Какви са ограниченията на лазерните заваръчни машини?

Лазерните заваръчни машини са вид обработващо оборудване, което използва лазерни лъчи с висока плътност на енергия, за да осъществи съединяване на материали. Благодарение на концентрираната енергия, контролируемата топлинна подаване и стабилната форма на заварката, те се използват широко за съединяване на метални конструкционни части и прецизионни компоненти. В практически приложения лазерната заварка предлага значителни предимства, но също така има определени ограничения.

I. Предимства на лазерната заварка
1. Висока енергийна плътност

Лазерният лъч има висока плътност на мощността, която може да генерира моментална разтопена вана в локална област, за да се постигне дълбоко проникване при заварката или проводимостна заварка. Приложим е за детайли, изискващи строг контрол на зоната, засегната от топлината.

2. Нисък топлинен вход и минимална деформация

Лазерната заварка има нисък общ топлинен вход и тясна зона, засегната от топлината (ЗЗТ), което намалява деформацията на детайла и я прави подходяща за тънкостенни части и прецизни компоненти.

3. Висока скорост на заваряване

Лазерната заварка осигурява висока скорост на заваряване, подходяща за автоматизирани производствени линии и подобряване на производителността.

4. Високо качество на заварката

Заваръчният шев е тесен, има високо съотношение на дълбочина към ширина и показва последователно проникване, отговаряйки на изискванията за високопрочни заваръчни връзки.

5. Обработка без контакт

Заваръчната глава не трябва да докосва детайла по време на заварката, което я прави подходяща за сложни конструкции или заваръчни връзки, до които е трудно да се достигне.

II. Ограничения на лазерни заваръчни машини
1. Високи изисквания за точност на сглобяването

Лазерният лъч има малък размер на петното и е чувствителен към зазорините при заварката, точността на позициониране и размерните допуски. Твърде голяма зазорина може да доведе до нестабилна стопена вана, непълно сливане или колапс.

2. Чувствителност към състоянието на повърхността на материала

Материали с висока отразяваща способност (като мед, алуминий, злато и сребро) показват ниско абсорбиране на инфрачервените лазери, което лесно води до отражение и недостатъчно свързване на енергията. Замърсяването на повърхността с мазнини и оксидни слоеве също влияе на последователността на заварката.

3. Висока цена на оборудването

Лазерният източник, оптичните компоненти и системите за охлаждане са скъпи. Разходите за поддръжка и замяна на оптични компоненти са по-високи в сравнение с традиционното заваръчно оборудване.

4. Високи изисквания към работната среда

Лазерните системи изискват среда с постоянна температура и трябва да се избягва проникването на прах и маслени мъгли в оптичния път. Машините с висока мощност изискват системи за охлаждане и стабилно електрозахранване.

5. Строги изисквания за безопасност

Лазерното излъчване, пръскане и отразена светлина представляват потенциални рискове. Операторите задължително трябва да носят предпазни очила и да използват ограждения или сигурностни светлинни завеси.

6. Затруднена инспекция на заварката

Заваряването с дълбока проникваемост произвежда тесни и дълбоки заварки, които затрудняват визуалното откриване на вътрешни дефекти – като например порестост, усукване и непълно проникване. Изисква се рентгеново или ултразвуково недеструктивно изпитване.

7. Ограничения при заваряване на дебели плочи

При материали, надвишаващи определена дебелина, еднопроходното заваряване не може да осигури пълно проникване. Може да се наложи многопроходно заваряване или хибридно лазерно-електродъго заваряване.

8. Склонност към пукнатини при определени материали

Въглеродиста стомана с високо съдържание на въглерод, закалена стомана и чугун са склонни към горещи или студени пукнатини по време на лазерно заваряване. Необходими са подгряване предварително, контролирано охлаждане или коригиране на формата на вълната.

III. Приложими материали и ограничения за материали
Приложими материали:

1. Неръждаема стомана

2. Въглеродна стомана

3.Алуминий и алуминиеви сплавове

4. Мед и медни сплави

5. Сплави на базата на никел

6. Титанови сплави

7. Метални тънколистови материали

Материални ограничения:

1. Високорефлектиращи материали (мед, алуминий) изискват синьо/зелени лазери или по-висока плътност на мощността.

2. Високовъглеродна стомана и ковко желязо изискват предварително загряване или заваряване с контролирана вълнова форма.

3. Неметални материали (пластмаси, керамика) изискват различни типове лазери (като CO₂ или пикосекундни лазери).

IV. Типични приложни сценарии на лазерното заваряване

1. Прецизно производство: заваряване на електронни компоненти, запечатване на сензори, заваряване на табове на литиеви батерии.

2. Автомобилно производство: заваряване на каросерии, заваряване на високопрочни стомани, заваряване на кутии на батерии.

3. Авио- и космическа промишленост: заваряване на тънкостенни части от никелови и титанови сплави.

4. Медицински устройства: заваряване на микроинструменти от неръждаема стомана и титан.

5. Производство на хардуер: кухненски принадлежности, метални кутии, дръжки и други тънколистови компоненти.

6. Индустрия на нова енергия: заваряване на медно-алуминиеви проводими компоненти, заваряване на ламинирани статори на електродвигатели.

V. Изисквания за работната среда

1. Стабилна вътрешна температура (обикновено 15–30°C)

2. Умерена влажност, за да се избегне конденз

3. Чист въздух, без прах и маслен мъх

4. Стабилно захранване без колебания на напрежението

5. Система за охлаждане, за да се поддържа температурата на лазера и заваръчната глава

6. Зона за лазерна безопасност с подходяща предпазна екипировка

Машините за лазерно заваряване предлагат висока скорост, висока прецизност, малки зони с топлинно въздействие и подходящи за автоматизация. Те поддържат широк спектър от метални материали и са ефективни за приложения, изискващи висока прецизност при заваряването. Въпреки това, изискват висока точност при сглобяването, специфични условия на материала и контролирани параметри на околната среда, както и по-високи разходи за оборудване и поддръжка. Някои материали проявяват склонност към пукнатини или проблеми с енергийното свързване. На практика трябва да се изберат подходящи типове лазери и процеси за заваряване, базирани на характеристиките на материала, структурата на компонентите, дебелината и производствените изисквания