Hvad er begrænsningerne ved laser svejsningsmaskiner?

Laser svejsningsmaskiner er en type procesudstyr, der anvender højenergitæthedslaserstråler til at opnå materialeforbindelse. Med koncentreret energi, kontrollerbar varmetilførsel og stabil svejseform anvendes de bredt til sammenføjning af metalstrukturdele og præcisionskomponenter. I praktiske anvendelser tilbyder lasersvejsning betydelige fordele, men stiller også visse begrænsninger.

I. Fordele ved lasersvejsning
1. at Høj energi tæthed

Laserstrålen har en høj effekttæthed, som kan generere en øjeblikkelig smelteplum i et lokalt område for at opnå dybtrængende svejsning eller ledningssvejsning. Den er velegnet til emner, hvor der kræves streng kontrol med varmepåvirkede zoner.

2. Lav varmetilførsel og minimal deformation

Lasersvejsning har en lav samlet varmetilførsel og en smal varmepåvirket zone (HAZ), hvilket reducerer deformation af emnet og gør det velegnet til tyndvæggede dele og præcisionskomponenter.

3. Høj svejsehastighed

Lasersvejsning tilbyder høj svejsehastighed, er velegnet til automatiserede produktionslinjer og forbedrer produktiviteten.

4. Høj svejsekvalitet

Svejsesømmen er smal, har et højt forhold mellem dybde og bredde og viser konsekvent gennemtrængning, hvilket opfylder kravene til højstyrke-svejsesammenføjninger.

5. Kontaktfri proces

Svejsehovedet behøver ikke at røre emnet under svejsningen, hvilket gør det velegnet til komplekse strukturer eller svejsesømme, der er svære at få adgang til.

II. Begrænsninger ved lasersvejsemaskiner
1. Høje krav til monteringsnøjagtighed

Laserstrålen har en lille pletstørrelse og er følsom over for svejsespalter, positionsnøjagtighed og dimensionelle tolerancer. For store spalter kan medføre en ustabil smelteplum, ufuldstændig forbindelse eller kollaps.

2. Følsomhed over for materialeoverfladens tilstand

Materialer med høj refleksion (som kobber, aluminium, guld og sølv) har lav absorption af infrarøde lasere, hvilket nemt kan forårsage refleksion og utilstrækkelig energikobling. Overfladeolieforurening og oxidlag påvirker også svejsekonsistensen.

3. Høje udstykningsomkostninger

Laserkilden, optiske komponenter og kølesystemer er dyre. Vedligeholdelses- og udskiftningomkostninger for optiske komponenter er højere end for traditionel svejseudstyr.

4. Høje krav til arbejdsmiljøet

Lasersystemer kræver et konstant temperaturmiljø og skal undgå, at støv og olie tåge trænger ind i den optiske bane. Maskiner med høj effekt kræver køleanlæg og stabil strømforsyning.

5. Strenge krav til sikkerhedsbeskyttelse

Laserstråling, splatter og reflekteret lys udgør potentielle risici. Operatører skal bære beskyttelsesbriller og anvende indkapslinger eller sikkerhedslyglommer.

6. Svær svejsekvalitetsinspektion

Dybtrængende svejsning producerer smalle og dybe søm, hvilket gør interne defekter – såsom porøsitet, krymporer og utilstrækkelig trængning – vanskelige at opdage ved visuel inspektion. Der kræves røntgen- eller ultralyd-inspektion uden ødelæggelse.

7. Begrænsninger ved svejsning af tykke plader

For materialer, der overstiger en bestemt tykkelse, kan enfelts svejsning ikke opnå fuld trængning. Flere sving eller hybrid laser-bue-svejsning kan være nødvendigt.

8. Risiko for revnedannelse i visse materialer

Stål med højt kulstofindhold, herdet stål og støbejern har tendens til varmerevner eller koldrevner under lasersvejsning. Forvarmning, kontrolleret afkøling eller bølgeformjustering er nødvendig.

III. Anvendelige materialer og materialebegrænsninger
Anvendbare materialer:

1. Rustfrit stål

2. Kulstofstål

3.Aluminium og aluminiumlegemer

4. Kobber og kobberlegeringer

5. Nikkelbaserede legeringer

6. Titaniumlegeringer

7. Metalletynde pladematerialer

Materialebegrænsninger:

1. Højreflekterende materialer (kobber, aluminium) kræver blå/grønne lasere eller højere effekttæthed.

2. Højtkulstofstål og sejt støbejern kræver forvarmning eller svejsning med bølgeformskontrol.

3. Ikke-metalliske materialer (plast, keramik) kræver forskellige typer lasere (såsom CO₂- eller pikosekundlasere).

IV. Typiske anvendelsesscenarier for lasersvejsning

1. Præcisionsfremstilling: elektronikkomponenters svejsning, sensorforsegling, svejsning af lithiumbatteriets fletninger.

2. Automobilproduktion: svejsning af karosseri, svejsning af højstyrkestål, svejsning af batterikapsler.

3. Luft- og rumfart: svejsning af tynde vægge i nikkelbaserede og titaniumlegeringer.

4. Medicinske instrumenter: svejsning af mikroinstrumenter i rustfrit stål og titanium.

5. Hardwareproduktion: køkkenudstyr, metalomkapslinger, greb og andre komponenter i tyndplade.

6. Ny energisektor: svejsning af kobber-aluminium ledende komponenter, svejsning af motorstator plader.

V. Krav til arbejdsmiljø

1. Stabil indendørs temperatur (typisk 15–30 °C)

2. Moderat luftfugtighed for at undgå kondens

3. Rent luft, uden støv og olie dis

4. Stabil strømforsyning uden spændingssvingninger

5. Køleanlæg til at opretholde temperatur i laser og svejsehoved

6. Lasersikkerhedsområde med passende beskyttelsesudstyr

Laser svejsningsmaskiner tilbyder høj hastighed, høj præcision, lav påvirkning af varmezoner og egnethed til automatisering. De understøtter et bredt udvalg af metalmaterialer og er effektive til svejsningsapplikationer med høj præcision. Dog kræver de høj monteringsnøjagtighed, specifikke materialeforhold og kontrollerede miljøparametre samt medfører højere udstyrs- og vedligeholdelsesomkostninger. Nogle materialer viser tendens til revner eller energikoblingsproblemer. I praksis skal passende lasertyper og svejseprocesser vælges ud fra materialeegenskaber, komponentstruktur, tykkelse og produktionskrav