Pistehitsauslasereiden käyttö on mahdollista ja tarjoaa useita mahdollisia etuja verrattuna perinteiseen pistehitsaukseen sähkövirralla. Mutta kysymys on edelleen - voivatko laserpohjaiset tekniikat todella vastata tai ylittää perinteisten pistehitsausmenetelmien nopean ja suuren tuotantomäärän, joita käytetään auton koreihin, akkukielekkeisiin ja muihin suuriin metallikokoonpanoihin? Tarkastellaan laserpistehitsauksen tekniikkaa, etuja ja rajoituksia.
Kuinka laserpistehitsaus toimii
Kuten tavallinen vastuspistehitsaus, laserpistehitsaus keskittää lämmön intensiteetin pienelle tarkalle alueelle sulattaakseen metallilevyt yhteen vain sekunnin murto-osissa. Sen sijaan, että laserit käyttäisivät sähkövirtaa elektrodien kärkien kautta, ne keskittävät suuria määriä optista energiaa metallien nopeaan sulamiseen ja yhdistämiseen.[1]
Alle 2 millimetrin pistekoot mahdollistavat tarkan korkeatiheyksisen energian siirron kerrostettuihin teräslevyihin. Tämä luo hitsauskimpaleen, joka sulattaa metallikerrokset yhteen lasersäteen poikkileikkauksessa millisekunneissa.[2]
Tarkan ohjauksen ja nopean käsittelyn ansiosta laser voi tallentaa tarpeeksi energiaa jopa 2 mm syvien pistehitsausten luomiseen hiiliteräksiin alle 10 sekunnissa käyttämällä vain 2 kilowatin kuitulaseria.[3] Tämä nopeuden, tiheyden ja syvyyden yhdistelmä tekee laserista realistisen vaihtoehdon suurten komponenttien pistehitsaukseen.
Edut tavalliseen vastuspistehitsaukseen verrattuna
Laserpistehitsauksella on useita etuja, jotka johtuvat pikemminkin optisesta kuin sähköisestä prosessista:
- Ei tarvita elektrodeja
Laserit eliminoivat kalliit, kulumisalttiit elektrodit ja mahdollistavat kosketuksettoman käsittelyn. Tämä vähentää myös kitkaa ja elektrodien painaumia valmiissa osissa.[4]
- Korkeamman lujuuden joukkovelkakirjat
Laser tuottaa jopa 30 % suuremman vetolujuuden hitsejä, joissa on vähemmän mikrohalkeamia tai huokoisuusongelmia, jotka ovat yleisiä vastuspistehitsauksessa.[5]
- Toimii uusilla materiaaleilla
Laserilla voidaan onnistuneesti pistehitsata eksoottisia metalleja, kuten magnesiumia tai alumiinia, jotka aiheuttavat sähkönjohtavuuteen ja materiaalien konsistenssiongelmia tavallisessa pistehitsauksessa.[6]
- Parannettu prosessinohjaus/diagnostiikka
Laserit tarjoavat erinomaisen valvonnan, ohjauksen ja laadunvarmistuksen. Parametrit, kuten säteen kulmat, pulssin kesto tai tarkennuspiste, säätävät hitsit tarkasti.[7] Ja menetelmät, kuten infrapunatermografia, visualisoivat paremmin lämpövirran reaaliajassa.[8]
Lasereilla on siis selkeitä etuja, joko täydentävät tai korvaavat standardipistehitsausoperaatioita pitkällä aikavälillä. Mutta näiden etujen ymmärtäminen riippuu jäljellä olevien rajoitusten korjaamisesta.
Jäljellä olevat rajoitukset laserpistehitsauksessa
Vaikka laserpistehitsaustekniikka on lupaava, se kohtaa edelleen esteitä:
- Kustannus
Lasereiden korkeammat laitekustannukset voivat estää muutosten hyväksymisen aktiivisilla tuotantolinjoilla. Lyhyen aikavälin ROI on edelleen haastava.[9]
- Nopeus
Vakiopistehitsauksella saavutetaan erittäin korkea suorituskyky, jota lasermenetelmillä ei ole toistaiseksi verrattu. Laserit toimivat tällä hetkellä noin 20 % alhaisemmalla nopeudella – vaikka tasainen parantuminen jatkuu.[10]
- Diagnostiikan epätasapaino
Vaikka laservalvonta itsessään on ylivoimaista, vuosikymmenten arvoinen vastuspistehitsausmetrologia laadunvalvontaan on vakiintunut. Vastaavat standardit, spesifikaatiot ja testausmenettelyt ovat edelleen lasermenetelmien kehitysvaiheessa.[9]
Kehittyneen diagnostiikan on siis laajennettava nopeuden ja säteen muotoilun parannusten ohella, jotta standardiprosessit voidaan toistaa paremmin mittakaavassa. Mutta pidemmän aikavälin tekninen potentiaali suosii silti laserin saavuttamista yhtä suurella tai nopeammalla syklinopeudella.
Laserpistehitsauksen näkymät
Hitsauksen laadun, joustavuuden ja diagnostiikkaan liittyvien tärkeiden etujen ansiosta laserpistehitsauksen käyttöönotto laajenee - varsinkin kun uudet materiaalivaatimukset aiheuttavat muutoksia. Erään analyysin mukaan autoteollisuuden laserhitsauslaitteiden myynti kasvaa yli 50 % vuosina 2020–2025, kun kevyemmän metallin käyttö lisääntyy.[11]
Ja akkujen tuotanto kannustaa myös valtavaan nousuun kupariliuskojen ja kalvojen laserpistehitsauksessa, kun sähkökosketusongelmia ilmenee. Joten vaikka perinteistä tuotannon integrointia koskevia rajoituksia on edelleen, laserpistehitsauksen tekninen vauhti tukee vakaampaa suuren volyymin tunkeutumista pitkällä aikavälillä, mikä parantaa laatua ja tuottavuutta.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on erikoistunut automaattisten laserpäällystyskoneiden, nopean laserpäällystyskoneen, lasersammutuskoneen, laserhitsauskoneen ja laser-3D-tulostuslaitteiden T&K-toimintaan, valmistukseen ja myyntiin. Tuotteemme ovat kustannustehokkaita ja niitä myydään kotimaassa ja ulkomailla. Jos olet kiinnostunut tuotteistamme, ota yhteyttä osoitteeseenbob@gshenglaser.com.
Viitteet:
[1] Ready, JF Laserien teolliset sovellukset. Akateeminen lehdistö. 2003 25. huhtikuuta s. 468
[2] Ion JC. Teknisten materiaalien laserkäsittely: periaatteet, menettelytavat ja teollinen sovellus. Butterworth-Heinemann. 1. tammikuuta 2005. p 34-35
[3] Quintino L, Costa A, Miranda R, et ai. Hitsaus suuritehoisilla kuitulasereilla - Alustava tutkimus. Mater Des. 2007;28(4):1231-1237.
[4] Casalino G. Tutkimus laserhitsauksen takaisinkytkennän ohjauksesta kvantitatiivisella infrapunatermografialla: Vuorovaikutusaika ja nollakertausmenetelmä hitsin tunkeutumisen ohjaamiseen; laserhitsaussulasta säteilevän infrapunasäteilyn analyyttinen mallinnus. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016;36:69-77.
[5] Norman P, Karlsson L, Kaplan AFH. Laserpistehitsausten väsymiskyky ja vikatila. Teknisten virheiden analyysi. 2013 1. maaliskuuta 28:345-57.
[6] Chen G, Liu L, Dunne D, et ai. Magnesiumseoslevyn AZ31 laserhitsaus. J Mater Process Technol. 2005, 30. toukokuuta; 166(1):30-6.
[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. Tapa saada virheetön Al-teräksen erilainen laserhitsaus. Optiikka ja lasertekniikka. 2015 1. helmikuuta; 66:21-6.
[8] Hu L, Gao C, Liu J et ai. Laserpoiston reaaliaikainen diagnoosi laserhitsauksen laadun tarkkaa seurantaa varten. J Mater Process Technol. 2015, 1. lokakuuta 224:233-40.
[9] Norman P, Karlsson L, Kaplan AF. Katsaus: kuparin lasersädehitsaus alumiiniksi, arvostelu. Materiaalikaupat. 2013 1. heinäkuuta 54(7):878-87.
[10] Peng Y, Chen D, Pan Z, et ai. Selektiivisellä lasersulatuksella valmistettujen erilaisten Al-Cu-komponenttien mikrorakenteet ja suorituskyvyn arviointi. Optiikka ja lasertekniikka. 2020 1. helmikuuta;123:105991.
[11] Laserhitsauslaitteiden markkinat – kasvu, trendit, COVID-19 vaikutus ja ennusteet|Mordor Intelligence [Internet]. Mordorin tiedustelupalvelu. 2021 [viitattu 2023, 19. tammikuuta]. Saatavilla osoitteesta: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market