Sveisemontering
1. Monteringsgap og feiljustering
Monteringskvaliteten er avgjørende for å sikre sveisekvaliteten. For store monteringsgap eller feiljustering kan lett forårsake defekter som gjennombrenning, dårlig sveiseformasjon og ufullstendig penetrasjon. Monteringsgapet for kile- og støtskjøter bør være så lite som mulig. Tabell 8-2 viser kravene til åpninger og feiljustering ved håndholdt laserautogen sveising.
For å sikre arbeidsstykkets dimensjoner, redusere deformasjon og forhindre feiljustering av området som skal sveises på grunn av torsjonsdeformasjon under sveising, kreves det vanligvis heftsveising før sveising. Samme prosessmetode som formell sveising brukes til monteringsheftsveising. Lengden på heftsveiser er 20–30 mm, og kvalitetskravene for heftsveiser (f.eks. penetrasjonsdybde og bredde) er lavere enn for formell sveising. En raskere bevegelseshastighet brukes vanligvis til heftsveising enn for formell sveising. For å sikre pålitelig forbindelse av heftsveiser, bør heftsveisene være flate, lange og tynne, og de bør ikke være for store, brede eller høye. Heftsveiser krever også tilstrekkelig beskyttelse for å unngå oksidasjon.
3. Beslag og klemmer
Lasersveising brukes mest tiltynnplatesveisingVed tynnplatesveising utføres sveising vanligvis på forsiden av arbeidsstykket, med tilstrekkelig smelting på baksiden til å oppnå en velformet baksveis. For parametervalg: lav varmetilførsel kan forårsake ufullstendig smelting på baksiden; høy varmetilførsel, samtidig som full penetrasjon på baksiden sikres, kan føre til gjennombrenning på grunn av tyngdekraften til smeltet metall eller uforholdsmessig smeltebredde i forhold til arbeidsstykkets tykkelse. For å forhindre gjennombrenning, hvis arbeidsstykket tillater fastklemming, bør det brukes fiksturer til å klemme arbeidsstykket under tynnplatesveising – presse forsiden og plassere en kobber- eller rustfritt stålplate på baksiden. Dette forhindrer endringer i monteringsgap eller feiljustering forårsaket av sveisedeformasjon og unngår termisk kollaps. Når arbeidsstykket har ujevn varmespredning på tvers av områder på grunn av strukturelle årsaker, er det også effektivt å bruke fiksturer for å balansere varmespredning, med sikte på å danne sveiser med ensartede dimensjoner på både for- og baksiden.
Valg av sveiseparametere
Generelt inkluderer lasersveiseparametere lasereffekt, laserpulsbredde, defokuseringsmengde, sveisehastighet og dekkgass.
1. Laserkraft
Det finnes en terskelverdi for lasereffekttetthet i lasersveising. Under denne terskelen er penetrasjonsdybden grunn; når den er nådd eller overskredet, øker penetrasjonsdybden betydelig. Plasma genereres bare når lasereffekttettheten på arbeidsstykket overstiger terskelen, noe som indikerer stabil dyp penetrasjonssveising. Under terskelen skjer bare overflatesmelting (stabil varmeledningssveising). Nær den kritiske tilstanden for nøkkelhullsdannelse veksler dyp penetrasjon og varmeledningssveising, noe som resulterer i en ustabil prosess med store svingninger i penetrasjonsdybden. Lasereffekt er en av de mest kritiske parameterne i laserprosessering og en nøkkelfaktor for sveisepenetrasjonsdybden. For en fast fokusert punktdiameter er lasereffekttettheten proporsjonal med lasereffekten: høyere effekt øker penetrasjonsdybden og sveisehastigheten. Imidlertid forårsaker for høy effekt alvorlig overoppheting av smeltebadet, øker sveisebredden og den varmepåvirkede sonen (HAZ), og fører til mer sprut, noe som kan forurense sveiselinsen. Med høy effekt kan overflatelaget varmes opp til kokepunktet og fordampe betydelig i løpet av mikrosekunder, noe som gjør det ideelt for materialfjerningsprosesser som boring, skjæring og gravering. Med lavere effekt bruker overflaten millisekunder på å nå kokepunktet, og det underliggende laget smelter før overflaten fordamper, noe som letter god smeltesveising.
2. Laserpulsbredde
Laserpulsbredde, eller «pulsbredde», er en nøkkelparameter i pulsert lasersveising. Den bestemmes av penetrasjonsdybde og HAZ: lengre pulsbredder øker HAZ, og penetrasjonsdybden øker med kvadratroten av pulsbredden. Lengre pulsbredder reduserer imidlertid toppeffekten, så de brukes vanligvis til varmeledningssveising, og danner brede, grunne sveiser – spesielt egnet for overlappskjøter av tynne og tykke plater. Lav toppeffekt forårsaker imidlertid overdreven varmetilførsel, og hvert materiale har en optimal pulsbredde for maksimal penetrasjonsdybde.
3. Valg av defokusmengde
Plasseringen av det fokuserte punktet er kritisk ilaserfusjonssveisingNår fokuset er over arbeidsstykkets overflate, er penetrasjonsdybden liten, noe som gjør dyp penetrasjonssveising vanskelig. Når fokuset er under overflaten, er effekttettheten inne i arbeidsstykket høyere enn på overflaten, noe som fremmer sterkere smelting og fordampning, slik at energien kan overføres dypere inn i arbeidsstykket og penetrasjonsdybden øker. Det finnes to defokuseringsmoduser: positiv defokusering (fokusplan over arbeidsstykket) og negativ defokusering (fokusplan under arbeidsstykket). I praksis brukes negativ defokusering for tykke plater som krever stor penetrasjonsdybde, med laserfokuset vanligvis 1–2 mm under arbeidsstykkets overflate. For tynne plater foretrekkes positiv defokusering, med fokuset 1–1,5 mm over overflaten.
4. Sveisehastighet
Med andre parametere faste, reduseres inntrengningsdybden etter hvert som sveisehastigheten øker, mens effektiviteten forbedres. For høye hastigheter oppfyller ikke inntrengningskravene; for lave hastigheter forårsaker oversmelting, brede sveiser, overoppheting av HAZ og økt tendens til varmsprekk.pulserende lasersveising, hastigheten bestemmes også av den maksimale pulsfrekvensen og den nødvendige punktoverlappingen – hver påfølgende pulspunkt må overlappe til en viss grad. Dermed finnes det et optimalt hastighetsområde for en gitt lasereffekt og materialtykkelse, innenfor hvilket maksimal penetrasjonsdybde oppnås ved en spesifikk hastighet.
5. Beskyttelsesgass
Inerte gasser brukes ofte til å beskytte smeltebadet under lasersveising. Selv om noen materialer kanskje ikke krever beskyttelse mot overflateoksidasjon, gjør de fleste bruksområder det. Tradisjonelt brukes Ar, N₂ og He til lasersveising av aluminiumslegeringer for å forhindre oksidasjon. Teoretisk sett er He den letteste med den høyeste ioniseringsenergien, men ved lav effekt og høye hastigheter er plasmaet svakt, noe som minimerer forskjellene mellom gassene. Studier viser at under de samme forholdene induserer N₂ lettere nøkkelhullsdannelse på grunn av eksoterme reaksjoner med Al; de resulterende Al-NO ternære forbindelsene har høyere laserabsorpsjon. Imidlertid danner ren N₂ sprø Al-N-faser og porer i sveiser. Inerte gasser, som er lette, slipper ut uten å forårsake porer, noe som gjør blandede gasser mer effektive. Nylig har forskningen på Al-lasersveising ved bruk av Ar-O₂ og N₂-O₂-blandinger økt.
6. Materialabsorpsjon
Materialabsorpsjon av laserenergi avhenger av egenskaper som absorpsjonsevne, refleksjonsevne, varmeledningsevne, smeltetemperatur og fordampningstemperatur, hvor absorpsjonsevne er den mest kritiske. Faktorer som påvirker absorpsjonsevnen inkluderer:
Elektrisk resistivitet: For polerte overflater er absorpsjonsevnen proporsjonal med kvadratroten av resistiviteten, som varierer med temperaturen.
Overflatetilstand: Påvirker absorpsjonsevnen og dermed sveiseresultatene betydelig.
Brukstips og tabuer for håndholdt fiberlasersveising
1. Unngå lysbuestråling
Håndholdte fiberlasersveisereBruk fiberlasere i klasse 4 som sender ut (1080 ± 3) nm stråling med en utgangseffekt på over 1000 W (avhengig av modell). Direkte eller indirekte eksponering kan skade øyne eller hud. Selv om strålen er usynlig, kan den forårsake irreversibel skade på netthinnen eller hornhinnen. Bruk alltid sertifiserte laserbeskyttelsesbriller når laseren er i bruk. Se aldri direkte på utgangshodet mens laseren er slått på, selv ikke med beskyttelsesbriller.
2. Innstilling av sveiseparametere
Still inn lav lasereffekt på berøringsskjermen (som vist i figur 8-2). Plasser sveisehodets kobberdyse mot arbeidsstykket og trykk på brennerbryteren for å sende ut laser for sveising. Typiske parametere: laserfrekvens 5000 Hz, galvanometerhastighet 300–600, gassforsinkelse > 100 ms, 100 % driftssyklus for kontinuerlig emisjon. Juster sveisebredden basert på monteringsavstanden; effekten er justerbar fra 0–1000 W (0–100 % av maksimum). Etter at du har angitt parametere, klikker du på «OK» og lagrer for at innstillingene skal tre i kraft.
4. Ikke øk sveisehastigheten for mye
Sveisesveiser dannes ved å bevege laserkilden (se figur 8-3). Dybde og bredde avhenger av hastighet og effekt, med typiske hastigheter på 1–3 m/min, noe som gir glatte, skallfrie overflater med et sideforhold <1. For fast strøm og spenning påvirker endring av hastighet direkte varmetilførselen, og endrer penetrasjon og bredde. For høye hastigheter forårsaker utilstrekkelig oppvarming, noe som fører til redusert penetrasjon, smal bredde, underskjæring, porer og ufullstendig penetrasjon.
Mekanisk rengjøring: Bruk børster i rustfritt stål eller pneumatiske hjul for å fjerne oksider til en skinnende hvit overflate oppnås. Sveis umiddelbart etter polering; poler på nytt hvis sveisingen er forsinket >36 timer.
Kjemisk rengjøring: Fjern oksider ved hjelp av kjemiske reaksjoner (metodene varierer etter materiale). Tabell 8-3 viser kjemiske rengjøringsmetoder for aluminiumslegeringer. Fjern olje/støv med organiske løsemidler (bensin, isopropylalkohol) ved å bløtlegge, tørke og tørke.
5. Minimer porøsitet
Hydrogenporer er vanlige i lasersveising av aluminiumslegeringer. Reduser dem ved å fjerne overflatefuktighet, olje og oksider. Å forlenge kjøletiden for smeltebadet (ved å øke pulsbredden) hjelper gasser med å slippe ut, ettersom lasersveisingens raske termiske syklus begrenser gassfrigjøring. Unngå fokus- eller negativ defokusposisjoner, der intense smeltebadreaksjoner og legeringsfordampning øker porøsiteten; bruk mykere energi via justert defokus for å redusere fordampning.
6. Vær oppmerksom på hvordan du holder fakkelen
Håndholdte laserbrennere (se figur 8-4) er tyngre enn TIG-brennere og har tykke kabler, noe som forårsaker tretthet hos operatøren. Ved langvarig sveising, hold brenneren med begge hender, hold dysen i kontakt med arbeidsstykket, juster sveisen visuelt og trekk brenneren jevnt mot deg selv. Juster holdningen basert på sveiseposisjon for å minimere tretthet og antall skjøter.
7. Forhindre laserskader
Feil bruk kan forårsake ulykker. Følg disse reglene:
Aldri se på laserhodet under bruk.
Ikke brukfiberlaserei dunkle/mørke omgivelser.
Rett aldri lommelykten mot personer når apparatet er aktivt.
Bruk metallbarrierer innenfor 3 meter fra sveiseområdet.
Begrens tilgangen til sveisesonen kun til operatører.
Bruk verneutstyr (sertifiserte vernebriller, masker, hansker). Stir aldri på utgangshodet mens laseren er slått på, selv med vernebriller.
Håndter brenneren og kabelen forsiktig (minimum bøyeradius >200 mm).
Deaktiver laserutstrålingstasten når den ikke er i bruk.
Sørg for dysekvalitet for effektiv gassbeskyttelse:
Glatte innervegger, konsentriske med laseren.
Skift ut deformerte dyser omgående for å opprettholde jevn brennerbevegelse.
Størrelsen på dyseåpningen (se figur 8-6) påvirker sveisekvaliteten: større åpninger øker gasstrømmen, noe som akselererer størkningen og øker risikoen for porøsitet/sprekkdannelse.
8. Unngå høye hastigheter for sprekkfølsomme legeringer
Håndholdt lasersveisingbruker autogene, trådfrie, oscillerende galvanometerbrennere. Høye hastigheter reduserer inntrengning, smalner av sveiser, forårsaker underskjæring og forstyrrer dekkgassdekningen, noe som forverrer beskyttelsen. Bruk lavere hastigheter for sprekkfølsomme legeringer.
9. Sørg for skjøtkvalitet
Temperaturforskjeller og trådløs sveising kan forårsake gjennombrenning, kratere eller kratersprekker. Sveis kontinuerlig for å minimere stopp. Hvis stopp er uunngåelige (f.eks. posisjonsendringer, segmentert sveising), senk sveisehastigheten litt (10 mm) før du stopper for å unngå kratere. Start på nytt 20 mm bak det forrige krateret for overlapping og kvalitet.
10. Følg riktig brennerbevegelse
Trekk brenneren mot deg selv (fra fjernt til nært) uten sidelengs oscillasjon. Oppretthold jevn hastighet mens du overvåker jevn sveisedannelse. For vertikal sveising, bruk nedovergående bevegelse (ikke oppover) for å utnytte rask størkning og sikre jevn bevegelse.
11. Unngå underskjæring, små avrundinger og kollaps i overlappsveiser
For overlappsveiser, juster laserens innfallsvinkel slik at galvanometeret dekker 2/3 av den vertikale platen (se figur 8-7). Dette smelter den vertikale platen (som fyllstoff) og 1/3 av basisplaten via varmeledning, og danner en tilstrekkelig stor sveis etter avkjøling. Dårlige overlappsveiser svekker skjøtens styrke, reduserer sprekkmotstanden eller forårsaker strukturell svikt – unngå underskjæring.
12. Reduser refleksjonsevnen i sveising av aluminiumslegering
Aluminium reflekterer 60–98 % av laserenergien. Refleksjonsevnen synker kraftig ved smeltepunktet og stabiliserer seg når den er smeltet. Absorpsjonsevnen avtar med økende innfallsvinkel; maksimal absorpsjon skjer ved normal innfallsvinkel (juster for linsebeskyttelse). Reduser refleksjonsevnen ved å fjerne oksider via mekanisk/kjemisk rengjøring.
13. Riktig bruk av skjermgass
Beskyttelsesgass påvirker sveiseformasjon, penetrasjon og bredde. De fleste gasser forbedrer kvaliteten, men kan ha ulemper:
Ar: Lav ioniseringsenergi, høy plasmadannelse (reduserer lasereffektivitet), men inert, rimelig og tett – dekker effektivt smeltebadet (ideell for generell bruk).
N₂: Moderat ioniseringsenergi (reduserer plasma bedre enn Ar), men reagerer med aluminium/karbonstål og danner sprø nitrider, noe som reduserer seigheten (anbefales ikke for disse materialene). Egnet for rustfritt stål, der nitrider øker styrken.
14. Strømningshastighet for skjermgass
Gass sprutes ut gjennom dysen ved et bestemt trykk. Dysens hydrodynamiske design og utløpsdiameter er kritiske: store nok til å dekke sveisen, men begrenset for å forhindre turbulent strømning (som trekker inn luft og forårsaker porøsitet). For håndholdt lasersveising er den typiske strømningshastigheten 7 l/min. For høy strømning rører forurensninger inn i smeltebadet, noe som går ut over gassens renhet – velg riktig strømningshastighet.
15. Laserfokusposisjon
Fokusposisjon: Minste punkt, høyest energi – bruk forpunktsveisingeller lavenergi, minimale krav til punktstørrelse (se figur 8-8).
Negativ defokusering: Større punkt (øker med avstanden fra fokus) – egnet for kontinuerlig sveising med dyp penetrasjon og dyp punktsveising.
Positiv defokus: Større punkt (øker med avstand fra fokus) – egnet for overflateforsegling eller kontinuerlig sveising med lav penetrasjon.
Kontroll for full penetrasjonssveising: En liten fargeendring på baksiden indikerer god kvalitet; tydelige merker/penetrasjon forårsaker sprut eller dype spor i kontinuerlig sveising. Juster fokus, energi og bølgeform basert på prøvene. Bruk mindre punkter for tynnere materialer for å unngå gjennombrenning.
Publisert: 21. august 2025
