowe wykorzystują również niektóre specyficzne elementy laserów, w tym lasery ciała stałego, lasery gazowe (CO2 lasery) i lasery diodowe.
Wysokiej jakości spawanie z minimalnymi odkształceniami i strefą nagrzewania sprawia, że jest to dobry wybór do szerokiej gamy projektów spawalniczych.
Istnieją inne procesy spawalnicze, takie jak spawanie łukowe elektrodą metalową w osłonie gazów (GMAW/MIG), spawanie łukowe elektrodą wolframową w osłonie gazów (GTAW/TIG), spawanie łukowe elektrodą metalową osłoniętą (MMA), spawanie łukowe drutem rdzeniowym, spawanie łukiem krytym, zgrzewanie punktowe oporowe i spawanie wiązką elektronów.
Spawanie laserowe jest najbardziej praktyczne i wszechstronne ze wszystkich.
Jak to działa?
Spawanie laserowe wykorzystuje silnie skoncentrowane wiązki laserowe do podgrzewania powierzchni metalu w celu stopienia. Po połączeniu części pozostawia się je do ostygnięcia, aż do uzyskania twardości.
Poniżej podano krok po kroku informacje o użytkowniku.
1. Generowanie wiązki: Proces spawania rozpoczyna się od wygenerowania wiązki laserowej o dużej mocy. Różne rodzaje laserów, takie jak lasery ciała stałego, lasery gazowe (np. CO2 W zależności od wymagań zastosowania można stosować lasery (lasery) lub lasery diodowe.
2. Ogniskowanie wiązki: Następnie wiązka lasera jest kierowana do punktu skupienia za pomocą luster i soczewek. Efektywne nagrzewanie i topienie materiałów w dużej mierze zależy od dokładności punktu skupienia i temperatury.
3. Przygotowanie materiału: Przed rozpoczęciem procesu spawania konieczne jest przygotowanie materiału. Obejmuje to czyszczenie, zaciskanie i obróbkę powierzchni.
4. Proces spawania: Skup wiązki laserowe na przygotowanej powierzchni materiału. Skierowany punkt powierzchni topi się pod wpływem skoncentrowanego ciepła lasera.
5. Tworzenie spoiny: Stopione materiały łączą się i tworzą solidne połączenie. Aby zwiększyć wytrzymałość połączenia i wypełnić szczeliny, można użyć dodatkowych filtrów.
6. Chłodzenie i krzepnięcie: Po zakończeniu spawania materiały stopione szybko stygną i krzepną, tworząc solidne połączenie między łączonymi powierzchniami. Aby zminimalizować odkształcenia, bardzo ważna jest prawidłowa kontrola chłodzenia.
7. Kontrola po spawaniu: Sprawdź jakość i integralność spawania. W zależności od wykończenia spawania mogą być wymagane dodatkowe procesy wykańczające, takie jak szlifowanie, polerowanie lub powlekanie.
Czy spawanie laserowe jest wytrzymałe?
Tak, spawanie laserowe jest uważane za mocną i niezawodną technikę spawania. Powody, dla których spawanie laserowe jest mocnym procesem spawania, podano poniżej.
• Precyzja i kontrola
Precyzyjna kontrola parametrów spawania, takich jak moc, prędkość i ostrość, pozwala na zachowanie spójnych właściwości spawania i materiału. Efektem są mocne spoiny.
• Strefa minimalnego wpływu ciepła (HAZ)
Skoncentrowane belki dają minimalną strefę wpływu ciepła. To zmniejsza odkształcenia cieplne, naprężenia szczątkowe i osłabienie materiału. W rezultacie właściwości mechaniczne spoiny są często lepsze od tych uzyskiwanych innymi metodami spawania
• Głęboka penetracja
Spawanie laserowe może osiągnąć głęboką penetrację przy wysokim współczynniku kształtu. Spawanie grubych materiałów staje się dzięki temu bardziej dostępne. Poprawia to integralność strukturalną połączenia.
• Wysoka gęstość energii
Wysoka gęstość energii zapewnia wydajne topienie i łączenie materiałów. Powoduje to silne wiązanie metalurgiczne. Ta wysoka gęstość energii umożliwia również spawanie stali i stopów metali nieżelaznych.
• Proces bezdotykowy
Spawanie laserowe minimalizuje fizyczne odkształcenia i zanieczyszczenia spawanych materiałów, ponieważ jest metodą spawania bezkontaktowego.
Plusy i minusy
Spawanie laserowe to wszechstronny i użyteczny proces do szerokiego zakresu prac spawalniczych. Jednak czasami nie zapewnia on wymaganego wyniku w porównaniu z innymi metodami spawania. Przyjrzyjmy się mocnym i słabym stronom spawania laserowego obok siebie.
| ZALETY | Wady |
|---|---|
| Umożliwia bardzo dokładne i kontrolowane spawanie, idealne do skomplikowanych i delikatnych części | Początkowa inwestycja w sprzęt do spawania laserowego jest stosunkowo wysoka w porównaniu do tradycyjnych metod spawania |
| Możliwość spawania szerokiej gamy materiałów, w tym metali, tworzyw sztucznych i materiałów o różnym pochodzeniu | Może nie nadawać się do bardzo grubych materiałów lub materiałów o silnie odblaskowych powierzchniach, które mogą odbijać lub rozpraszać wiązkę lasera |
| Zmniejsza odkształcenia termiczne i uszkodzenia materiału, zachowując właściwości mechaniczne otaczającego materiału | Charakter wiązki laserowej, która znajduje się w polu widzenia, ogranicza jej zastosowanie w przypadku połączeń spawanych, do których nie ma łatwego dostępu lub które mają złożoną geometrię |
| Możliwość spawania z dużą prędkością, co zwiększa wydajność i skraca czas produkcji | |
| Umożliwia wykonywanie mocnych spoin w grubych materiałach o dużym współczynniku kształtu, często w jednym przejściu | |
| Łatwa integracja z automatycznymi systemami produkcyjnymi, co zwiększa wydajność i spójność |
Jak pokonać ograniczenia spawania laserowego!
Spawanie laserowe może być świetną okazją, jeśli jest wykorzystywane w odpowiedni sposób. Tak, wiąże się z pewnymi ograniczeniami, ale większość z nich można pokonać. Więc jak to zrobić?
Wysoki koszt sprzętu
• Przeprowadź dokładną analizę kosztów i korzyści. Rozważ długoterminowe oszczędności wynikające ze zwiększonej produktywności.
• Rozważ opcje finansowania lub leasingu.
• Zacznij od minimalnej inwestycji w maszynę. Stopniowo zwiększaj inwestycję.
Ograniczenia materiałowe
• Stosuj powłoki lub obróbkę powierzchni na materiałach odblaskowych. Poprawi to absorpcję lasera i zmniejszy problemy z odbiciem.
• Optymalizacja parametrów lasera w celu lepszego dopasowania ich do właściwości i grubości materiału.
• Łączenie spawania laserowego z innymi metodami spawania (takimi jak MIG lub TIG).
Ograniczona dostępność stawów
• Zastosowanie ramion robotycznych i zautomatyzowanych systemów umożliwi dostęp do trudno dostępnych stawów.
• Projektowanie niestandardowych urządzeń i przyrządów montażowych.
• Stosować wieloosiowe systemy spawania laserowego
Ponadto stopniowe wdrażanie istniejących produktów, przeprowadzanie oceny zgodności i uruchamianie projektów pilotażowych może zwiększyć wydajność maszyny i wyraźnie zmniejszyć ograniczenia.
Spawanie laserowe kontra MIG
| Funkcje | Spawanie laserowe | MIG |
|---|---|---|
| Źródło ciepła | Wiązka laserowa | Łuk elektryczny |
| Precyzja | Bardzo wysoka | Umiarkowany |
| Strefa wpływu ciepła | minimalny | Większe |
| Szybkość spawania | Wysoki | Umiarkowany do niskiego |
| Penetracja | Głębokie, często jednoprzebiegowe | Dobrze, może wymagać wielu przejść |
| Kompatybilność materiałowa | Szeroki zakres, w tym trudne do spawania | Szeroki zakres, powszechne metale |
| Rozprysk | Minimalne lub żadne | Generuje rozpryski |
| Koszt wyposarzenia | Wysoki | Opuść |
| Wymagania dotyczące umiejętności | Potrzebne wysokie, specjalistyczne szkolenie | Umiarkowany, łatwiejszy do nauczenia |
| Wspólna dostępność | Wymagana jest linia wzroku | bardziej elastyczne |
| Automatyzacja | Łatwo zautomatyzowane | Mniej łatwe do zautomatyzowania |
| Bezpieczeństwo | Istotne zagrożenia wynikające z używania laserów dużej mocy | Wymaga środków ostrożności, ale jest ogólnie bezpieczniejsze |
Spawanie laserowe kontra TIG
| techniczne | Spawanie laserowe | Spawanie metodą TIG |
|---|---|---|
| Precyzja i kontrola | Niezwykle wysoka precyzja, idealna do skomplikowanych i zautomatyzowanych procesów | Wysoka precyzja dzięki ręcznej kontroli, idealna do szczegółowych i wysokiej jakości spoin |
| Strefa wpływu ciepła (HAZ) | Minimalna strefa HAZ, redukująca odkształcenia termiczne i zachowująca właściwości materiału | Minimalizuje strefę HAZ, ale nie tak bardzo jak spawanie laserowe |
| Prędkość | Szybkie spawanie zwiększa wydajność | Niższe prędkości spawania zmniejszają wydajność |
| Wszechstronność | Nadaje się do szerokiej gamy materiałów, w tym metali, tworzyw sztucznych i materiałów różnorodnych | Doskonały do różnych metali, szczególnie metali nieżelaznych, ale mniej wszechstronny w przypadku tworzyw sztucznych |
| Wymagania dotyczące umiejętności | Wymaga specjalistycznego przeszkolenia i wiedzy eksperckiej | Wymaga znacznych umiejętności i doświadczenia, aby uzyskać najlepsze rezultaty |
| Koszty: | Wysoki koszt początkowego wyposażenia | Umiarkowany koszt sprzętu, wyższy niż w przypadku innych metod |
| Zastosowanie | Idealny do zastosowań wymagających wysokiej precyzji, automatyzacji i produkcji wielkoseryjnej | Najlepiej nadaje się do wysokiej jakości spoin i ręcznej kontroli, np. w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i metaloplastyce artystycznej |
