Lasersvetsning

Lasersvetsning är en exakt process för att smälta metalldelar med hjälp av en laserstråle. Den har hittat många tillämpningar inom de flesta branscher, särskilt inom automatisering av småkomponentsvetsning, där noggrann kontroll innebär att det inte finns något behov av rengöring. Detta är mest användbart inom bil-, flyg- och elektroniksektorerna, där precision och effektivitet är de största drivande faktorerna. Den här artikeln kommer ytterligare att diskutera lasersvetsning, hur det fungerar, processen, typerna och fördelarna.

Vad är lasersvetsning

Lasersvetsning är en exakt och överraskande delikat svetsprocess som använder strålljus för att sammanfoga metalldelar. Laserstrålen produceras av en fristående laserkälla och riktas till en maskinmonterad eller handhållen kollimator-“brännare” och mot arbetsstycket. Den riktade energistrålen värmer och smälter arbetsstyckena (och tillsatsstaven om så krävs), och den resulterande smältpoolen smälter samman målen och bildar en välintegrerad svets.

En viktig fördel med lasersvetsning är den höga precisionen och noggranna kontroll av applicerad energi. Energin kan riktas exakt till den exakta plats där svetsen behövs med praktiskt taget ingen överapplicering eller spridning. Det möjliggör extremt exakt kondensering med en mycket mindre värmepåverkad zon än någon annan svetsmetod. Detta orsakar mindre skador på omgivande områden och minskar bulkuppvärmning och tillhörande deformation.

Lasersvetsning används ofta inom bil-, flyg- och medicinindustrin, såväl som inom elektroniktillverkning. Det är särskilt användbart för svetsning av material som aluminium som är svåra att svetsa med traditionella metoder.

Vad är ursprunget till lasersvetsning?

Lasersvetsning utvecklades först på 60-talet, nästan parallellt med utvecklingen av själva lasrarna. De första experimenten med lasersvetsning utfördes av forskare vid Bell Telephone Laboratories i USA. De första lasersvetsarna gjordes med en rubinlaser, som applicerade korta pulser av högintensiv energi i koherenta strålar. När pulser fokuserades på en liten fläck vid korsningen av metalldelar, smälte metallerna och flödade samman. Även i dessa tidiga experiment resulterade detta i mycket smala och exakta svetsar, med minimal HAZ (värmepåverkade zoner) och distorsion. Det visade till och med en viss förmåga att sammanfoga olika material.

Hur fungerar lasersvetsning?
Lasersvetsning är en teknik som använder en fokuserad kollimerad högintensiv ljusstråle för att smälta och smälta metalldelar, ibland med extra material från en fyllnadsstav. Processen fungerar genom att generera laserljus och sedan leverera det till ett kollimator-/optikhuvud. Den fokuseras sedan på korsningen mellan metalldelarna, vilket orsakar en mycket lokal värmeuppbyggnad och begränsad smältbassäng.

Lasersvetsstrålen genereras vanligtvis av en solid state-, fiber- eller CO2-laser, som var och en har relativa fördelar. Vid strålens fokuspunkt når metallen sin smältpunkt och bildar en lokaliserad pool, i vilken påfyllningsstaven kan smältas efter behov. Laserstrålen flyttas sedan längs fogens yta. Detta smälter en framkant och lämnar den smälta, smälta bakkanten av poolen att svalna och stelna. Vid en lyckad svets fäster den kylda metallen till båda delarna i ungefär lika stor grad och förblir fri från oxidation.

Hur viktigt är lasersvetsning?
Lasersvetsning är en allt viktigare teknik inom högteknologisk tillverkning och ingenjörskonst. Det erbjuder många fördelar jämfört med traditionella svetstekniker. Lasersvetsning kan skapa rena, starka svetsar snabbt och exakt.

Vad är syftet med lasersvetsning?
Lasersvetsning används för att smälta samman delar genom att bilda en flytande pöl av metall vid kopplingspunkten. Denna teknik är bättre än de flesta för att sammanfoga olika metaller och de som vanligtvis är svåra att svetsa. Den fungerar till och med med vissa icke-metaller inklusive vissa keramik.

Vilka typer av material kan svetsas med lasersvetsning?

De vanligaste materialen som kan lasersvetsas listas nedan:

Metaller: Exempel är: aluminium, koppar, mässing, stål, titan och nickel. Processen kan användas för att sammanfoga bitar med avsevärt olika tjocklekar, vilket ökar dess tillämpningar för ett bredare urval av uppgifter än traditionella termiska eller elektriska svetsmetoder.
Plast. Lasrar kan användas för att svetsa vissa termoplaster, inklusive: polykarbonat, nylon och ABS. Låg uppvärmning och mycket lokal smältning resulterar i kvalitetssvetsar.
Keramik. Viss keramik (särskilt aluminiumoxid och zirkoniumoxid) kan lasersvetsas. Dessa och en del annan keramik kan smältas och smältas via laser på ett sätt som är mycket svårare att uppnå med normala termiska medel.
Kompositer. Kolfiberförstärkta plaster (CFRP) är mottagliga för denna teknik. Det finns också avancerad forskning och tidig framgång inom lasersvetsning av metalldelar till kolfiberkompositer.
Ett materials lämplighet för lasersvetsning beror på dess fysikaliska egenskaper, såsom smälttemperatur, albedo, värmeledningsförmåga och dess benägenhet att smälta utan förkolning. Betydande erfarenhet och noggrant val av laserfrekvens kan behövas för mycket reflekterande material.

Vilka är några av utmaningarna förknippade med lasersvetsning av tunna material?

Dessa är de vanligaste utmaningarna vid lasersvetsning:

Materialval: Vissa material, som högreflekterande metaller, är svåra att svetsa med laser eftersom ljus naturligt reflekteras bort från deras ytor. På samma sätt är vissa plaster och kompositer också svåra att svetsa på grund av deras låga värmeledningsförmåga.
Fogförberedelse: Korrekt fogförberedelse är avgörande för en framgångsrik lasersvets. Fogsytorna måste vara fria från föroreningar och korrekt inriktade. Eventuella felinriktningar eller mellanrum i fogen kan resultera i ofullständiga svetsar eller svaga fogar.
Processkontroll: Lasersvetsning är en mycket automatiserad process och att upprätthålla tät processkontroll är avgörande för att producera konsekventa svetsar av hög kvalitet. Laserkraften, hastigheten och fokus måste kontrolleras noggrant för att uppnå önskade svetsegenskaper.
Säkerhet: Lasersvetsning kan utgöra säkerhetsrisker om den inte kontrolleras ordentligt. Det intensiva ljuset och värmen som genereras av lasern kan orsaka ögon- och hudskador. Säkerhetsåtgärder såsom korrekt ögonskydd måste finnas på plats för att skydda operatören och all närliggande personal.
Kostnad: Den initiala kostnaden för utrustning för lasersvetsning kan vara hög, vilket gör den mindre tillgänglig för mindre företag eller verksamheter. Dessutom kan underhålls- och reparationskostnaderna också vara betydande, vilket kan lägga till den totala kostnaden för lasersvetsning.