Millised on laserkeevitusmasinate piirangud?

Laserkeevitusmasinad on töötlusseadmed, mis kasutavad materjalide ühendamiseks kõrge energia tihedusega laserikiirte. Suure energiafokuseerituse, reguleeritava soojusisisestuse ja stabiilse keevisliite morfoloogiaga neid kasutatakse laialdaselt metallkonstruktsioonide osade ja täppisdetailide liitmiseks. Praktilistes rakendustes pakuvad laserkeevitus olulisi eeliseid, kuid kaasnevad ka teatud piirangud.

I. Laserkeevituse eelised
1. Kõrge energia tihedus

Laserikiir on kõrge võimsustihedusega, mis võib tekitada kohalikus piirkonnas hetkelise sulamisvoodi, et saavutada sügava läbitorkamise või soojusjuhtivuse keevitamine. See on sobiv töödeldavatele esemetele, kus on vajalik rangelt kontrollida soojusmõjutatud tsooni.

2. Madal soojusenergia sisend ja minimaalne deformatsioon

Laserkeevitamisel on madal kogusoojusenergia sisend ja kitsas soojusmõjutatud tsoon (HAZ), vähendades töödeldava eseme deformatsiooni ning sobib seetõttu õhukeste seinadega osade ja täpsuskomponentide puhul.

3. Kõrge keevitamiskiirus

Laserkeevitamine pakkub kõrget keevitamiskiirust, mis sobib automatiseeritud tootmismontaažsammudele ja parandab tootmise efektiivsust.

4. Kõrge keevituskvaliteet

Keevistee on kitsas, selle sügavuse ja laiuse suhe on kõrge ning läbitorkamine on ühtlane, vastates kõrge tugevusega keevistõmmete nõuetele.

5. Puutumatu töötlemine

Keevituskate ei pea töödeldava eseme puutuma keevitamise ajal, mis teeb selle sobivaks keerukate struktuuride või rasked ligipääsetavate keevistõmmete puhul.

II. Laserkeevitusmasinate piirangud
1. Kõrghoed kogumise täpsuse suhtes

Laserikiir on väikese punktisuurusega ja tundlik liiteava, positsioneerimise täpsuse ning mõõdetäpsuse suhtes. Liialine ava võib põhjustada ebastabiilse sulamispargi, ebatäieliku sulandumise või kokkuvarisemise.

2. Materiaali pinnaolukorra tundlikkus

Kõrgelt peegeldavad materjalid (nagu vask, alumiinium, kuld ja hõbe) neelavad infrapunakiiri halvasti, mis põhjustab kergesti peegeldumist ja energiakoppelduse puudulikkust. Pinnaõlitülitus ja oksiidsihid mõjutavad samuti keevituse ühtlust.

3. Kõrged seadmete kulud

Laserallikad, optilised komponendid ja jahutussüsteemid on kallid. Hooldus- ja optiliste komponentide asenduskulud on kõrgemad kui traditsioonilisel keevitusvarustusel.

4. Kõrged nõuded töökeskkonnale

Laserisüsteemid vajavad konstantset temperatuuri ning tuleb vältida tolmu ja õhupiiskade sattumist optilisse teekonda. Võimsate seadmete puhul on vajalikud jahutusseadmed ja stabiilne elektrivarustus.

5. Range ohutuskaitsenõuded

Laserkiirgus, hõõg ja peegeldunud valgus kujutavad endast potentsiaalset ohtu. Operaatored peavad kandma kaitseprille ja kasutama kaitsesidemeid või turvavalguse eesriisse.

6. Keeruline keevisõmbluse kontroll

Sügavpenetreeriv keevitamine toodab kitsaid ja sügavaid õmblusi, mille tõttu on sisemised defektid – nagu poorsus, tihenemistuubid ja ebapiisav läbitungimine – keerulised tuvastada vaid silmapiirangutel põhinedes. Nõutakse röntgenikiirte või ultraheli mittelagunemise kontrolli.

7. Piirangud paksu plaatide keevitamisel

Kindla paksuse ületavate materjalide puhul ei saavutata ühe läbimise keevitamisega täielikku läbitungimist. Võib nõuda mitmikläbimise keevitamist või hübrilise laser-kaarkeevitamist.

8. Pragu tekke kalduvus teatud materjalidel

Kõrge süsinikusisaldusega teras, kõvendatud teras ja valuraud on kalduvad laserkeevitamisel kuumpragu või külmapragu tekkele. Nõutakse eelsoojendamist, kontrollitud jahtumist või laineformaadi kohandamist.

III. Rakendatavad materjalid ja materjali piirangud
Kasutatavad materjalid:

1. Rõngasvaba teras

2. Süsinikteras

3.Alumiinium ja alumiiniumlegerid

4.Vaht ja vahtlegerid

5.Niklipeased legerid

6.Tiitaanlegerid

7.Metallist õhukesed lehed

Materjalipiirangud:

1.Kõrgelt peegeldavad materjalid (vaht, alumiinium) nõuavad siniseid/rohelisi lasereid või suuremat võimsustihedust.

2.Kõrge süsinikusisaldusega teras ja plastne kivisüsi nõuavad eelsoojendamist või laineforma kontrollitud keevitust.

3.Mitte-metallilised materjalid (kunstained, keraamika) nõuavad erinevat tüüpi lasereid (näiteks CO₂- või pikosekundlaserid).

IV. Laserkeevituse tüüpilised rakendussotsiaalsused

1. Täpne tootmine: elektroonikakomponentide keevitamine, andurite tihendamine, liitiumakude keevitamine.

2. Autotootmine: kehastruktuuride keevitamine, kõrgekindlusega terase keevitamine, akukorpuste keevitamine.

3. Lennundus ja kosmosetööstus: nikli- ja tiitri sulamiste õhukeste seintega osade keevitamine.

4. Meditsiiniseadmed: roostevabast terasest ja tiitrist mikroinstrumentide keevitamine.

5. Metalltooted: köögitarbed, metallkotlid, käepidemed ja muud õhukesed lehedetailid.

6. Uusenergiatööstus: vaske-alumiiniumi juhtivate komponentide keevitamine, mootori staatrilaki keevitamine.

V. Töökeskkonna nõuded

1. Stabiilne sisetemperatuur (tavaliselt 15–30 °C)

2. Mõõdukas niiskus, et vältida kondenseerumist

3. Puhas õhk, vaba tolmu- ja õlimahlast

4. Stabiilne toiteallikas ilma pinge kõikumiseta

5. Jahutussüsteem laseri ja keevituspea temperatuuri hoidmiseks

6. Laseriohutusalade piirkond sobiva kaitsevarustusega

Laserkeevitusmasinad pakuvad suurt kiirust, kõrget täpsust, väikese soojusmõjuga tsooni ja sobivust automatiseerimiseks. Need toetavad laias valikus metallmaterjale ja on tõhusad kõrge täpsusega keevitusrakendustes. Siiski nõuavad need kõrget montaažitäpsust, konkreetseid materjalitingimusi ja kontrollitud keskkonnatingimusi ning seostuvad kõrgema varustuse ja hoolduse maksumusega. Mõnel materjalil ilmnevad pragunemise kalduvused või energiakoplingu probleemid. Praktikas tuleb valida sobivad laseri tüübid ja keevitusprotsessid lähtuvalt materjalide omadustest, komponentide struktuurist, seina paksusest ja tootmistingimustest