Kādas ir lāzeru metināšanas mašīnu ierobežojumi?

Lāzera metināšanas mašīnas ir apstrādes aprīkojums, kas izmanto augstas enerģijas blīvuma lāzera starus materiālu savienošanai. Ar koncentrētu enerģiju, regulējamu siltuma padevi un stabiliem metinājumu veidiem tās plaši izmanto metāla konstrukciju detaļu un precīzijas komponentu savienošanai. Praktiskajā lietojumā lāzera metināšana nodrošina būtiskas priekšrocības, taču tai ir arī noteikti ierobežojumi.

I. Lāzera metināšanas priekšrocības
1. Augsta enerģijas blīvums

Lāzera stars ir augsta jaudas blīvums, kas var ģenerēt momentānu kausējuma baseinu lokālā zonā, lai sasniegtu dziļas iekļūšanas vai vadīšanas metināšanu. Tas piemērojams darba gabaliem, kuriem nepieciešams stingrs termiski ietekmētās zonas kontrole.

2. Zema siltuma padeve un minimāla deformācija

Lāzera metināšanai ir zems kopējais siltuma ievads un šaura termiski ietekmētā zona (TIZ), kas samazina darba gabalu deformāciju un padara to piemērotu plānsienām detaļām un precīzām komponentēm.

3. Augsta metināšanas ātrums

Lāzera metināšana nodrošina augstu metināšanas ātrumu, kas piemērots automatizētām ražošanas līnijām un uzlabo ražošanas efektivitāti.

4. Augsta metināšanas kvalitāte

Metinājums ir šaurs, tam raksturīgs liels dziļuma attiecības pret platumu rādītājs un vienmērīga caururbšana, atbilstot augstas izturības metinājumu savienojumu prasībām.

5. Bezkontakta apstrāde

Metināšanas galviņai nav jāpieskaras darba gabalam metināšanas laikā, tāpēc tā ir piemērota sarežģītām struktūrām vai metinājumu savienojumiem, kuri ir grūti pieejami.

II. Lāzera metināšanas mašīnu ierobežojumi
1. Augstas prasības montāžas precizitātei

Lāzera stars ir neliela izmēra un jutīgs pret metināšanas šuvēm, pozicionēšanas precizitāti un izmēru pieļaujamām novirzēm. Pārāk liels spraugas izmērs var izraisīt nestabila kausējuma baseina veidošanos, nepilnīgu savienojumu vai sabrukumu.

2. Jutīgums materiāla virsmas stāvoklim

Augsti atstarojoši materiāli (piemēram, varš, aluminija, zelts un sudrabs) slikti uzsūc infrasarkano staru lāzerus, kas bieži izraisa atstarojumu un nepietiekamu enerģijas saistīšanos. Virsmas eļļas piesārņojums un oksīda kārtas arī ietekmē metināšanas vienmērīgumu.

3. Augstas iekārtu izmaksas

Lāzera avoti, optiskie komponenti un dzesēšanas sistēmas ir dārgi. Uzturēšanas un optisko komponentu nomaiņas izmaksas ir augstākas nekā tradicionālām metināšanas iekārtām.

4. Augstas prasības darba videi

Lāzera sistēmām nepieciešama pastāvīga temperatūra un jāizvairās no putekļu un eļļas miglas iekļūšanas optiskajā ceļā. Jaudīgām iekārtām nepieciešamas dzesēšanas sistēmas un stabilas elektroapgādes.

5. Stingras drošības aizsardzības prasības

Lāzera starojums, šķēlītes un atstarotais gaisma rada potenciālus riskus. Operatoriem jāvalkā aizsargbrilles un jāizmanto ieklošanas konstrukcijas vai drošības gaismas priekškari.

6. Grūtības metinājuma pārbaudē

Dziļās iededzināšanas metināšana rada šaurus un dziļus metinājumus, kuru dēļ iekšējas nepilnības — piemēram, porainība, saraušanās dobumi un nepietiekama iededzināšanās — nav viegli pamanāmas vizuāli. Nepieciešama rentgena vai ultraskaņas beziznīcinošā testēšana.

7. Ierobežojumi biezu plātņu metināšanā

Materiāliem, kas pārsniedz noteiktu biezumu, vienas caurlaides metināšana nespēj nodrošināt pilnu iededzināšanos. Var būt nepieciešama daudzkārtēja metināšana vai hibrīdmetināšana ar lāzeru un loku.

8. Mikroplaisu rašanās jutīgums noteiktos materiālos

Augsta oglekļa tērauds, cietinātais tērauds un čuguns ir tendencē veidot karstās vai aukstās plaisas lāzera metināšanas laikā. Nepieciešams priekšsildīšana, kontrolēta atdzišana vai svārstību formas regulēšana.

III. Piemērotie materiāli un materiālu ierobežojumi
Derīgie materiāli:

1.nerūsējošais stals

2. Karbona dzelzs

3. Alumīnija un alumīnija aliaži

4. Vara un vara sakausējumi

5. Niķeļa bāzes sakausējumi

6. Titanis sakausējumi

7. Metāla plāksnes materiāli

Materiāli ierobežojumi:

1. Augsti atstarojošiem materiāliem (vars, alumīnijs) nepieciešami zili/zaļi lāzeri vai augstāka jaudas blīvums.

2. Augsta oglekļa tērauda un plastmasas čuguna metināšanai nepieciešams iepriekšējs sildīšana vai vilnisformas vadīta metināšana.

3. Nemetāliskiem materiāliem (plastmasām, keramikai) nepieciešamas dažādas lāzertehnoloģijas (piemēram, CO₂ vai pikosekunžu lāzeri).

IV. Lāzermetināšanas tipiskās pielietošanas situācijas

1. Precīzā ražošana: elektronisko komponentu metināšana, sensoru hermētizēšana, litija bateriju kontaktu metināšana.

2. Automobiļu ražošana: korpusa struktūras metināšana, augstas izturības tērauda metināšana, bateriju korpuses metināšana.

3. Aerokosmos: niķeļa bāzes un titāna sakausējumu plānsienīgu daļu metināšana.

4. Medicīnas ierīces: nerūsējošā tērauda un titāna mikroinstrumentu metināšana.

5. Apaļķu ražošana: virtuves piederumi, metāla korpusi, rokturi un citi plānas loksnes komponenti.

6. Jaunās enerģētikas nozare: vara–alumīnija vadītājkomponentu savienošana ar metināšanu, motora statora laminācijas metināšana.

V. Darba vides prasības

1. Stabila iekštelpu temperatūra (parasti 15–30 °C)

2. Mērena mitruma pakāpe, lai izvairītos no kondensāta veidošanās

3. Tīrs gaiss, bez putekļiem un eļļas miglas

4. Stabila barošanas avota piegāde bez sprieguma svārstībām

5. Šķidruma dzesēšanas sistēma, lai uzturētu lasera un metināšanas galviņas temperatūru

6. Lasers drošas darba zonas ar atbilstošiem aizsardzības līdzekļiem

Lāzera metināšanas mašīnas nodrošina augstu ātrumu, augstu precizitāti, zemas siltuma ietekmētās zonas un piemērotību automatizācijai. Tās atbalsta plašu metāla materiālu klāstu un ir efektīvas augstas precizitātes metināšanas lietojumprogrammām. Tomēr tām nepieciešama augsta montāžas precizitāte, konkrēti materiālu apstākļi un kontrolēti vides parametri, kā arī tās saistītas ar augstākām iekārtu un uzturēšanas izmaksām. Daži materiāli rāda sliecību uz plaisām vai enerģijas savienošanas problēmām. Praksē atbilstoši materiālu raksturojumam, komponentu struktūrai, biezumam un ražošanas prasībām ir jāizvēlas piemēroti lāzera veidi un metināšanas procesi