Lasersvejsning
I lasersvejsemetoden bruges en koncentreret lysstråle med høj energitæthed (strålediameter 0,1 ... 2 mm) til at forbinde dele. Afhængigt af typen af lysstråle kan lasersvejsning være pulserende og kontinuerlig. Punktsamlinger svejses på en pulseret måde, for kontinuerlige sømme anvendes pulserende periodisk eller kontinuerlig stråling. Pulssvejsning bruges også, når det er nødvendigt at sikre minimale deformationer fra temperaturopvarmning og høj nøjagtighed, kontinuerligt - til højhastighedssvejsning i serie- eller masseproduktion.
Lasersvejsning bruges til at forbinde forskellige materialer: stål, titanium, aluminium, ildfaste metaller, kobber, metallegeringer, ædle metaller, bimetaller, med en tykkelse på ti til flere millimeter. Imidlertid er lasersvejsning af reflekterende metaller som aluminium og kobber noget vanskeligt. Lasersvejsning af metaller er vist i fig. 2.
Svejsningen af aktive metaller udføres ved hjælp af beskyttelsesgas i form af en stråle rettet mod udsættelsesområdet for lysstrålen.
Foto 1 — Svejsning i faststoflaser: 1 — aktivt medium (rubin, granat, neodym), 2 — pumpelampe, 3 — uigennemsigtigt spejl, 4 — gennemskinneligt spejl, 5 — optisk fiber, 6 — optisk system, 7 — detalje, 8 — laserstråle ved fokuspunktet, 9, 10 — laserstråledelere.
Foto 2 — Svejsbarhed af materialer
I henhold til indtrængningsdybden er der tre typer lasersvejsning:
1) mikrosvejsning (mindre end 100 mikron),
2) minisvejsning (0,1 ... 1 mm),
3) makrosvejsning (mere end 1 mm).
Da indtrængningsdybden normalt ikke overstiger 4 mm, anvendes lasersvejsning i vid udstrækning hovedsageligt i fremstilling af præcisionsværktøj, til fremstilling af elektroniske enheder, ure, i flykonstruktion, i bilindustrien, i rørsvejsning, og bruges også i vid udstrækning i smykkeindustrien.
Før stumpsvejsning og overlapning skal der sikres et mellemrum på 0,1 ... 0,2 mm. Ved store huller kan der opstå udbrændthed og manglende syntese.
De vigtigste parametre for lasersvejsetilstanden er:
1) pulsvarighed og energi,
2) pulsfrekvens,
3) diameteren af lysstrålen,
4) afstanden fra den mindste del af den fokuserede stråle til overfladen,
5) svejsehastighed. Den når 5 mm/s. For at øge hastigheden øges pulsfrekvensen, eller der anvendes kontinuerlig tilstand.
Industrien bruger 2 typer lasere til lasersvejsning:
1) solid-state - rubin, neodym og YAG lasere (baseret på yttrium aluminium granat);
2) gas CO2 lasere.
For nylig er der også dukket lasersvejsemaskiner op, hvis aktive element er en optisk fiber lavet af kvarts.Sådanne lasere tillader svejsning af "problematiske" materialer - kobber og messing med høj reflektivitet, titanium.
Mulighederne for forskellige lasersvejsemaskiner er vist i tabel 1 og 2.
Eksempler på CO2-gaslasersvejsetilstande er vist i tabel 3.
Tabel 1 — Pladetykkelse og svejselaserkraft
Tabel 2 — Anvendelse af lasere
Tabel 3 — Metoder til laserstødsvejsning med en gaslaser
Diameteren af laserstrålen er normalt 0,3 mm. Stumsvejsninger svejset med en bjælke mindre end 0,3 mm kan have manglende vedhæftning og manglende gennemtrængning. Svejsning med lasere op til 10 kW udføres normalt uden spartelmasse.
På grund af det lille område, der påvirkes af varme under lasersvejsning, afkøles svejsningen meget hurtigt. Dette kan have både negative og positive konsekvenser for kvaliteten af den svejste samling. Mange metaller giver de bedste fysiske og mekaniske egenskaber med hurtig afkøling af leddene. Men ved svejsning af rustfrit stål kan dette føre til svejsebrud. Forøgelse af pulsbredden til 10 ms og forvarmning hjælper med at eliminere dette fænomen.
Med det rigtige valg af svejsematerialer og -tilstande producerer lasersvejsning sømme af højeste kvalitet.
Lasersystemer kan opdeles i 3 kategorier:
1) Indkapslingsanordninger. I sådanne enheder placeres emnerne i et særligt lukket rum indeholdende en beskyttende neutral atmosfære og en laserstråle. Svejseren kan styre og overvåge svejseprocessen ved hjælp af et specielt optisk system.
2) Apparater beregnet til udendørs svejsning.Laserstrålen har flere frihedsgrader og producerer programmerede bevægelser. Svejsezonen er beskyttet af en gasstrøm.
3) Enheder beregnet til manuel lasersvejsning. Laserbrændere minder meget om TIG-svejsebrændere. Laserstrålen transmitteres til brænderen ved hjælp af en optisk fiber. Under svejsningen holder svejseren laserbrænderen i den ene hånd og fyldmaterialet i den anden.
Tabel 4 — Sammenligning af forskellige typer lasersvejsning
Fordelene ved lasersvejsning omfatter:
1) et lille område med termisk effekt af laserstrålen på materialet og som et resultat ubetydelige termiske deformationer;
2) muligheden for svejsning på svært tilgængelige steder i et miljø, der er gennemsigtigt for laserstråling (glas, væsker, gasser);
3) svejsning af magnetiske materialer;
4) lille diameter af lysstrålen, mulighed for mikrosvejsning, smal svejsesøm med gode æstetiske egenskaber;
5) evnen til at automatisere processen;
6) fleksibel manipulation af lysstrålen gennem optisk transmission;
7) alsidigheden af laserudstyr (muligheden for brug til lasersvejsning og skæring, mærkning og boring);
8) muligheden for at svejse forskellige materialer.
Ulemper ved lasersvejsning:
1. Høje omkostninger og kompleksitet af laserudstyr.
2. Høje krav til klargøring, afrensning af svejsekanter.
3. Umulighed for svejsning af tykvæggede dele, utilstrækkelig kraft.Forøgelse af svejselasernes kraft er begrænset af det faktum, at med en stærkere effekt af laserstrålen på metallet spredes den aktivt i svejsezonen, hvilket beskadiger enhedens optiske system og deaktiverer laseren i løbet af få timer .