Kakšne so omejitve laserjnih varilnih strojev?

Laserski varilni stroji so vrsta obdelovalne opreme, ki uporablja laserske žarke z visoko energijsko gostoto za združevanje materialov. Z osredotočeno energijo, nadzorovanim toplotnim vnosom in stabilno morfologijo šiva se pogosto uporabljajo za povezovanje kovinskih konstrukcijskih delov in natančnih komponent. V praksi ponujajo lasersko varjenje pomembne prednosti, vendar hkrati kažejo tudi določene omejitve.

I. Prednosti laserskega varjenja
1. - Vprašanje: Visoka gostoto energije

Laserski žarek ima visoko gostoto moči, ki lahko ustvari trenutni taljeni bazen na lokalnem območju za doseganje varjenja z globokim prodorom ali vodenje. Uporablja se za delovne dele, ki zahtevajo strog nadzor območja, prizadetega s toploto.

2. Vprašanje: Nizka vhodna toplota in minimalna deformacija

Lasersko varjenje ima nizek skupni vhod toplote in ozko toplotno prizadeto območje (HAZ), kar zmanjšuje deformacijo delovnega dela in ga naredi primernega za tanko stenske dele in natančne komponente.

3. Vprašanje: Visoka hitrost varjenja

Lasersko varjenje omogoča visoko hitrost varjenja, primerna za avtomatizirane proizvodne linije in izboljšanje učinkovitosti proizvodnje.

4. - Kaj? Visoka kakovost varjenja

Varjenje je ozko, ima visoko razmerje globine do širine in kaže dosledno prodiranje, kar izpolnjuje zahteve za visokokakovostne varilne spoje.

5. -Prav. Brezstična obdelava

Pri varjenju se žerjavica ne sme dotakniti delovnega dela, zato je primerna za zapletene konstrukcije ali težko dostopne varilne spoje.

II. Omejitve strojov za lasersko varjenje
1. Visoke zahteve za natančnost sestavljanja

Laser žarek ima majhno velikost lise in je občutljiv na zvarne reže, natančnost pozicioniranja in dimenzijske tolerance. Prevelika reža lahko povzroči nestabilno talino, nepopolno zvarjenje ali porušitev.

2. Občutljivost na stanje površine materiala

Materiali z visoko stopnjo odbojnosti (kot so baker, aluminij, zlato in srebro) kažejo nizko absorpcijo infrardečih laserjev, kar lahko povzroči odboj in nezadostno vezavo energije. Odtoki olja na površini in oksidni sloji prav tako vplivajo na konsistentnost zvarjenja.

3. Visoka cena opreme

Izvor laserja, optične komponente in hladilni sistemi so dragi. Stroški vzdrževanja in zamenjave optičnih komponent so višji kot pri tradicionalni zvarilni opremi.

4. Visoke zahteve za delovno okolje

Laserji sistem potrebuje okolje s stalno temperaturo in mora preprečiti vdor prahu ter oljnega megla v optično pot. Naprave z visoko močjo potrebujejo hladilne sisteme in stabilno električno napajanje.

5. Stroge zahteve za varnostno zaščito

Laserjeva sevanja, razprševanje in odsevna svetloba predstavljajo potencialne tveganja. Uporabniki morajo nositi zaščitna očala in uporabljati ohišja ali varnostne svetlobne zavese.

6. Težka kontrola varjenja

Varjenje z globokim vpenjanjem proizvaja ozke in globoke šive, kar naredi notranje napake – kot so poroznost, krčne votline in nepopolno vpenjanje – težko zaznavne s prostim očesom. Zahtevano je netruhljivo preizkušanje z rentgenskim žarkom ali ultrazvokom.

7. Omejitve pri varjenju debelih pločevin

Pri materialih, ki presegajo določeno debelino, enojno varjenje ne more zagotoviti popolnega vpenjanja. Morda je potrebno večkratno varjenje ali hibridno laser-arc varjenje.

8. Občutljivost na razpoke pri določenih materialih

Visokoogljično jeklo, kaljeno jeklo in litina sta nagnjena k vročemu ali hladnemu razpokanju med laserjem varjenja. Potrebno je predgrevanje, nadzorovano hlajenje ali prilagoditev oblike valovanja.

III. Primerni materiali in omejitve materialov
Uporabni materiali:

1. Nerjavno jeklo

2. Ogljično jeklo

3. Aluminij in aluminijeve zlitine

4. Baker in bakrove zlitine

5. Zlitine na osnovi niklja

6. Titanove zlitine

7. Tanke kovinske pločevine

Vsebnostni omejitvi:

1. Materiali z visoko refleksijo (baker, aluminij) zahtevajo modre/zelene laserje ali višjo gostoto moči.

2. Visokougljično jeklo in litina z ductilnim grafitom zahtevata predgrevanje ali varjenje z nadzorovanim valovnim oblikovanjem.

3. Nekovinski materiali (plastika, keramika) zahtevajo različne vrste laserjev (npr. CO₂ ali pikosekundne laserje).

IV. Tipični primeri uporabe laserskega varjenja

1. Natančna proizvodnja: varjenje elektronskih komponent, tesniljenje senzorjev, varjenje ušes pri litijevih baterijah.

2. Proizvodnja avtomobilov: varjenje nosilne konstrukcije, varjenje visoko trdnih jekel, varjenje ohišja baterij.

3. Letalska in vesoljska industrija: varjenje tankostenskih delov iz nikljevih in titanovih zlitin.

4. Medicinska oprema: varjenje mikroinstrumentov iz nerjavnega jekla in titana.

5. Proizvodnja opreme: kuhinjski pribor, kovinska ohišja, ročaji in drugi sestavni deli iz tankih pločevin.

6. Industrija nove energije: varjenje prevodnih komponent baker–aluminij, varjenje lamel motorja statorja.

V. Zahteve za delovno okolje

1. Stabilna notranja temperatura (običajno 15–30 °C)

2. Umerjena vlažnost za preprečevanje kondenzacije

3. Čist zrak, brez prahu in oljnega meglenega dima

4. Stabilen vir električne energije brez nihanj napetosti

5. Hladilni sistem za vzdrževanje temperature laserske naprave in varilne glave

6. Varnostno območje za laser z ustreznimi zaščitnimi sredstvi

Laserjski varilni stroji ponujajo visoko hitrost, visoko natančnost, majhna toplotno vplivana območja ter primernost za avtomatizacijo. Podprte so različne vrste kovinskih materialov in so učinkoviti za visoko natančna varilna opravila. Vendar zahtevajo visoko natančnost sestavljanja, določene pogoje materiala ter nadzorovane okoljske parametre in povzročajo višje stroške opreme in vzdrževanja. Nekateri materiali kažejo nagnjenost k razpokam ali težavam pri prenosu energije. V praksi je treba izbrati ustrezno vrsto lasera in varilni postopek glede na lastnosti materiala, konstrukcijo komponente, debelino in proizvodne zahteve