Laserhitsaus

Laserhitsausmenetelmässä osien liittämiseen käytetään korkean energiatiheyden omaavaa tiivistettyä valonsädettä (säteen halkaisija 0,1 ... 2 mm). Valosäteen tyypin mukaan laserhitsaus voi olla pulssi- ​​ja jatkuvatoiminen. Pisteliitokset hitsataan pulssimenetelmällä, jatkuviin saumoihin käytetään pulssijaksoista tai jatkuvaa säteilyä. Pulssihitsausta käytetään myös silloin, kun on tarpeen varmistaa lämpötilan kuumentamisen aiheuttamat minimaaliset muodonmuutokset ja korkea tarkkuus, jatkuvasti - nopeaan hitsaukseen sarja- tai massatuotannossa.

Laserhitsauksella liitetään yhteen erilaisia ​​materiaaleja: terästä, titaania, alumiinia, tulenkestäviä metalleja, kuparia, metalliseoksia, jalometalleja, bimetalleja, joiden paksuus on kymmenistä useisiin millimetreihin. Heijastavien metallien, kuten alumiinin ja kuparin, laserhitsaus on kuitenkin jonkin verran vaikeaa. Metallien laserhitsaus on esitetty kuvassa. 2.

Aktiivimetallien hitsaus suoritetaan suojakaasulla suihkun muodossa, joka on suunnattu valonsäteen altistusalueelle.

Kuva 1 — Hitsaus solid-state laserilla: 1 — aktiivinen väliaine (rubiini, granaatti, neodyymi), 2 — pumppulamppu, 3 — läpinäkymätön peili, 4 — läpikuultava peili, 5 — optinen kuitu, 6 — optinen järjestelmä, 7 — yksityiskohta, 8 — lasersäde tarkennuspisteessä, 9, 10 — lasersäteen jakajat.

Kuva 2 — Materiaalien hitsattavuus

Tunkeutumissyvyyden mukaan laserhitsausta on kolme tyyppiä:

1) mikrohitsaus (alle 100 mikronia),

2) minihitsaus (0,1 ... 1 mm),

3) makrohitsaus (yli 1 mm).

Koska tunkeutumissyvyys ei yleensä ylitä 4 mm, laserhitsausta käytetään laajalti pääasiassa tarkkuustyökalujen valmistuksessa, elektroniikkalaitteiden, kellojen valmistuksessa, lentokoneiden rakentamisessa, autoteollisuudessa, putkien hitsauksessa, ja sitä käytetään laajalti myös koruteollisuus.

Varmista ennen päittäishitsausta ja päällekkäisyyttä, että rako on 0,1 ... 0,2 mm. Suurilla aukoilla voi esiintyä loppuunpalamista ja synteesin puutetta.

Laserhitsaustilan pääparametrit ovat:

1) pulssin kesto ja energia,

2) pulssitaajuus,

3) valonsäteen halkaisija,

4) etäisyys fokusoidun säteen pienimmästä osasta pintaan,

5) hitsausnopeus. Se saavuttaa 5 mm / s. Nopeuden lisäämiseksi nostetaan pulssitaajuutta tai käytetään jatkuvaa tilaa.

Teollisuus käyttää laserhitsaukseen kahdenlaisia ​​lasereita:

1) solid-state - rubiini-, neodyymi- ja YAG-laserit (perustuu yttrium-alumiinigranaattiin);

2) kaasu-CO2-laserit.

Viime aikoina on ilmestynyt myös laserhitsauskoneita, joiden aktiivinen elementti on kvartsista valmistettu optinen kuitu.Tällaiset laserit mahdollistavat "ongelmallisten" materiaalien hitsauksen - kuparin ja messingin, joilla on korkea heijastavuus, titaani.

Erilaisten laserhitsauskoneiden ominaisuudet on esitetty taulukoissa 1 ja 2.

Esimerkkejä CO2-kaasulaserhitsaustiloista on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 1 — Levyn paksuus ja hitsauslaserteho

Taulukko 2 — Lasereiden soveltuvuus

Taulukko 3 — Kaasulaserilla suoritettavan päittäishitsauksen tavat

Lasersäteen halkaisija on yleensä 0,3 mm. Alle 0,3 mm:n palkilla hitsatuissa päittäishitseissä voi olla puutteita tarttumisesta ja tunkeutumisesta. Hitsaus 10 kW:n lasereilla tehdään yleensä ilman täyteainetta.

Koska laserhitsauksen aikana lämpö vaikuttaa pieneen pinta-alaan, hitsi jäähtyy erittäin nopeasti. Tällä voi olla sekä negatiivisia että positiivisia vaikutuksia hitsausliitoksen laatuun. Monet metallit antavat parhaat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet liitosten nopealla jäähdytyksellä. Ruostumatonta terästä hitsattaessa tämä voi kuitenkin johtaa hitsin murtumiseen. Pulssin leveyden lisääminen 10 ms:iin ja esilämmitys auttavat poistamaan tämän ilmiön.

Oikealla hitsausmateriaalien ja -moodien valinnalla laserhitsaus tuottaa laadukkaimmat saumat.

Laserjärjestelmät voidaan jakaa kolmeen luokkaan:

1) Kotelointilaitteet. Tällaisissa laitteissa työkappaleet sijoitetaan erityiseen suljettuun tilaan, joka sisältää suojaavan neutraalin ilmakehän ja lasersäteen. Hitsaaja voi ohjata ja valvoa hitsausprosessia käyttämällä erityistä optista järjestelmää.

2) Ulkohitsaukseen tarkoitetut laitteet.Lasersäteellä on useita vapausasteita ja se tuottaa ohjelmoituja liikkeitä. Hitsausalue on suojattu kaasuvirralla.

3) Manuaaliseen laserhitsaukseen tarkoitetut laitteet. Laserpolttimet ovat hyvin samanlaisia ​​kuin TIG-hitsauspolttimet. Lasersäde välitetään taskulamppuun optisen kuidun avulla. Hitsauksen aikana hitsaaja pitää laserpoltinta toisessa kädessään ja täytemateriaalia toisessa.

Taulukko 4 — Erilaisten laserhitsaustyyppien vertailu

Laserhitsauksen etuja ovat mm.

1) lasersäteen pieni lämpövaikutuksen alue materiaaliin ja sen seurauksena merkityksettömät lämpömuodonmuutokset;

2) hitsausmahdollisuus vaikeapääsyisissä paikoissa, lasersäteilylle läpäisevässä ympäristössä (lasi, nesteet, kaasut);

3) magneettisten materiaalien hitsaus;

4) valonsäteen pieni halkaisija, mikrohitsausmahdollisuus, kapea hitsaussauma, jolla on hyvät esteettiset ominaisuudet;

5) kyky automatisoida prosessi;

6) valonsäteen joustava käsittely optisen lähetyksen avulla;

7) laserlaitteiden monipuolisuus (mahdollisuutta käyttää laserhitsaukseen ja -leikkaukseen, merkintään ja poraukseen);

8) mahdollisuus hitsata erilaisia ​​materiaaleja.

Laserhitsauksen haitat:

1. Laserlaitteiden korkea hinta ja monimutkaisuus.

2. Korkeat vaatimukset esikäsittelylle, hitsausreunojen puhdistukselle.

3. Paksuseinäisten osien hitsauksen mahdottomuus, riittämätön teho.Hitsauslaserien tehon lisäämistä rajoittaa se, että lasersäteen voimakkaammalla vaikutuksella metalliin se siroutuu aktiivisesti hitsausalueelle, mikä vahingoittaa laitteen optista järjestelmää ja deaktivoi laserin muutamassa tunnissa. .