Laserhitsaustekniikan soveltaminen ruostumattomaan teräkseen 2

Laserhitsaustekniikan käyttö ruostumattomassa teräksessä

Laserhitsausten perusteet

Laserhitsauksen perusteiden ymmärtäminen on välttämätöntä vahvojen ja tasalaatuisten hitsausten aikaansaamiseksi ruostumattomasta teräksestä. Prosessi perustuu tiukasti valjottuihin parametreihin, jotka määrittävät tunkeutumissyvyyttä, hitsauslevyyttä ja lämmön vaikutukseen liittyvän vyöhykkeen kokoa. Seuraavat käsitteet määrittelevät, kuinka laser vuorovaikuttaa ruostumattoman teräksen kanssa ja miten eri asetukset vaikuttavat tuloksiin.

Johtumis- vs. avannemuoto

Johtumismuoto: Laserin energia sulattaa metallin pintaa, ja lämpö leviää materiaaliin pääasiassa lämmönjohtumisen kautta. Tämä tuottaa matalia, leveitä hitsauksia vähäisellä höyrystymisellä – ideaalinen ohutlevyisille osille, matalalle lämpötuloksille ja esteettisille hitsauksille.

Avannemuoto: Korkeammilla tehontiheyksillä laser höyrystää metallia säteen polttopisteen kohdalla, luoden pienen kammion (avanne). Säde tunkeutuu syvälle, mahdollistaen kapeat, syvät hitsaukset paksummissa osissa. Tämä muoto tarjoaa maksimitunkeutumisen, mutta vaatii tarkkaa säätöä estämään huokosten ja epästabiiliuden syntymisen.

Jatkuva aalto (CW) vs. pulssimainen

Jatkuva aalto (CW): Toimittaa tasaisesti ja keskeytyksettä tehoa. Tämä on ideaalinen pitkien, jatkuvien saumojen yhteydessä, joissa nopeus ja läpäisevyyden yhtenäisyys ovat tärkeitä – yleisesti käytössä automoiduilla tuotantolinjoilla.

Pulssimainen: Toimittaa energiaa hallituissa purkauksissa. Hyödyllinen lämpöherkien osien, hienojen yksityiskohtien tai pistehitsaamisen yhteydessä. Pulssihitsaus vähentää vääntymistä ja lämpövärjäystä, mikä tekee siitä sopivan tarkkojen kokoonpanojen ja ohuiden ruostumattomien osien yhteydessä.

Säteen laatu, pilkun koko ja energiamäärä pituusyksikköä kohti

Säteen laatu: Korkeampi säteen laatu (mitattuna M²-arvolla) tuottaa pienemmän ja tarkemmin keskittyneen pisteen, mikä mahdollistaa hienojen hitsausten ja syvemmän läpäisyn alhaisemmalla teholla.

Pilkun koko: Pienemmät pilkut kasvattavat energiatiheyttä, parantaen läpäisyä. Suuremmat pilkut levittävät lämpöä, vähentäen riskiä ohuiden materiaalien läpikuumenemiseen.

Energia yksikköpituutta kohti: Lasersäteen tehon ja liikenopeuden suhde määrittää kokonaisenergian syötön. Liian suuri energia aiheuttaa vääntymistä ja liian laajan vaikutusalueen; liian pieni johtaa heikkoyn sulautumiseen tai epätäydelliseen liitokseen.

Wobble- ja skannausoptiikat

Wobble-hitsaus: Sisältää lasersäteen pienten kuvioitten varassa tapahtuvan heilahduksen liikkeen aikana sauman mukaan. Parantaa sauman ylitystä, vähentää kohdistuksen herkkyyttä ja voi tuottaa leveämpiä, helpompia hitsauspaloja.

Skannausoptiikat: Käyttävät peilejä tai galvanometrejä siirtääkseen lasersädettä nopeasti työkappaleen pinnalla. Mahdollistavat nopeat kuvion muutokset, useiden hitsauspisteiden ja automaation integroinnin. Niiden käyttö on erityisen hyödyllistä sarjatuotannossa ja monimutkaisissa geometrioissa.

Laserhitsausta suoritetaan ohjaamalla säteen ja materiaalin välistä vuorovaikutusta. Johtumistila soveltuu hienoihin ja mataliin hitsauksiin, kun taas kaihdonmuodostus mahdollistaa syvän tunkeutumisen. Jatkuva aalto (CW) tarjoaa nopeuden ja tasaisuuden, kun taas pulssimainen tila mahdollistaa lämmön hallinnan herkillä osilla. Säteen laatu ja pistekoko määrittävät energiatiheyden, ja energian määrän yhtenäinen sovittaminen liitokseen on kriittistä lujuuden ja vääristymättömyyden kannalta. Edistetyt tekniikat, kuten wobble-hitsaus ja skannausoptiikka, lisäävät joustavuutta, mikä tekee laserhitsauksesta monikäyttöisen työkalun ruostumattomien terästen valmistukseen eri teollisuudenaloilla.

Liitostyypin suunnittelu ja asennusohjeet

Laserhitsaustekniikassa liitostyypin suunnittelu ja liitosten tarkkuudella on suora vaikutus hitsin laatuun, tunkeutumiseen ja ulkonäköön. Kaikkiin kaarihitsausprosesseihin verrattuna laserhitsauksessa voidaan käyttää vähemmän sallittuja rakoja tai epätarkkoja liitoksia, koska sen säde ja sulamisalue ovat kapeita. Oikean liitostyypin valinta, reunojen oikea käsittely ja tarkan liitoksen toteuttaminen ovat tärkeitä vahvoille ja virheille vapailla ruostumattomien terästen hitsauksille.

Päällysteliitokset

Kuvaus: Kaksi osaa on samassa tasossa ja liitokset tehdään reunoista yhteen.

Laserhitsauksen huomioon otettavat seikat: Toimii parhaiten vähäisellä tai ilman väliä (<0,1 mm ohuille osille). Edellyttää tarkkaa reunan valmistelua, jotta vältetään epätäydellinen sulaminen. Avaintekniikkaa käytetään usein paksumpiin osiin.

Sovellutukset: Levypalkit, paineastiat, putket.

Ristiliitokset

Kuvaus: Yksi osa peittää toisen, ja laser tunkeutuu ylemmän kerroksen läpi alempaan kerrokseen.

Laserhitsaustarkastelut: Tehokas eri paksuisia materiaaleja yhdistettäessä. Limityksen tulee olla tasainen ja pinnat puhtaita välttääkseen jäännösepäpuhtauksia. Lievä defokus voi parantaa läpäisyjohdonmukaisuutta.

Käyttökohteet: Autoteollisuuden kappaleet, kotelot, ohuet rakennekokonaisuudet.

Hitsiliitokset

Kuvaus: Osa yhdistetään kulmassa, tyypillisesti 90°, hitsausmetalli sijoitetaan nurkkaan.

Laserhitsaustarkastelut: Ihanteellinen automaatiota varten, vaatii tarkan liitoksen tasauksen. Reunapyyöristys voi parantaa säteen pääsyä tiukoihin kulmiin. Heilahdushitsaus voi auttaa täyttämään liitoksen tasaisesti.

Käyttökohteet: Kehykset, kiinnikkeet, laatikkorakenteet.

Reunat ja kulmat

Kuvaus: Sisältää kulmaliitokset ja reuna-alueiden hitsaukset, joissa säde yhdistää materiaalin rajapinnassa.

Laserhitsaustarkastelut: Erikoisesti herkkä tasausvirheille. Matala lämpövirta vähentää vääntymistä, mutta geometrian säilyttämiseksi tarvitaan huolellinen kiinnitys. Käytetään usein koristeellisiin ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin osiin siistien, näkyvien saumojen vuoksi.

Viisteet ja valmistelut

Kuvaus: Viistetyt tai valmistellut reunat, jotka mahdollistavat syvemmän tunkeutumisen tai taytelangansäilytyksen.

Laserhitsaustarkastelut: Yleinen käyttö paksummissa ruostumattomissa teräskohdissa, joissa vaaditaan yksittäisen kierroksen tunkeutuvuutta. Viistekulman ja juuritason on oltava yhtenäinen; liiallinen viiste voi heikentää liitoksen tehokkuutta.

Kohdistushitsaus

Kuvaus: Pienet, väliaikaiset hitsit, jotka pitävät osat kohdissa ennen lopullista hitsausta.

Laserhitsaustarkastelut: Estää osien liikkumista hitsauksen aikana ja vähentää välysten vaihtelua. Laserhitsausten kohdistushitsit ovat nopeita, vähävääntyneitä ja niiden automointi on helppoa. Kohdistushitsien välimatkan tulee vastata materiaalin paksuutta ja liitoksen jäykkyyttä.

Laserhitsausta varten tarvitaan tiukka liitos ja johdonmukainen sauman valmistelu, koska prosessi luo pienen sulamisaltaan, jolla on vain vähäinen sieto tyhjille tiloille tai kohdistusvirheille. Päästä-päähän-liitoksissa reunojen tulee olla lähes täydellisesti kosketuksissa, päällekkäisliitoksissa tarvitaan puhtaita limittäviä pintoja ja hylsymurroksissa kulmapääsy tulee olla tarkasti valmisteltu. Reunat, kulmat ja viistot tulee olla yhdenmukaisia täyden läpimurron saavuttamiseksi, ja välikohdistusvarmistukset pitävät osat kohdistettuina nopeahitsauksen aikana. Noudattamalla näitä liitosrakenteen ja kohdistuksen sääntöjä ruostumattomien terästen hitsaukset ovat vahvoja, tarkkoja ja visuaalisesti siistejä.