Laserové svařování: Výběr materiálu a omezení

Laserové svařování je nová průmyslová technologie v průmyslovém svařování. Má výhody vysoké rychlosti svařování, vysoké přesnosti, vysoké účinnosti a hladkých a krásných svarů. Laserové svařovací stroje jsou široce používány a mohou svařovat různé materiály. Které materiály však nelze použít s laserovými svařovacími stroji? Tento článek bude diskutovat o výběru materiálu a omezeních laserového svařování, prozkoumá typy materiálů, které laserové svařování může svařovat, a materiály, které nejsou vhodné pro laserové svařování, a podrobně analyzuje důvody.

Základní principy laserového svařování

Než se pustíme do vhodných materiálů pro laserové svařování, je nutné pochopit základní principy laserového svařování. Laserové svařování je metoda svařování, která využívá vysokou energii laserového paprsku k lokálnímu zahřátí povrchu obrobku, aby došlo k jeho okamžitému roztavení a vytvoření svarového spoje po ztuhnutí.
Mezi základní kroky laserového svařování patří generování, modulace a fokusace laserového paprsku. Nejprve laserový generátor generuje extrémně intenzivní laserový paprsek a poté je laserový paprsek modulován a zaostřen přes optický systém tak, aby mohl přesně osvětlit svařovanou oblast. V oblasti svařování vysoká hustota energie laseru rychle zahřeje povrch obrobku nad kritickou teplotu, což způsobí jeho okamžité roztavení a vytvoření roztavené lázně. Roztavená lázeň se poté ochladí a ztuhne a vytvoří pevný svar.
Jedná se o novou metodu svařování používanou především pro svařování tenkostěnných materiálů a přesných dílů. Může dosáhnout svařovacích efektů, jako je bodové svařování, vrstvené svařování a svařování těsnění. Tato metoda svařování se vyznačuje malou šířkou svaru, malou tepelně ovlivněnou zónou, vysokou rychlostí svařování, krásným vzhledem a bez potřeby zpracování po svařování. To však také klade určité požadavky na výběr materiálů.

Materiály, které lze svařovat laserem

Lasery mohou svařovat mnoho různých typů materiálů dohromady. Ve srovnání s tradičními metodami tepelného svařování nebo elektrického svařování má širší rozsah použití a může svařovat různé kovové i nekovové materiály. Zahrnuje především následující kategorie:

Kovové materiály

Laserové svařování je široce používáno při svařování kovových materiálů a je vhodné pro různé kovové materiály, včetně, ale bez omezení na následující kategorie:

Nerezová ocel

Díky rychlosti svařování a malé tepelně ovlivněné zóně laserového svařovacího stroje je zmírněn jev přehřátí a velký koeficient lineární roztažnosti svařování nerezové oceli a svarový šev nemá žádné vady, jako jsou póry a vměstky. Ve srovnání s uhlíkovou ocelí je u nerezové oceli snazší získat hluboko pronikající úzké svary díky své nízké tepelné vodivosti, vysoké míře absorpce energie a vysoké účinnosti tavení. Svařování tenkých plechů pomocí laserového svařovacího stroje s nízkým výkonem může vytvářet dobře tvarované spoje s hladkými a krásnými svary.

Slitina hliníku

Hliník a slitiny hliníku jsou vysoce reflexní materiály s dobrou tepelnou vodivostí a laserovým svařováním lze dosáhnout efektivního svařování. Při svařování hliníku a jeho slitin se při stoupající teplotě mohou v kořenu objevit dutiny a svarová housenka se může špatně vytvořit. Laserové svařování může účinně snížit tepelně ovlivněnou zónu a zabránit deformaci materiálu a prasklinám.

Titanová slitina

Titanové slitiny jsou také jednou z ideálních voleb pro laserové svařování díky své vysoké pevnosti a odolnosti proti korozi. Laserové svařování umožňuje vysoce kvalitní svary bez poškození vlastností slitin titanu.

Nekovové materiály

Laserové svařování není vhodné pouze pro kovové materiály, ale lze jej použít i pro svařování některých nekovových materiálů, zejména v aplikacích s vysokou přesností a nízkým tepelným dopadem. Níže jsou uvedeny některé nekovové materiály, které lze laserovým svařováním svařovat:

Plastický

Laserové svařování vyniká při svařování plastových materiálů. Tato metoda svařování může být použita na polymery, termoplasty a termosety a je široce používána při výrobě lékařských zařízení, elektroniky a automobilových dílů.

Keramický

Laserové svařování lze použít ke svařování keramických materiálů, včetně keramiky z oxidu hlinitého a zirkonové keramiky. To má důležité aplikace v elektronice, optice a letectví, protože laserové svařování nabízí výhody vysoké přesnosti a bezkontaktnosti.

Gumové a elastické materiály

U některých nekovových materiálů s dobrou elasticitou lze uvažovat i o laserovém svařování. To může mít uplatnění ve speciálních oblastech, jako je výroba lékařských zařízení a flexibilních elektronických zařízení.

Materiály, které nelze svařovat laserem

Je však třeba poznamenat, že ne všechny materiály jsou vhodné pro laserové svařování. Zde jsou některé materiály, které laserové svařování obecně nedokáže efektivně svařovat:

Vysoce reflexní materiály

Laserové svařování se spoléhá na vysokou energii laserového paprsku k ohřevu povrchu materiálu. Proto se u vysoce reflexních materiálů může laserový paprsek odrážet a nemůže být účinně ohříván, což ztěžuje svařování. Mezi typické vysoce reflexní materiály patří měď a slitiny mědi. Po zpracování mohou nastat problémy s nedostatečným splynutím a penetrací. Proto je zapotřebí koncentrovaná energie, vysoce výkonné zdroje tepla a předehřívací opatření.

Průhledný materiál plast

Laserové svařování není vhodné pro svařování průhledných materiálů, protože laserový paprsek nemůže vytvořit dostatečnou absorpci u vysoce průhledných materiálů. Patří sem sklo a některé plasty.

Materiály citlivé na teplotu

Některé materiály s vysokou teplotní citlivostí, jako jsou termoplasty, mohou být ovlivněny nadměrným teplem ve vysokoteplotním prostředí laserového svařování, což má za následek pokles výkonnosti materiálu.

Vysoce reflexní kovový povlak

Některé materiály jsou pokryty vysoce reflexními kovovými povlaky, které mohou způsobit odraz laserového paprsku a neschopnost účinně zahřívat substrát.

Vysoce hygroskopické materiály

Laserové svařování vyžaduje relativně suché prostředí a u materiálů, které jsou vysoce hygroskopické, může během procesu svařování docházet k rušení vlhkosti.

Jaké faktory určují svařitelnost materiálu?

Svařitelnost laserového svařování je ovlivněna mnoha faktory, především tepelnými vlastnostmi, optickými vlastnostmi, chemickými vlastnostmi a fyzikálními vlastnostmi materiálu. Následuje podrobný popis těchto faktorů z těchto čtyř aspektů:

Optické vlastnosti materiálů

Absorpční koeficient: Schopnost materiálu absorbovat laserový paprsek závisí na jeho absorpčním koeficientu. Vysoký koeficient absorpce znamená, že se materiál snadněji zahřívá laserovým paprskem, což usnadňuje svařování.
Průhlednost: Materiály s vysokou průhledností nejsou obvykle vhodné pro laserové svařování, protože pro laser je obtížné vytvořit dostatečnou absorpci v průhledných materiálech. Materiály by měly mít vysokou nasákavost, nízkou odrazivost a propustnost, aby bylo zajištěno účinné a stabilní svařování

Tepelné vlastnosti materiálů

Bod tání a bod varu: Bod tání a bod varu materiálu přímo ovlivňují vhodnost laserového svařování. Nižší bod tání usnadňuje laserové svařování, což usnadňuje okamžité roztavení materiálů.
Tepelná vodivost: Tepelná vodivost ovlivňuje rychlost přenosu tepla v oblasti svařování. Vyšší tepelná vodivost může způsobit příliš rychlé ochlazení svaru, což způsobí praskliny nebo deformace.

Chemické vlastnosti materiálů

Oxidace: Vysoce oxidující materiály mohou během procesu svařování vytvářet oxidy, které ovlivňují kvalitu svaru. Při výběru materiálů vhodných pro laserové svařování zohledněte jejich oxidační vlastnosti.
Chemická reakce: Zda materiál podstoupí chemickou reakci při vysokých teplotách, zejména při interakci s plyny v prostředí svařování, může ovlivnit kvalitu svaru.

Fyzikální vlastnosti materiálů

Součinitel roztažnosti: Součinitel tepelné roztažnosti materiálu ovlivňuje tepelnou deformaci při svařování. Odpovídající svařovací materiály a procesy mohou snížit riziko deformace.
Tvrdost: Tvrdost materiálu ovlivní proces tvorby a tuhnutí roztavené lázně během laserového svařování, což může ovlivnit kvalitu svařování.

Vezmeme-li v úvahu výše uvedené faktory, lze přesněji posoudit vhodnost laserového svařování pro konkrétní materiál. V praktických aplikacích komplexní analýza těchto faktorů pomáhá vybrat vhodné svařovací parametry a procesy pro zajištění účinnosti laserové svařování a kvalitu svaru.

Výzvy a aplikační směry laserového svařování

Přestože laserové svařování dosáhlo pozoruhodného úspěchu v mnoha oblastech, stále čelí v budoucnu některým výzvám, které mohou ovlivnit rozsah jeho použití a efektivitu. Níže jsou uvedeny výzvy, kterým může technologie laserového svařování čelit:

Přizpůsobivost materiálu

Reflexní materiály: U vysoce reflexních materiálů, jako je hliník a měď, je pro laserové svařování obtížné účinně zahřívat povrch, což ztěžuje svařování.
Transparentní materiály: Pro laserový paprsek je obtížné vytvořit dostatečnou absorpci v transparentních materiálech, což činí laserové svařování transparentních materiálů náročným.

Kontrola procesu

Vysokoteplotní gradient: Vysokoteplotní gradient vytvářený laserovým svařováním může způsobit tepelnou deformaci a zbytkové napětí v oblasti svařování, což ovlivňuje kvalitu svařování.
Kontrola svarového švu: Pro svařování složitých tvarů čelí laserové svařování určitým výzvám v přesné kontrole svarového švu.

Náklady a složitost vybavení

Náklady na vybavení: Pořízení a údržba zařízení pro laserové svařování je poměrně nákladná, což může být v některých aplikacích omezujícím faktorem.
Složitost: Laserové svařovací systémy často vyžadují vysoce komplexní vybavení a řízení procesu a vyžadují vysoké dovednosti obsluhy.

Efektivita výroby

Rychlost výroby: V některých situacích výroby ve velkém měřítku nemusí být laserové svařování tak rychlé jako jiné tradiční metody svařování, což omezuje jeho použití v prostředích s velkým objemem.

Vývoj vysokoenergetických laserových zdrojů

Kvalita a účinnost laserového svařování je ovlivněna výkonem laserového zdroje. V budoucnu jsou zapotřebí výkonnější, stabilnější a spolehlivější vysokoenergetické laserové zdroje pro zvýšení rychlosti a hloubky svařování a přizpůsobení širší škále materiálů.

Přátelský k životnímu prostředí

Moderní výroba se stále více zaměřuje na udržitelnost životního prostředí, takže technologie laserového svařování musí během procesu snížit produkci odpadu, spotřebu energie a negativní dopad na životní prostředí.

Shrnout

Laserové svařování je proces, kterým lze svařovat materiály různých vlastností a tlouštěk. Svařitelnost materiálu závisí na jeho optických, tepelných a chemických vlastnostech. Je vhodný pro svařování různých kovových i nekovových materiálů a vyznačuje se vysokou účinností a přesností. Stále je však ovlivněn vlastnostmi materiálu a pro některé specifické materiály existují určitá omezení. S neustálým vývojem laserové technologie se předpokládá, že laserové svařování bude mít v budoucnu širší uplatnění a překoná více materiálových problémů.
AccTek Laser je důvěryhodným partnerem pro ty, kteří hledají spolehlivá a pokročilá řešení laserového svařování. Naše špičkové laserové svařovací stroje jsou navrženy tak, aby splňovaly různé potřeby průmyslu a poskytovaly přesnost a účinnost pro různé materiály. Náš tým odborníků je připraven poskytnout pomoc a vedení a zajistit, aby technologie laserového svařování byla bezproblémově integrována do jejich výrobního procesu. Neváhejte nás kontaktovat AccTek Laser na konzultaci a zažít budoucnost technologie laserového svařování.

Laserové zařízení

Kontaktní informace

Získejte laserová řešení