PonthegesztésA lézerek használata lehetséges, és számos potenciális előnyt kínál a hagyományos elektromos árammal végzett ponthegesztéssel szemben. A kérdés azonban továbbra is fennáll – vajon a lézer alapú technikák valóban megfelelnek-e vagy meghaladhatják-e a hagyományos ponthegesztési módszerek nagy sebességű, nagy volumenű gyártását, amelyet autókarosszériákhoz, akkumulátorfülekhez és más nagy fémszerkezetekhez használnak? Vizsgáljuk meg a lézeres ponthegesztés technológiáját, előnyeit és korlátait.
Hogyan működik a lézeres ponthegesztés
A hagyományos ellenállás-ponthegesztéshez hasonlóan a lézeres ponthegesztés is egy kis, pontos területre fókuszálja a hőintenzitást, hogy a fémlemezeket a másodperc töredékei alatt összeolvasztja. De ahelyett, hogy elektromos áramot használnának az elektródák hegyén, a lézerek nagy mennyiségű optikai energiát koncentrálnak a fémek gyors megolvadására és összekapcsolására.[1]
A 2 milliméternél kisebb foltméretek precíz, nagy sűrűségű energiaátvitelt tesznek lehetővé réteges acéllemezekbe. Ez egy hegesztési rögöt hoz létre, amely ezredmásodperceken belül egyesíti a fémrétegeket a lézersugár keresztmetszetében.[2]
A precíz vezérlésnek és a gyors feldolgozásnak köszönhetően a lézer elegendő energiát képes lerakni akár 2 mm mély ponthegesztések létrehozásához szénacélokban 10 másodperc alatt, mindössze 2 kilowattos szálas lézerrel.[3] A sebesség, a sűrűség és a mélység ezen kombinációja a lézert valósághű opcióvá teszi a nagy mennyiségű alkatrészek ponthegesztéséhez.
Előnyök a szabványos ellenállásos ponthegesztéssel szemben
A lézeres ponthegesztés számos előnnyel büszkélkedhet, amelyek inkább optikai, mint elektromos eljárásból fakadnak:
- Nincs szükség elektródákra
A lézerek kiküszöbölik a költséges, kopásra hajlamos elektródákat, miközben lehetővé teszik az érintésmentes feldolgozást. Ez csökkenti a súrlódást és az elektróda bemélyedéseket is a kész alkatrészeken.[4]
- Nagyobb erősségű kötések
A lézerrel akár 30%-kal nagyobb szakítószilárdságú hegesztési varratokat készíthet, amelyek kevesebb mikrorepedést vagy porozitást okoznak, amelyek az ellenállásponthegesztésnél szokásosak.[5]
- Új anyagokkal működik
A lézerek sikeresen képesek spothegeszteni olyan egzotikus fémeket, mint a magnézium vagy az alumínium, amelyek elektromos vezetőképességet és anyagkonzisztenciát okoznak a szabványos ponthegesztésnél.[6]
- Továbbfejlesztett folyamatvezérlés/diagnosztika
A lézerek kiváló felügyeletet, vezérlést és minőségellenőrzést kínálnak. Az olyan paraméterek, mint a sugárzási szög, az impulzus időtartama vagy a fókuszpont pontosan hangolják a hegesztéseket.[7] Az olyan módszerek pedig, mint az infravörös termográfia, jobban megjelenítik a hőáramlást valós időben.[8]
Így a lézerek határozott előnyökkel járnak, akár kiegészítik, akár helyettesítik a szabványos ponthegesztési műveleteket hosszú távon. De ezeknek az előnyöknek a megvalósítása néhány fennmaradó korlát kezelésétől függ.
Fennmaradó korlátok lézeres ponthegesztéssel
Bár ígéretesnek tűnik, a lézeres ponthegesztési technológia továbbra is akadályokkal néz szembe:
- Költség
A lézerek magasabb berendezésköltsége visszatarthatja az aktív gyártósorokon történő változtatások elfogadását. A rövid távú ROI továbbra is kihívást jelent.[9]
- Sebesség
A szabványos ponthegesztés rendkívül nagy áteresztőképességet ér el, amely eddig a lézeres módszerekhez nem hasonlítható. A lézerek jelenleg nagyjából 20%-kal alacsonyabb arányban működnek – bár a folyamatos javulás folytatódik.[10]
- Diagnosztikai egyensúlyhiány
Míg maga a lézeres monitorozás kiváló, a minőség-ellenőrzésre szolgáló, több évtizedes ellenállás-ponthegesztési metrológia jól megalapozott. Az egyenértékű szabványok, előírások és vizsgálati eljárások a lézeres módszerek fejlesztésének korábbi szakaszában maradnak.[9]
A fejlett diagnosztikának tehát a sebesség és a sugárformálás fejlesztése mellett ki kell terjednie a szabványos folyamatok nagyobb léptékű megismétlésére. A hosszabb távú műszaki lehetőségek azonban továbbra is előnyben részesítik a lézerrel azonos vagy gyorsabb ciklusidőt.
A lézeres ponthegesztés kilátásai
A hegesztési minőségben, a rugalmasságban és a diagnosztikában megnyilvánuló kulcsfontosságú előnyök révén a lézeres ponthegesztés elterjedése bővülni fog – különösen ott, ahol az új anyagigények változást idéznek elő. Egy elemzés szerint az autóipar több mint 50%-os növekedést fog elérni a lézeres hegesztőberendezések értékesítésében 2020 és 2025 között, ahogy a könnyebb fémfelhasználás növekszik.[11]
Az akkumulátorok gyártása szintén hatalmas fellendülést eredményez a rézfülek és -fóliák lézeres ponthegesztésében, ahol elektromos érintkezési problémák merülnek fel. Tehát bár a korábbi gyártási integrációval kapcsolatos korlátok továbbra is fennállnak, a lézeres ponthegesztés technikai lendülete támogatja a tartósabb, nagy volumenű behatolást hosszú távon a minőség és a termelékenység növelése érdekében.
A Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. egy csúcstechnológiás vállalkozás, amely automata lézeres burkológépek, nagy sebességű lézeres burkológépek, lézeres kioltógépek, lézerhegesztőgépek és lézeres 3D nyomtató berendezések K+F-re, gyártására és értékesítésére szakosodott. Termékeink költséghatékonyak, és belföldön és külföldön is értékesíthetők. Ha felkeltette érdeklődését termékeink, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot a telefonszámonbob@gshenglaser.com.
Referenciák:
[1] Ready, JF Lézerek ipari alkalmazásai. Akadémiai sajtó. 2003 ápr. 25. p. 468
[2] Ion JC. Mérnöki anyagok lézeres feldolgozása: alapelvek, eljárás és ipari alkalmazás. Butterworth-Heinemann. 2005. január 1. p 34-35
[3] Quintino L, Costa A, Miranda R, et al. Hegesztés nagy teljesítményű szálas lézerekkel - Előzetes tanulmány. Mater Des. 2007;28(4):1231-1237.
[4] Casalino G. A lézeres hegesztés visszacsatolásos szabályozásának tanulmányozása kvantitatív infravörös termográfiával: kölcsönhatási idő és nulladrendű módszer a hegesztési behatolás szabályozására; lézerhegesztési medence által kibocsátott infravörös sugárzás analitikai modellezése. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016;36:69-77.
[5] Norman P, Karlsson L, Kaplan AFH. A lézeres ponthegesztések fáradási teljesítménye és meghibásodási módja. Mérnöki hibák elemzése. 2013. március 1., 28:345-57.
[6] Chen G, Liu L, Dunne D és mtsai. Magnéziumötvözet AZ31 lemez lézeres hegesztése. J Mater Process Technol. 2005. május 30., 166(1):30-6.
[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. Hibamentes Al-acél eltérő lézerhegesztési varrat beszerzésének módja. Optika és lézer technológia. 2015. február 1.; 66:21-6.
[8] Hu L, Gao C, Liu J et al. A lézeres plazma valós idejű diagnosztikája a lézerhegesztés minőségének precíz nyomon követéséhez. J Mater Process Technol. 2015. október 1., 224:233-40.
[9] Norman P, Karlsson L, Kaplan AF. Áttekintés: Réz lézersugaras hegesztése alumíniumra, áttekintés. Anyagtranzakciók. 2013. július 1., 54(7):878-87.
[10] Peng Y, Chen D, Pan Z és mtsai. Szelektív lézerolvasztással előállított különböző Al–Cu komponensek mikrostruktúrái és teljesítményértékelése. Optika és lézer technológia. 2020. február 1.;123:105991.
[11] Lézeres hegesztőberendezések piaca – Növekedés, trendek, COVID-19 hatás és előrejelzések|Mordor Intelligence [Internet]. Mordor Intelligencia. 2021 [idézve 2023. január 19.]. Elérhető: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market