Czym jest spawanie laserowe?
Spawanie laserowe należy do najnowocześniejszych metod spawania, stanowi konkurencję dla zaawansowanych procesów spawania, m.in. spawania elektronowego. Proces spawania laserowego charakteryzuje bardzo duża efektywność i możliwość łączenia najrozmaitszych kształtów we wszystkich pozycjach spawania przez co podnosi wydajność procesów produkcyjnych.
Proces spawania laserowego polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego o bardzo dużej gęstości mocy.
Jak przebiega proces spawania laserowego?
Spawanie odbywać się może przez:
Jakie są podstawowe parametry spawania laserem?
Parametry spawania laserowego:
Podstawowa terminologia spawania laserowego.
Moc wiązki – Czas trwania wiązki światła laserowego wpływa na głębokość przetopienia złącza. Przekroczenie określonej wielkości mocy dla danego rodzaju spawanego materiału i grubości powoduje początkowo tworzenie się pęcherzy w spoinie a następnie wklęśnięć i nierówności lica, aż do wycieku metalu z oczka.
Prędkość spawania – Wzrost prędkości spawania, przy stałej mocy wiązki sprawia, że maleje głębokość przetopienia. Równocześnie spoina staje się węższa i zmienia się zarys linii wtopienia z owalnego na grzybkowaty. Przy nadmiernej prędkości spawania metal stapia się i krzepnie zbyt szybko i nie zdąża rozpływać się i stopić ze sobą. Zbyt mała prędkość spawania powoduje, że znacznie zwiększa się szerokość spoiny, wzrasta SWC, a równocześnie może pojawić się porowatość, podobnie jak przy nadmiernej mocy wiązki lasera.
Wiązka światła laserowego – Musi być zogniskowana do małej średnicy za pomocą specjalnych układów optycznych w celu otrzymania dużej gęstości mocy wymaganej w procesie spawania laserowego. Średnice te mieszczą się w granicach od 0,04-2,0 [mm].
Średnia wiązki wynosi około 0,3-0,4 [mm] (teleskop Cassegraina).
Długość ogniska wiązki – Głębokość ogniska wiązki laserowej jest z kolei wprost proporcjonalna do długości ogniska. Długość ogniska rzędu 38-75[mm] zapewnia większe głębokości przetopienia zależy w dużym stopniu od dokładności utrzymania stałego położenia ogniska
Zwiększenie długości wiązki 125-2500[mm] pozwala na większą tolerancję układu prowadzącego wiązkę laserową wzdłuż linii spawania oraz zmianę odległości pomiędzy dyszą a przedmiotem spawanym,
Jakie typy lasera są wykorzystywane w spawaniu laserowym?
W spawalnictwie wykorzystywane są najczęściej dwa typy laserów:
Wiązka laserowa przechodząc z lasera do przedmiotu spawanego poprzez system przesłon zwierciadeł i elementów optycznych jest ogniskowana w obszarze spawania. Wiązka światła laserowego padając na powierzchnię metalu ulega intensywnemu odbiciu w zależności od rodzaju metalu i jego stanu powierzchni. Efektywność spawania laserowego zależy głównie od absorpcji energii wiązki laserowej prze powierzchnię spawanego przedmiotu. Dlatego istotnym problemem przy spawaniu jest odpowiednie przygotowanie powierzchni poprzez zmatowienie lub poczernienie. Spoiny wykonane laserem o emisji ciągłej nie różnią się od spoin wykonanych wiązką elektronów, natomiast wykonane laserem impulsowym składają się ze zbioru częściowo pokrywających się spoin punktowych odpowiadających poszczególnym impulsom. Przy spawaniu cienkich blach <3[mm] ze stali niskowęglowej ze względu na duże prędkości spawania i krótki czas przebywania metalu spoiny w temperaturach utleniania możliwe jest zrezygnowanie z osłony jeziorka spawalniczego.
W przypadku spawania materiałów reaktywnych konieczne jest zastosowanie osłony gazowej gazem obojętnym jeziorka jak i grani złącza. Spawanie laserowe może odbywać się z dodatkiem lub bez dodatku spoiwa, w jednym przejściu lub wielowarstwowo.
Spawanie laserowe pozwala łączyć przy porównywalnej lub wyższej jakości wszystkie metale , które łączone są za pomocą spawania elektronowego.
Jakie gazy ochronne wykorzystywane są w spawania laserowym?
Przy spawaniu laserowym stosujemy gazy ochronne takie jak :
1.He (Hel)
Zalety:
Wady:
2. Ar (Argon)
Zalety:
Wady:
3. N (Azot)
Zalety:
Wady:
4. CO₂ (Dwutlenek węgla)
Zalety:
Wady:
Jakie są podstawowe zalety spawania laserem?
Zalety spawania laserowego:
-Małe dystorsje
-Wąska spoina
-Wąska SWC
Spawanie laserowe stosowane jest do spawania bardzo dużej gamy materiałów takich jak stale konstrukcyjne, stale stopowe, duplex, Cr/Ni, wysokowytrzymałe stale niskostopowe, stale węglowe, metale trudnotopliwe, metale aktywne chemicznie, aluminium, tytan, nikiel i magnez.
Podstawowym problemem, który należy uwzględnić przy wyborze technologii laserowych sa procesy metalurgiczne które charakteryzują się miejscowym bardzo silnym i krótkotrwałym nagrzewaniem > 10 000˚C/sek, a następnie bardzo szybkim chłodzeniem. Zjawiska te często powodują zaporowacenia i pęknięcia. Dlatego w przypadku spawania materiałów , które są skłonne do tworzenia struktur hartowniczych i porowatości należy przewidzieć takie zabiegi jak podgrzewanie wstępne czy wygrzewanie po spawaniu.
Spawanie laserowe jest metodą wysokowydajną w produkcji wielkoseryjnej, zautomatyzowanej lub zrobotyzowanej, a szczególnie do łączenia niewielkich cienkościennych elementów , gdzie coraz pełniej są wykorzystywane zalety tej metody.
Źródło:
https://strefa-spawania.pl/spawanie-laserowe
Literatura:
[1] – Poradnik Inżyniera Spawalnictwo tom2 – WNT 2005
[2] – Spawanie i zgrzewanie i cięcie metali – Andrzej Klimpel WNT 1999
[3] – http://www.truckauto.pl/dzial-pojazdy-inne/spawanie-laserowe-ruukki
[4] – http://technologialaserowa.cba.pl/T_Spawanie.html
