Svetsmontering
1. Monteringsgap och feljustering
Monteringskvaliteten är avgörande för att säkerställa svetskvaliteten. För stora monteringsglipor eller feljustering kan lätt orsaka defekter som genombränning, dålig svetsbildning och ofullständig inträngning. Monteringsglipan för käl- och stumfogar bör vara så liten som möjligt. Tabell 8-2 listar kraven för glipor och feljustering vid handhållen lasersvetsning.
För att säkerställa arbetsstyckets dimensioner, minska deformation och förhindra feljustering av området som ska svetsas på grund av vridningsdeformation under svetsning krävs vanligtvis häftsvetsning före svetsning. Samma processmetod som formell svetsning används för monteringshäftsvetsning. Häftsvetsarnas längd är 20–30 mm, och kvalitetskraven för häftsvetsar (t.ex. inträngningsdjup och bredd) är lägre än de för formell svetsning. En snabbare förflyttningshastighet används vanligtvis för häftsvetsning än för formell svetsning. För att säkerställa tillförlitlig anslutning av häftsvetsar bör häftsvetsarna vara plana, långa och tunna, och de bör inte vara alltför stora, breda eller höga. Häftsvetsar kräver också tillräckligt skydd för att undvika oxidation.
3. Armaturer och klämmor
Lasersvetsning används mestadels förtunnplåtsvetsningVid tunnplåtssvetsning utförs svetsning vanligtvis på arbetsstyckets framsida, med tillräcklig smältning på baksidan för att uppnå en välformad baksvets. För parameterval: låg värmetillförsel kan orsaka ofullständig smältning på baksidan; hög värmetillförsel, samtidigt som full penetration på baksidan säkerställs, kan leda till genombränning på grund av den smälta metallens tyngdkraft eller oproportionerlig smältbredd i förhållande till arbetsstyckets tjocklek. För att förhindra genombränning, om arbetsstycket tillåter fastspänning, bör fixturer användas för att fastspänninga arbetsstycket under tunnplåtssvetsning – genom att trycka på framsidan och placera en bakplatta av koppar eller rostfritt stål på baksidan. Detta förhindrar förändringar i monteringsglipor eller feljustering orsakad av svetsdeformation och undviker termisk kollaps. När arbetsstycket har ojämn värmeavledning över områden på grund av strukturella skäl är det också effektivt att använda fixturer för att balansera värmeavledningen, med syftet att bilda svetsar med enhetliga dimensioner på både fram- och baksidan.
Val av svetsparametrar
I allmänhet inkluderar lasersvetsparametrar lasereffekt, laserpulsbredd, defokuseringsmängd, svetshastighet och skyddsgas.
1. Laserkraft
Det finns en tröskel för lasereffektdensiteten vid lasersvetsning. Under denna tröskel är penetrationsdjupet grunt; när det väl uppnåtts eller överskridits ökar penetrationsdjupet avsevärt. Plasma genereras endast när lasereffektdensiteten på arbetsstycket överstiger tröskeln, vilket indikerar stabil djuppenetrationssvetsning. Under tröskeln sker endast ytsmältning (stabil värmeledningssvetsning). Nära det kritiska tillståndet för nyckelhålsbildning växlar djuppenetration och värmeledningssvetsning, vilket resulterar i en instabil process med stora fluktuationer i penetrationsdjupet. Lasereffekt är en av de mest kritiska parametrarna vid laserbearbetning och en viktig faktor för svetspenetrationsdjupet. För en fast fokuserad punktdiameter är lasereffektdensiteten proportionell mot lasereffekten: högre effekt ökar penetrationsdjupet och svetshastigheten. För hög effekt orsakar dock allvarlig överhettning av smältbadet, ökar svetsbredden och den värmepåverkade zonen (HAZ) och leder till mer stänk, vilket kan förorena svetslinsen. Med hög effekt kan ytskiktet värmas upp till kokpunkten och förångas avsevärt inom mikrosekunder, vilket gör det idealiskt för materialborttagningsprocesser som borrning, skärning och gravyr. Med lägre effekt tar det millisekunder för ytan att nå kokpunkten, och det underliggande lagret smälter innan ytan förångas, vilket underlättar god smältsvetsning.
2. Laserpulsbredd
Laserpulsbredden, eller "pulsbredd", är en nyckelparameter vid pulsad lasersvetsning. Den bestäms av penetrationsdjupet och HAZ: längre pulsbredder ökar HAZ, och penetrationsdjupet ökar med kvadratroten ur pulsbredden. Längre pulsbredder minskar dock toppeffekten, så de används generellt för värmeledningssvetsning, där de bildar breda, grunda svetsar – särskilt lämpliga för överlappningsfogar av tunna och tjocka plattor. Låg toppeffekt orsakar dock överdriven värmetillförsel, och varje material har en optimal pulsbredd för maximalt penetrationsdjup.
3. Val av mängd oskärpa
Fokuspunktens position är avgörande förlaserfusionssvetsningNär fokus är ovanför arbetsstyckets yta är inträngningsdjupet litet, vilket gör djupsvetsning svår. När fokus är under ytan är effekttätheten inuti arbetsstycket högre än på ytan, vilket främjar starkare smältning och förångning, vilket gör att energi kan överföras djupare in i arbetsstycket och inträngningsdjupet ökar. Det finns två defokuseringslägen: positiv defokus (fokusplan ovanför arbetsstycket) och negativ defokus (fokusplan under arbetsstycket). I praktiken används negativ defokus för tjocka plattor som kräver stort inträngningsdjup, där laserfokus vanligtvis är 1–2 mm under arbetsstyckets yta. För tunna plattor föredras positiv defokus, med fokus 1–1,5 mm ovanför ytan.
4. Svetshastighet
Med andra parametrar fasta minskar inträngningsdjupet när svetshastigheten ökar, medan effektiviteten förbättras. Alltför höga hastigheter uppfyller inte inträngningskraven; alltför låga hastigheter orsakar översmältning, breda svetsar, överhettning av HAZ och ökad tendens till varmsprickbildning.pulserad lasersvetsningHastigheten bestäms också av den maximala pulsfrekvensen och den erforderliga punktöverlappningen – varje efterföljande pulspunkt måste överlappa varandra i viss utsträckning. Således finns det för en given lasereffekt och materialtjocklek ett optimalt hastighetsområde, inom vilket maximalt penetrationsdjup uppnås vid en specifik hastighet.
5. Skyddsgas
Inerta gaser används ofta för att skydda smältbadet vid lasersvetsning. Medan vissa material kanske inte kräver skydd mot ytoxidation, gör de flesta tillämpningar det. Traditionellt används Ar, N₂ och He för lasersvetsning av aluminiumlegeringar för att förhindra oxidation. Teoretiskt sett är He lättast med den högsta joniseringsenergin, men vid låg effekt och höga hastigheter är plasma svagt, vilket minimerar skillnaderna mellan gaserna. Studier visar att under samma förhållanden inducerar N₂ lättare nyckelhålsbildning på grund av exoterma reaktioner med Al; de resulterande Al-NO ternära föreningarna har högre laserabsorption. Ren N₂ bildar dock spröda Al-N-faser och porer i svetsar. Inerta gaser, som är lätta, slipper ut utan att orsaka porer, vilket gör blandade gaser mer effektiva. Nyligen har forskningen om Al-lasersvetsning med Ar-O₂- och N₂-O₂-blandningar ökat.
6. Materialabsorption
Materialets absorption av laserenergi beror på egenskaper som absorptionsförmåga, reflektionsförmåga, värmeledningsförmåga, smälttemperatur och avdunstningstemperatur, där absorptionsförmågan är den mest kritiska. Faktorer som påverkar absorptionsförmågan inkluderar:
Elektrisk resistivitet: För polerade ytor är absorptionsförmågan proportionell mot kvadratroten ur resistiviteten, som varierar med temperaturen.
Ytbeskaffenhet: Påverkar absorptionsförmågan och därmed svetsresultaten avsevärt.
Brukstips och tabun för handhållen fiberlasersvetsning
1. Undvik ljusbågsstrålning
Handhållna fiberlasersvetsareAnvänd fiberlasrar av klass 4 som avger (1080 ± 3) nm strålning med en uteffekt som överstiger 1000 W (beroende på modell). Direkt eller indirekt exponering kan skada ögon eller hud. Även om strålen är osynlig kan den orsaka irreversibla skador på näthinnan eller hornhinnan. Använd alltid certifierade laserskyddsglasögon när lasern är i drift. Titta aldrig direkt in i utgångshuvudet medan lasern är påslagen, inte ens med skyddsglasögon.
2. Inställning av svetsparametrar
Ställ in låg lasereffekt på pekskärmen (som visas i figur 8-2). Placera svetshuvudets kopparmunstycke mot arbetsstycket och tryck på brännarens omkopplare för att avge laser för svetsning. Typiska parametrar: laserfrekvens 5000 Hz, galvanometerhastighet 300–600, gasfördröjning > 100 ms, 100 % intermittenscykel för kontinuerlig emission. Justera svetsbredden baserat på monteringsavstånd; effekten är justerbar från 0–1000 W (0–100 % av maximum). Efter att du har angett parametrar, klicka på "OK" och spara för att inställningarna ska träda i kraft.
4. Öka inte svetshastigheten för mycket
Svetsar bildas genom att flytta laserkällan (se figur 8-3). Djup och bredd beror på hastighet och effekt, med typiska hastigheter på 1–3 m/min, vilket ger släta, glödsfria ytor med ett bildförhållande <1. För fast ström och spänning påverkar ändrad hastighet direkt värmetillförseln, vilket förändrar penetration och bredd. Alltför höga hastigheter orsakar otillräcklig uppvärmning, vilket leder till minskad penetration, smal bredd, underskärning, porer och ofullständig penetration.
Mekanisk rengöring: Använd rostfria borstar eller pneumatiska hjul för att avlägsna oxider tills en blankvit yta uppnås. Svetsa omedelbart efter polering; polera om om svetsningen är försenad >36 timmar.
Kemisk rengöring: Avlägsna oxider med hjälp av kemiska reaktioner (metoderna varierar beroende på material). Tabell 8-3 listar kemiska rengöringsmetoder för aluminiumlegeringar. Avlägsna olja/damm med organiska lösningsmedel (bensin, isopropylalkohol) genom blötläggning, avtorkning och torkning.
5. Minimera porositet
Väteporer är vanliga vid lasersvetsning av aluminiumlegeringar. Minska dem genom att avlägsna ytfukt, olja och oxider. Att förlänga kyltiden för smältbadet (genom att öka pulsbredden) hjälper gaser att läcka ut, eftersom lasersvetsningens snabba termiska cykel begränsar gasfrisättningen. Undvik fokus eller negativ defokuspositioner, där intensiva smältbadreaktioner och legeringsförångning ökar porositeten; använd mjukare energi via justerad defokus för att minska förångningen.
6. Var uppmärksam på hur du håller facklan
Handhållna laserbrännare (se figur 8-4) är tyngre än TIG-brännare och har tjocka kablar, vilket orsakar trötthet hos operatören. Vid långvarig svetsning, håll brännaren med båda händerna, håll munstycket i kontakt med arbetsstycket, justera svetsen visuellt och dra brännaren stadigt mot dig själv. Justera hållningen baserat på svetspositionen för att minimera trötthet och skarvantal.
7. Förebygg laserskador
Felaktig användning kan orsaka olyckor. Följ dessa regler:
Stirra aldrig in i laserhuvudet under drift.
Använd intefiberlasrari dunkla/mörka miljöer.
Rikta aldrig ficklampan mot människor när enheten är aktiv.
Använd metallbarriärer inom 3 m från svetsområdet.
Begränsa åtkomsten till svetszonen endast till operatörer.
Använd skyddsutrustning (certifierade skyddsglasögon, masker, handskar). Stirra aldrig in i laserhuvudet medan lasern är påslagen, inte ens med skyddsglasögon.
Hantera brännaren och kabeln försiktigt (minsta böjningsradie >200 mm).
Inaktivera laserutsläppsknappen när den inte används.
Säkerställ munstyckets kvalitet för effektivt gasskydd:
Släta innerväggar, koncentriska med lasern.
Byt ut deformerade munstycken omedelbart för att bibehålla en stadig brännarrörelse.
Munstycksöppningens storlek (se figur 8-6) påverkar svetskvaliteten: större öppningar ökar gasflödet, vilket accelererar stelningen och ökar risken för porositet/sprickbildning.
8. Undvik höga hastigheter för sprickkänsliga legeringar
Handhållen lasersvetsninganvänder autogena, trådfria, oscillerande galvanometerbrännare. Höga hastigheter minskar inträngning, smalnar av svetsar, orsakar underskärning och stör skyddsgasens täckning, vilket försämrar skyddet. Använd lägre hastigheter för sprickkänsliga legeringar.
9. Säkerställ fogkvalitet
Temperaturskillnader och trådfri svetsning kan orsaka genombränning, kratrar eller kratersprickor. Svetsa kontinuerligt för att minimera stopp; om stopp är oundvikliga (t.ex. positionsändringar, segmenterad svetsning), sakta ner något (10 mm) innan du stoppar för att förhindra kratrar. Börja om 20 mm bakom den föregående kratren för överlappning och kvalitet.
10. Följ korrekt brännarrörelse
Dra brännaren mot dig själv (från långt håll till nära) utan sidosvängningar. Bibehåll en jämn hastighet medan du övervakar en jämn svetsbildning. För vertikal svetsning, använd en nedåtgående rörelse (inte uppåt) för att utnyttja snabb stelning och säkerställa en jämn rörelse.
11. Undvik underskärning, små filéer och kollaps i överlappande svetsar
För överlappsvetsar, justera laserns infallsvinkel så att galvanometern täcker 2/3 av den vertikala plattan (se figur 8-7). Detta smälter den vertikala plattan (som fyllnadsmaterial) och 1/3 av basplattan via värmeledning, vilket bildar en tillräckligt stor svets efter kylning. Dåliga överlappsvetsar försvagar fogstyrkan, minskar sprickmotståndet eller orsakar strukturella fel – undvik underskärning.
12. Minska reflektiviteten vid svetsning av aluminiumlegeringar
Aluminium reflekterar 60–98 % av laserns energi. Reflektionsförmågan minskar kraftigt vid smältpunkten och stabiliseras när den smälter. Absorptionsförmågan minskar med ökande infallsvinkel; maximal absorption sker vid normal infallsvinkel (justera för linsskydd). Minska reflektionsförmågan genom att avlägsna oxider via mekanisk/kemisk rengöring.
13. Korrekt användning av skyddsgas
Skyddsgas påverkar svetsbildning, penetration och bredd. De flesta gaser förbättrar kvaliteten men kan ha nackdelar:
Ar: Låg joniseringsenergi, hög plasmabildning (vilket minskar lasereffektiviteten) men inert, billig och tät – täcker effektivt den smälta poolen (idealisk för allmänt bruk).
N₂: Måttlig joniseringsenergi (reducerar plasma bättre än Ar), men reagerar med aluminium/kolstål för att bilda spröda nitrider, vilket minskar segheten (rekommenderas inte för dessa material). Lämplig för rostfritt stål, där nitrider ökar hållfastheten.
14. Skyddsgasflödeshastighet
Gas sprutas ut genom munstycket vid ett specifikt tryck. Munstyckets hydrodynamiska design och utloppsdiameter är avgörande: tillräckligt stora för att täcka svetsen, men begränsade för att förhindra turbulent flöde (som drar in luft och orsakar porositet). För handhållen lasersvetsning är det typiska flödet 7 l/min. För högt flöde rör om föroreningar i smältbadet, vilket äventyrar gasens renhet – välj rätt flödeshastighet.
15. Laserfokusposition
Fokusposition: Minsta punkt, högsta energi – använd förpunktsvetsningeller lågenergikrav på minimal punktstorlek (se figur 8-8).
Negativ defokusering: Större punkt (ökar med avståndet från fokus) – lämplig för djup penetrationssvetsning med kontinuerlig svetsning och djup punktsvetsning.
Positiv defokusering: Större fläck (ökar med avståndet från fokus) – lämplig för ytförsegling eller kontinuerlig svetsning med låg penetration.
Kontroll för full penetrationssvetsning: En liten färgförändring på baksidan indikerar god kvalitet; tydliga märken/penetration orsakar stänk eller djupa spår vid kontinuerlig svetsning. Justera fokus, energi och vågform baserat på proverna. Använd mindre punkter för tunnare material för att undvika genombränning.
Publiceringstid: 21 augusti 2025
