Ласер Велдинг

Ласерско заваривање је најсавременија технологија која трансформише начин на који се материјали спајају у различитим индустријама.

Његова прецизност без премца, ефикасност, и свестраност постају основни у применама које захтевају висококвалитетне и издржљиве спојеве.

Овај водич ће истражити све што вам је потребно о ласерском заваривању, његове врсте, и како то функционише.

Шта је ласерско заваривање?

Ласерско заваривање је процес високе прецизности који користи фокусирани ласерски зрак као извор топлоте за топљење и спајање материјала на њиховом споју.

Техника је идеална за метале, легуре, и нешто пластике, испоруку чисте, јаки завари са минималним топлотним утицајем зона (Хај).

Ова технологија се широко користи у ваздухопловству, аутомотиве, електроника, и производњу медицинских средстава, где су тачност и снага најважније.

Ласерско заваривање може спојити танке или дебеле материјале, па чак и различите метале, чинећи га невероватно разноврсним.

Како функционише ласерско заваривање?

Основни принципи

1. Генерисање ласерског зрака:

• • Ласер Соурце: Процес почиње са ласерским извором, који генерише сноп светлости високог интензитета.
    Уобичајени ласерски извори укључују ЦО₂ ласере, Нд: ИАГ (Итријум-алуминијумски гранат допиран неодимијумом) ласери, и фибер ласери.
  • Фокусирање зрака: Ласерски зрак се усмерава и фокусира помоћу огледала и сочива.
    Оптика за фокусирање концентрише сноп на веома малу тачку, обично неколико микрометара до милиметара у пречнику, стварајући велику густину снаге.

2. Грејање материјала:

• • Апсорпција: Када фокусирани ласерски зрак удари у материјал, енергија се апсорбује, што доводи до брзог загревања материјала.
  • Топљење: Интензивна топлота узрокује топљење материјала на месту контакта.
    Дубина и ширина отопљеног подручја зависе од снаге ласера ​​и трајања експозиције.

3. Велд Форматион:

• • Удруживање: Како се материјал топи, формира растопљени базен. Кретање ласерског зрака дуж линије споја узрокује да растопљени материјал тече и меша.
  • Стврдњавање: Када се ласерски зрак удаљи, растопљени базен се хлади и учвршћује, формирајући јаку, кохезивни завар.

Кључне компоненте

1. Ласер Соурце:

• • ЦО₂ ласери: Ово су гасни ласери који користе гас угљен-диоксида као медијум за ласерски процес. Погодни су за заваривање дебелих материјала и могу произвести греде велике снаге.
• • Нд: ИАГ ласери: Ово су ласери у чврстом стању који користе кристал допиран неодимијумом. Они су разноврсни и могу се користити за дебеле и танке материјале.
  • Фибер Ласерс: Ово су најнапреднији тип, користећи допирани оптички кабл као медијум за појачање.
    Веома су ефикасни, компактан, и може да испоручи веома велике густине снаге.

2. Оптички систем:

• • Огледала и сочива: Ове компоненте усмеравају и фокусирају ласерски зрак на радни предмет. Висококвалитетна оптика обезбеђује прецизну контролу над положајем и величином зрака.
  • Систем за испоруку зрака: У неким поставкама, ласерски зрак се испоручује преко оптичког кабла до удаљене главе, омогућавајући флексибилно и прецизно позиционирање.

3. Руковање радним комадом:

• • Фиктуринг: Радни предмети морају бити безбедно причвршћени да би се обезбедило тачно поравнање и доследан квалитет завара.
  • Контрола кретања: ЦНЦ (Рачунарска нумеричка контрола) системи се често користе за померање радног предмета или ласерске главе дуж жељене путање.

Врсте ласерског заваривања

Ласерско заваривање је свестран и прецизан метод спајања материјала, и неколико врста техника ласерског заваривања задовољава различите примене и материјале. Свака врста има своје јединствене предности и изазове. Ево свеобухватног прегледа:

1. Цонтинуоус Ваве (ЦВ) Ласер Велдинг

Процес: Код ласерског заваривања континуираних таласа, ласерски зрак се непрекидно емитује током процеса заваривања. Овај константан унос топлоте чини га погодним за дуже време, континуирани завари.

Апликације: ЦВ ласерско заваривање се широко користи у аутомобилској и ваздухопловној индустрији за заваривање дебљих материјала и постизање дубоког продора.

Предности:

• Висока пенетрација: ЦВ ласери могу постићи дубоке и уске заваре, што их чини идеалним за дебеле материјале.
• Сталан унос топлоте: Континуирани сноп обезбеђује сталне услове заваривања, што доводи до уједначених и поузданих завара.

Недостатак:

• Већа зона захваћена топлотом (Хај): Континуирани унос топлоте може резултирати већом ХАЗ, потенцијално утичу на својства материјала.
• Већа потрошња енергије: ЦВ ласери генерално троше више енергије у поређењу са импулсним ласерима.

Подаци:

• Опсег снаге: Обично се креће од 1 кВ до 10 кВ.
• Дубина пенетрације: Може постићи дубине до 20 мм у челику.
• Брзина заваривања: До 10 метара у минути, у зависности од дебљине материјала и снаге.

2. Пулсно ласерско заваривање

Процес: Импулсно ласерско заваривање укључује емитовање ласерског зрака укратко, високоенергетски импулси. Сваки импулс доноси налет енергије, омогућавајући прецизну контролу над уносом топлоте и минимизирајући ХАЗ.

Апликације: Пулсно ласерско заваривање је идеално за танке материјале, деликатне компоненте, и апликације које захтевају минималан унос топлоте, као што су електроника и медицински уређаји.

Предности:

• Прецисе Цонтрол: Пулсирајућа природа омогућава фину контролу над величином и обликом завара.
• Минимална ХАЗ: Смањује ризик од изобличења и савијања материјала, што га чини погодним за танке и осетљиве материјале.

Недостатак:

• Схаллов Пенетратион: Ограничено на тање материјале и плитке заваре.
• Спорији процес: Може бити спорије од заваривања континуираним таласима за дуже заваре.

Подаци:

• Трајање пулса: Обично се креће од микросекунди до милисекунди.
• Опсег снаге: Од неколико вати до неколико киловата.
• Дубина пенетрације: До 1 мм у челику.
• Брзина заваривања: До 2 метара у минути, у зависности од дебљине материјала и фреквенције импулса.

3. Хибридно ласерско заваривање

Процес: Хибридно ласерско заваривање комбинује ласерски зрак са другим извором топлоте, обично процес електролучног заваривања (као МИГ или ТИГ).

Ласерски зрак обезбеђује примарни извор топлоте, док лук стабилизује заварени базен и додаје материјал за пуњење ако је потребно.

Апликације: Хибридно ласерско заваривање се користи за заваривање дебелих материјала и за апликације које захтевају високе стопе таложења, као што су у бродоградњи и тешким машинама.

Предности:

• Дубока пенетрација: Комбинује дубоки продор ласера ​​са флексибилношћу електролучног заваривања.
• Високе стопе депозиције: Веће брзине заваривања и веће стопе таложења материјала, што га чини погодним за велике индустријске примене.

Недостатак:

• Цомплек Сетуп: Захтева сложенију опрему и подешавање, повећање почетних инвестиција.
• Веће трошкове: Скупљи због потребе за више извора топлоте и специјализоване опреме.

Подаци:

• Опсег снаге: Снага ласера ​​се обично креће од 1 кВ до 10 кВ, са снагом лука у распону од 100 А то 500 А.
• Дубина пенетрације: Може постићи дубине до 25 мм у челику.
• Брзина заваривања: До 15 метара у минути, у зависности од дебљине материјала и снаге.

4. Даљинско ласерско заваривање

Процес: Даљинско ласерско заваривање користи систем за скенирање велике брзине да усмери ласерски зрак на велику површину.

Сноп се одбија помоћу огледала или галванометријских скенера, омогућава брзо и прецизно заваривање више тачака или путања.

Апликације: Даљинско ласерско заваривање се користи у производним окружењима великог обима, као што је у аутомобилској индустрији за монтажу каросерије у белом и у електронској индустрији за лемљење.

Предности:

• Велика брзина: Изузетно велике брзине заваривања, погодан за масовну производњу.
• Флексибилност: Може брзо и прецизно заварити више тачака или путања, што га чини идеалним за сложене геометрије.

Недостатак:

• Ограничена пенетрација: Генерално мање погодно за заваривање са дубоким продором.
• Захтеви за прецизност: Захтева прецизну контролу и поравнање система за скенирање, што може бити изазовно.

Подаци:

• Брзина скенирања: До 100 метара у секунди.
• Брзина заваривања: До 50 метара у минути, у зависности од сложености пута заваривања.
• Опсег снаге: Обично се креће од 1 кВ до 5 кВ.

5. Цондуцтион Моде Велдинг

Процес: Заваривање у проводном режиму подразумева загревање површине материјала који се спајају, узрокујући њихово топљење и спајање.

Топлота се преноси у материјал, што резултира ширим, плићи заварени базен.

Апликације: Заваривање у проводном режиму се користи за танке материјале и апликације где је широк, плитки завар је прихватљив, као што су у индустрији електронике и накита.

Предности:

• Сурфаце Мелтинг: Погодно за танке материјале и осетљиве компоненте, минимизирање ризика од оштећења.
• Минимална дисторзија: Смањује ризик од савијања и изобличења материјала, обезбеђивање висококвалитетних завара.

Недостатак:

• Схаллов Пенетратион: Ограничено на плитке варове и танке материјале.
• Ловер Стренгтх: Добијени завари могу имати мању чврстоћу у поређењу са завареним шавовима са дубљим продором.

Подаци:

• Опсег снаге: Обично се креће од 100 У ово 1 кВ.
• Дубина пенетрације: До 0.5 мм у челику.
• Брзина заваривања: До 2 метара у минути, у зависности од дебљине материјала и снаге.

6. Заваривање у режиму кључаонице

Процес: Заваривање у режиму кључаонице укључује фокусирање ласерског зрака да би се створио мали, дубока рупа (кључаоница) у материјалу.

Кључаоница делује као канал за ласерску енергију да дубоко продре, што резултира уским, дубок завар.

Апликације: Заваривање у облику кључаонице користи се за дебеле материјале и апликације које захтевају дубоко продирање, као што су у аутомобилској и ваздухопловној индустрији.

Предности:

• Дубока пенетрација: Способан за постизање дубоких и уских завара, што га чини идеалним за дебеле материјале.
• Велика снага: Производи јаке, висококвалитетни завари са минималним изобличењем.

Недостатак:

• Цомплек Сетуп: Захтева прецизну контролу над параметрима ласера ​​за одржавање кључаонице.
• Материјална ограничења: Ово можда није погодно за све материјале, посебно оних са високом рефлексијом.

Подаци:

• Опсег снаге: Обично се креће од 1 кВ до 10 кВ.
• Дубина пенетрације: Може постићи дубине до 20 мм у челику.
• Брзина заваривања: До 10 метара у минути, у зависности од дебљине материјала и снаге.

Збирна табела типова ласерског заваривања

Врста ласерског заваривања	Опис процеса	Апликације	Предности	Недостатак	Опсег снаге	Дубина пенетрације	Брзина заваривања
Цонтинуоус Ваве (ЦВ)	Континуирана емисија ласерског зрака	Дебели материјали, дубоко продирање	Висока пенетрација, стални унос топлоте	Већи ХАЗ, већа потрошња енергије	1 кВ до 10 кВ	До 20 мм	До 10 м/ми
Пулсирано	Кратко, ласерски импулси високе енергије	Танки материјали, деликатне компоненте	Прецизна контрола, минимална ХАЗ	Плитко продирање, спорији процес	Неколико вати до неколико кВ	До 1 мм	До 2 м/ми
Хибрид	Комбинација ласерског и електролучног заваривања	Дебели материјали, високе стопе таложења	Дубоко продирање, високе стопе таложења	Комплексно подешавање, веће трошкове	1 кВ до 10 кВ (ласер), 100 А то 500 А (арц)	До 25 мм	До 15 м/ми
Ремоте	Систем за скенирање велике брзине	Производња великог обима, више тачака	Велика брзина, флексибилност	Ограничено продирање, захтеви за прецизност	1 кВ до 5 кВ	Променљив	До 50 м/ми
Цондуцтион Моде	Површинско загревање и топљење	Танки материјали, деликатне компоненте	Површинско топљење, минимално изобличење	Плитко продирање, ниже снаге	100 У ово 1 кВ	До 0.5 мм	До 2 м/ми
Кеихоле Моде	Стварање дубоке кључаонице	Дебели материјали, дубоко продирање	Дубоко продирање, велика снага	Комплексно подешавање, материјална ограничења	1 кВ до 10 кВ	До 20 мм	До 10 м/ми

Који материјали се могу спојити ласерским заваривањем?

Ласерско заваривање је свестрана техника способна за спајање широког спектра материјала. Његова способност да прецизно испоручи, високоенергетски снопови чине га погодним за метале, легуре, и одређени неметали.

Ево прегледа материјала који се обично спајају ласерским заваривањем:

1. Метали и легуре

Ласерско заваривање је посебно ефикасно за метале и легуре, нуди високу прецизност и снагу за различите примене.

Челик

• Нехрђајући челик: Идеално за индустрије попут аутомобилске индустрије, ваздухопловство, и медицински, ласерско заваривање пружа одличну отпорност на корозију и чисте заварене спојеве.
• Карбонски челик: Заварљив са минималним зонама под утицајем топлоте, иако се мора водити рачуна о контроли топлоте како би се избегле пукотине.
• Челик алата: Погодно за прецизне апликације заваривања, посебно у индустрији алата и калупа.

Алуминијум и легуре алуминијума

• Висока топлотна проводљивост алуминијума може га учинити изазовним, али савремени ласери то добро носе, посебно за легуре попут 6061, 5052, и 7075.

Титанијум и легуре титанијума

• Често се користи у ваздухопловној и медицинској индустрији, титанијум добро завари због ниског топлотног ширења и велике чврстоће.

Никл и легуре никла

• Легуре на бази никла као што је Инцонел се широко користе у високотемпературним и корозивним окружењима, као што су у електранама и млазним моторима.

Бакар и легуре бакра

• Висока рефлективност и топлотна проводљивост бакра захтевају ласере велике снаге, али је заварљив, посебно за електричне компоненте.

Други метали

• Легуре магнезијума: Лаган и често се користи у аутомобилској и ваздухопловној примени.
• Цинк и метали обложени цинком: Уобичајено у поцинкованом челику и другим апликацијама отпорним на корозију.

2. Диссимилар Материалс

Ласерско заваривање може спојити два различита материјала, иако се компатибилношћу и термичким својствима мора пажљиво управљати.

• Челик до алуминијума: Могуће са специјализованим техникама за управљање разликама у термичком ширењу.
• Легуре од титанијума до никла: Користи се у ваздухопловству за мале тежине, јаки зглобови.
• Бакар до алуминијума: Налази се у електричним компонентама као што су прикључци батерија.

3. Пластика

Ласерско заваривање такође може спојити одређене термопласте помоћу специјализованих система.

• Поликарбонат (Пц): Уобичајено у електроници и аутомобилским апликацијама.
• Акрилонитрил Бутадиен Стирен (Абс): Користи се у роби широке потрошње и апаратима.
• Најлон и полипропилен: Налази се у индустријским компонентама и амбалажи.

4. Обложени и позлаћени материјали

Материјали са премазима (Нпр., поцинкованог челика, анодизовани алуминијум) може се и заварити.

Мора се водити рачуна о томе како премаз ступа у интеракцију са ласером, јер може утицати на квалитет завара.

5. Племенити метали

Ласерско заваривање је идеално за спајање малих, деликатне компоненте направљене од:

• Злато: Користи се у накиту и електроници.
• Сребрна: Налази се у електричним и декоративним апликацијама.
• Платина и Паладијум: Уобичајено у медицинској и високотехнолошкој индустрији.

Разлике између ласерског заваривања и традиционалног заваривања

Ласерско заваривање и традиционалне технике заваривања се разликују у неколико аспеката, укључујући принципе заваривања, брзина заваривања, квалитет завара,

зона захваћена топлотом, оперативна флексибилност, трошак опреме, и оперативни трошкови.

Принципи заваривања

• Ласер Велдинг: Користи ласерски зрак високе густине енергије као извор топлоте и остварује везу материјала путем бесконтактне методе грејања.
  Ласерски зрак се може прецизно фокусирати на мало подручје, узрокујући да се материјал топи и испари тренутно да би се формирао завар .
• Традиционално заваривање: На пример, лучно заваривање и аргон-лучно заваривање обично користе лук, отпорно загревање, или гасни пламен за заваривање,
  који подразумева физички контакт или високоенергетски пренос јона, а спој за заваривање може бити релативно храпав и ширина завара може бити релативно широка.

Брзина заваривања

• Ласер Велдинг: Брзина заваривања је велика, а велики обим заваривачких радова може се завршити за кратко време, што помаже да се побољша ефикасност производње .
• Традиционално заваривање: Брзина заваривања је релативно мала, посебно у случајевима када је потребна фина контрола .

Велд Куалити

• Ласер Велдинг: Завар је узак, униформа, и има добар квалитет површине, а топлотно захваћена зона је мала,
  што је погодно за поља са високим захтевима за квалитет шава, као што су производња ваздухопловства и аутомобила.
• Традиционално заваривање: Може произвести релативно велику зону погођену топлотом, повећање ризика од деформације и оштећења материјала,
  а на квалитет завара може утицати више фактора као што су вештине руковаоца, стабилност опреме, и карактеристике материјала .

Оперативна флексибилност

• Ласер Велдинг: Може постићи бесконтактно заваривање и може доћи до неких позиција које је тешко за традиционалне машине за заваривање да досегну за заваривање.
  Истовремено, може да врши и аутоматизовано заваривање, побољшање степена аутоматизације производње .
• Традиционално заваривање: Неке методе (као што је ТИГ заваривање) су засновани на контакту и могу имати проблеме као што су хабање алата и контаминација материјала .

Трошкови опреме и оперативни трошкови

• Ласер Велдинг: Цена опреме је релативно висока, а почетна инвестиција је велика.
  Међутим, у случају масовне производње и високих захтева за квалитетом заваривања, његова свеобухватна цена може бити повољнија.
• Традиционално заваривање: Опрема је релативно зрела, а цена може бити ниска, али његове перформансе и опсег примене могу бити ограничени.

Недостаци ласерског заваривања

Упркос вишеструким предностима његове технологије, има и неке недостатке, углавном на следећи начин:

• Проблем трошкова: Цена система за ласерско заваривање је релативно висока, укључујући ласере, оптичке компоненте, и системи управљања. То подразумева велику почетну инвестицију.
• Технички услови: Рад са опремом за ласерско заваривање захтева стручну обуку и техничко знање, а за оператере су потребне вештине релативно високог нивоа.
• Прилагодљивост материјалима: Иако је погодан за разне материјале, за материјале са високом рефлексијом (као што су алуминијум, бакар, и њихове легуре),
  брзина апсорпције ласера ​​је ниска, што може утицати на квалитет заваривања.
• Одржавање опреме: Опрема за ласерско заваривање захтева редовно одржавање и калибрацију, што ће повећати дугорочне трошкове пословања.
• Осетљивост на животну средину: Процес има високе захтеве за услове околине. На пример, прашина и влага могу утицати на квалитет заваривања.
• Ограничења у квалитету заваривања: У неким случајевима, као што су заваривање дебелих плоча или специфичних хетерогених материјала,
  могу се наићи на изазове квалитета заваривања, као што су пукотине, поре, и друге недостатке.
• Брзина и ефикасност заваривања: Иако је брзина ласерског заваривања велика, за специфичне примене, као што су масовна производња или заваривање специјалних материјала,
  можда ће ипак морати да се оптимизује да би се испунили захтеви за ефикасност производње.
• Запремина и тежина опреме: Опрема за ласерско заваривање високих перформанси може бити гломазна и тешка, што може ограничити његову примену у неким радним окружењима са ограниченим простором.

Фактори који утичу на ласерско заваривање

Ласерско заваривање је високоефикасна и прецизна технологија заваривања, а на његов квалитет заваривања утичу бројни фактори. Главни фактори су следећи:

Ласер Повер

Код ласерског заваривања, постоји праг густине енергије. Ако је снага испод ове вредности, дубина продирања заваривања ће бити релативно плитка.

Када снага достигне или пређе ову вредност, дубина продирања ће се значајно повећати. Ласерска снага такође контролише брзину заваривања и дубину продирања.

Фокална тачка снопа

Величина жаришне тачке снопа одређује густину снаге. Мерење величине жаришне тачке за ласерско заваривање велике снаге је изазован задатак.

У пракси, стварна величина тачке је често већа од теоретски израчунате вредности.

Стопа апсорпције материјала

Брзина апсорпције материјала на ласер зависи од фактора као што су отпорност и стање површине материјала.

Ово утиче на то колико ласерске енергије материјал може да апсорбује и на тај начин утиче на ефекат заваривања.

Брзина заваривања

Брзина заваривања има значајан утицај на дубину продора заваривања. Повећање брзине заваривања ће довести до мање дубине продирања.

Међутим, ако је брзина премала, то ће изазвати прекомерно топљење материјала и чак може прогорети радни предмет.

Постоји одговарајући распон брзина заваривања за постизање најбоље дубине продирања.

Заштитни гас

Инертни гасови се обично користе за заштиту растопљеног базена током ласерског заваривања. Различити заштитни гасови имају различите ефекте на квалитет заваривања.

На пример, хелијум, који се не јонизује лако, је најефикаснији заштитни гас у ласерском заваривању, али је релативно скупо.

Аргон има већу густину и може пружити добру заштиту, али може блокирати део ласера.

Азот је јефтин заштитни гас, али није погодан за заваривање неких врста нерђајућег челика.

Фоцал Поситион (Дефоцус Амоунт)

Фокална позиција има важан утицај на облик вара и дубину продирања.

Када је количина дефокуса позитивна, односно, жариште је изнад површине радног предмета, корисно је за добијање глатке површине завара.

Када је износ дефокуса негативан, што значи да је фокусна тачка унутар радног предмета, може повећати дубину продирања.

Услови животне средине

Процес ласерског заваривања има високе захтеве за услове околине. На пример, прашина и влага могу утицати на квалитет заваривања.

Уједначеност материјала

Уједначеност материјала директно утиче на ефикасно коришћење материјала и квалитет заваривања.

Неравномерна дистрибуција елемената легуре или присуство нечистоћа у материјалу ће утицати на конзистентност шава.

Опрема и прибор за заваривање

Квалитет и статус одржавања опреме за заваривање, као и прецизност фиксирања, све утиче на квалитет заваривања.

Обезбеђивање тачности обраде и тачности монтаже завареног радног предмета је кључно за побољшање квалитета заваривања.

Вештине оператера

Вештине и искуство оператера су такође важни фактори који утичу на квалитет ласерског заваривања. Стручна обука и техничко знање су неопходни за постизање високог квалитета заваривања.

Уобичајене примене ласерског заваривања

Технологија ласерског заваривања се широко користи у производњи металних материјала због своје високе прецизности, висока ефикасност, мала зона захваћена топлотом, и доброг квалитета.

Следе неке уобичајене области његове примене у производњи металних материјала:

Закључак

Ласерско заваривање је моћна и прецизна технологија која нуди бројне предности у односу на традиционалне методе заваривања.

Разумевањем укључених принципа и компоненти, произвођачи могу искористити ову технологију за побољшање квалитета производа, смањити време производње, и побољшати укупну ефикасност.

Ако имате конкретнија питања или потребе, слободно се Контактирајте нас!