Svelas - Svensk laserteknik
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sökning
Ange sökord
 
E-postadress:   Lösenord:
Svetsning
Svetsning med högeffektlaser blir en allt vanligare svetsmetod
framför allt inom bilindustrin och bland dess underleverantörer där
ett flertal applikationer förekommer.

3.2.1 Principer
Vid svetsning med Nd-laser fokuseras laserstrålen med lins och
vid svetsning med CO2 laser används även fokuserande
spegel. Strålen fokuseras till några tiondels millimeter.
Fokalpunkten placeras på eller strax under arbetsstyckets
övre yta. Skyddsgas tillföres i syfte att:
• Skydda svetsen från atmosfärens skadliga inverkan.
• Skydda fokuseringslinsen/spegeln från skadligt materialsprut
och metallånga.
• Förhindra eller minimera det plasma av joniserad metallånga
som bildas ovanför arbetsstycket. Detta plasma absorberar
laserenergi och förhindrar den att nå arbetsstycket. En
skyddsgas med hög joniseringsenergi, t ex helium, försvårar
plasmabildningen och underlättar därför energiöverföringen till
arbetsstycket.

Vid lasersvetsning får man en relativt djup och smal svets,
liknande den som erhålles vid elektronstrålesvetsning.
Svetsningen fortgår med hjälp av så kallad nyckelhålseffekt
(eng key hole effect), se Figur 3.2. Nyckelhålet består av ett
ångfyllt hålrum omgivet av smält metall.


Figur 3.2 Lasersvetsning, princip.

Den omgivande smälta metallen fyller igen hålrummet allt
eftersom laserstrålen förflyttas till nytt område. Hålrummet
uppnår ett djup som är lika med svetsdjupet, vilket garanterar
en svets med fullständig penetration och med ett stort djup- till
breddförhållande.

Det maximala svetsdjup som kan erhållas, beror av laserns
maximala uteffekt, se Figur 3.3. Att kurvan böjer av något beror
på att mängden absorberande plasma ökar med ökad effekt.
Kurvan gäller för svetsning av kolstål vid ca 0.5 m/min,



Figur 3.3 Maximal penetration som funktion av effekten vid
svetsning av kolstål med CO2 -laser.


3.2.2 Fogberedning
Eftersom bearbetningen är kontaktlös och ger minimala
värmespänningar krävs inga kraftiga svetsfixturer. Pneumatiskt
eller manuellt manövrerade snabbtänger och spännare är oftast
fullt tillräckligt för att fixera plåtarna och hålla ihop fogen. Vid
svetsning av stumfog bör dock fixtur och fogberedning inte ge
större lutftspalt än ca 15% av materialtjockleken upp till 1.5 mm
tjocklek och högst 0.25 mm i absoluta tal, se Figur 3.4. Dessa
värden är relaterade till en laser med minsta fokalpunkt på ca
0.40 mm. Luftspalten mellan plåtarna vid överlappsfog bör inte
överstiga 20% av plåttjockleken och högst 0.3 mm i absoluta tal.



Figur 3.4 Toleranser vid lasersvetsning.

3.2.3 Jämförelser med andra metoder
En jämförelse mellan laser, elektronstråle, plasma och TIG vid
svetsning av 6 mm rostfri plåt visas i Tabell 3.1. Den visar att
plasma och TIG ger ca 3-5 ggr högre sträckenergi
(=värmetillförsel), vilket medför större värmepåverkad zon
(HAZ) och större risk för kvarvarande deformationer.

Tabell 3.1 Svetsning av 6 mm rostfri plåt.

LaserElektronstrålePlasmaTIG
Tillförd effekt [kW] 4 5 4 2
Svetshastighet [mm/s]16 40 6,7 2
Sträckenergi [J/mm] 250 125 600 1000

Jämfört med elektronstrålesvetsning ger svetsning med laser
högre värmetillförsel, men erbjuder i övrigt följande fördelar:
Svetsning med laser behöver inte utföras i vakuumkammare,
vilket medför större driftsäkerhet och enklare hantering av
arbetsstycket.
• Laserstrålen alstrar ingen farlig röntgenstrålning.
• Laserstrålen påverkas inte av magnetiska störningar
från
arbetsstycke och fixtur.
• Mindre minutiös rengöring av arbetsstycket.
• Högre tillgänglighet och mindre service.
• Lägre investeringskostnad för en given
produktionshastighet.

Svetsning med högeffektlaser har flera fördelar som gör den
konkurrenskraftig med mer etablerade svetsmetoder. Jämfört
med TIG-och plasmasvetsning finns följande fördelar med
lasersvetsning:
• Högre hastighet vid samma tillförda effekt ger lägre
värmetillförsel (sträckenergi) med mindre värmeskador som
följd.
• Den fokuserade laserstrålen som bara är några
tiondels mm i diameter ger möjlighet att svetsa med större
precision.Ger hög penetration i förhållande till svetsbredd.
• Ingen mekanisk kontakt med arbetsstycket.
• Kräver inget tillsatsmaterial.


Jämfört med punktsvetsning (elektrisk motståndssvetsning) har
laser ett antal fördelar som har gjort den populär inom
bilindustrin, nämligen:
• Vid punktsvetsning måste man alltid komma åt
fogens under- och översida med elektroderna
• Lasersvetsning ger inget elektrodslitage
• Laser tillåter smalare flänsar, vilket medför
viktbesparing (viktigt inom bilindustrin)
• Laser ger mindre deformationer, högre hållfasthet
samt en tätt svetförband

En högeffektlaser har dessutom ett antal goda egenskaper som
gör densärskilt lämplig för processtyrda produktionssystem
nämligen:
• Hög effekttäthet som ger hög svetshastighet och liten
värmepåverkan.
• Stor smidighet och tillgänglighet. Laserstrålen kan lätt
avlänkas med speglar till svåråtkomliga ställen eller till flera
arbetsstationer.
• God styr- och repeterbarhet av effekt och effekttäthet.

Generellt bör dock följande nackdelar framhållas:
• Låg värmetillförsel kan i vissa fall leda till för snabb
avkylning med risk för sprickbildning hos sprickkänsliga material.
• Högre krav på fogberedning och noggrannare fixturer
än vid konventionella metoder.
• Relativt hög kapitalkostnad.

3.2.4 Användningsområden, exempel
Svetsning med laser har funnit en rad industriella tillämpningar.
Idag tillämpas tekniken på allt från mikrosvetsning av
elektronik med Nd-YAG laser till svetsning av tunga
maskindetaljer med CO2-laser. Detaljer lämpliga att lasersvetsa
är bl a:
• Sådana som kräver låg värmetillförsel, t ex behållare
för värmekänslig elektronik, detaljer i rostfritt eller härdat
material.
• Komponenter med komplicerad form och där hög
precision är nödvändig.
• Svetsning av detaljer i normalt svårsvetsat material
som t ex Tantal, Titan, Zirconium, Inconel etc.

Som exempel på industrier där lasersvetsning kommit till
användning kan nämnas:
• Bilindustrin. Svetsning av framförallt
rotationssymmetriska detaljer såsom remskivor, fälgar,
ventillyftare, oljefilter och transmissionsdetaljer. Svetsning av
karosseridetaljer för att ersätta punktsvetsning blir allt vanligare.
• Verkstadsindustrin. T ex värmeväxlare,
motorsågsvärd, kylskåpsdörrar, ventilhus, ventilsäten, sågblad
m m.
• Elektronikindustrin. T ex reläer, batterier och
elektronikbehållare.
• Flygindustrin. Komponenter till flygmotorer för
svetsning med hög precision i svårsvetsat material.

LoginRegistrera dig här
Skapa ny
Redigera
Ta bort

Medlem på Svelas.nu
Som registrerad medlem kan du publicera och kommentera rapporter och artiklar. Dina bidrag är värdefulla för att Sverige och Svelas ska hålla sig längst fram inom området för laserteknik.
© 2002 SVELAS - Svensk laserteknik
Avd för produktionsutveckling vid LTU
» Allmänna villkor
  Adress:
 
 
Luleå tekniska universitet
Avd för produktionsutveckling
971 87 Luleå.
E-post:
Tel:
Fax:
info@svelas.nu
0920-491 000
0920-492 228
Luleå tekniska universitet