Bodové svařovánípoužití laserů je možné a nabízí několik potenciálních výhod oproti konvenčnímu bodovému svařování elektrickým proudem. Otázkou však zůstává – mohou se laserové techniky skutečně vyrovnat nebo překonat vysokorychlostní, velkoobjemovou výrobu tradičních metod bodového svařování používaných pro karoserie automobilů, baterie a další velké kovové sestavy? Pojďme se podívat na technologii, výhody a omezení, pokud jde o bodové laserové svařování.
Jak funguje laserové bodové svařování
Stejně jako standardní odporové bodové svařování, laserové bodové svařování soustředí intenzitu tepla na malou přesnou oblast, aby se spojily plechy během pouhých zlomků sekundy. Ale namísto použití elektrického proudu přes hroty elektrod lasery koncentrují velké množství optické energie k rychlému roztavení a spojení kovů.[1]
Velikosti bodů menší než 2 milimetry umožňují přesný přenos energie s vysokou hustotou do vrstvených ocelových plechů. To vytvoří svarový nuget, který během milisekund spojí kovové vrstvy v průřezu laserového paprsku.[2]
Díky přesnému řízení a rychlému zpracování může laser uložit dostatek energie k vytvoření bodových svarů až do hloubky 2 mm v uhlíkových ocelích za méně než 10 sekund s použitím pouhých 2 kilowattových vláknových laserů.[3] Díky této kombinaci rychlosti, hustoty a hloubky je laser realistickou volbou pro bodové svařování velkoobjemových součástí.
Výhody oproti standardnímu odporovému bodovému svařování
Laserové bodové svařování se může pochlubit několika výhodami, které vyplývají z toho, že jde spíše o optický než elektrický proces:
- Nejsou potřeba žádné elektrody
Lasery eliminují nákladné elektrody náchylné k opotřebení a zároveň umožňují bezkontaktní zpracování. To také snižuje tření a otisky elektrod na hotových dílech.[4]
- Vazby s vyšší pevností
Laser vytváří svary až o 30 % vyšší pevnost v tahu, které vykazují menší problémy s mikropraskáním nebo porézností, které jsou běžné u odporového bodového svařování.[5]
- Pracuje s novými materiály
Lasery mohou úspěšně bodově svařovat exotické kovy, jako je hořčík nebo hliník, které představují problémy s elektrickou vodivostí a konzistencí materiálu pro standardní bodové svařování.[6]
- Vylepšené řízení/diagnostika procesů
Lasery nabízejí vynikající monitorování, kontrolu a potvrzení kvality. Parametry jako úhly paprsku, trvání pulzu nebo bod zaostření přesně vyladí svary.[7] A metody jako infračervená termografie lépe vizualizují tepelný tok v reálném čase.[8]
Lasery tedy představují výrazné výhody, ať již dlouhodobě rozšiřují nebo nahrazují standardní operace bodového svařování. Ale realizace těchto výhod závisí na vyřešení některých zbývajících omezení.
Zbývající omezení s laserovým bodovým svařováním
I když je technologie laserového bodového svařování slibná, stále naráží na překážky:
- Náklady
Vyšší náklady na vybavení laserů mohou odrazovat od přijetí změn na aktivních výrobních linkách. Krátkodobá návratnost investic zůstává výzvou.[9]
- Rychlost
Standardní bodové svařování dosahuje extrémně vysoké propustnosti, která se dosud laserovým metodám nevyrovnala. Lasery v současnosti pracují zhruba o 20 % nižšími rychlostmi – i když neustálé zlepšování pokračuje.[10]
- Diagnostická nerovnováha
Zatímco samotné laserové monitorování je vynikající, metrologie odporového bodového svařování pro kontrolu kvality je dobře zavedená. Ekvivalentní normy, specifikace a zkušební postupy zůstávají pro laserové metody v dřívějších fázích vývoje.[9]
Pokročilá diagnostika se tedy musí rozšířit spolu se zlepšením rychlosti a tvarování paprsku, aby bylo možné lépe replikovat standardní procesy ve velkém měřítku. Dlouhodobější technický potenciál však stále upřednostňuje dosahování laseru na stejné nebo rychlejší rychlosti cyklu.
Výhled pro laserové bodové svařování
S klíčovými výhodami v kvalitě svaru, flexibilitě a diagnostice se rozšíření laserového bodového svařování rozšíří – zejména tam, kde se mění požadavky na nové materiály. Jedna analýza ukazuje, že automobilový sektor bude v letech 2020 až 2025 řídit více než 50% růst prodeje zařízení pro laserové svařování, protože se zvyšuje spotřeba lehčích kovů.[11]
A výroba baterií také podněcuje obrovský vzestup pro laserové bodové svařování měděných destiček a fólií, kde vznikají problémy s elektrickým kontaktem. Takže zatímco omezení týkající se starší integrace výroby přetrvávají, technická dynamika laserového bodového svařování podporuje dlouhodobě stabilnější pronikání velkých objemů, aby se zvýšila kvalita a produktivita.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej automatického laserového plátovacího stroje, vysokorychlostního laserového plátovacího stroje, laserového kalícího stroje, laserového svářecího stroje a laserového 3D tiskového zařízení. Naše produkty jsou nákladově efektivní a prodávají se doma i v zahraničí. Máte-li zájem o naše produkty, kontaktujte nás nabob@gshenglaser.com.
Reference:
[1] Ready, JF Průmyslové aplikace laserů. Akademický tisk. 25. dubna 2003 str. 468
[2] Ion JC. Laserové zpracování strojírenských materiálů: princip, postup a průmyslové využití. Butterworth-Heinemann. 1. ledna 2005. p 34-35
[3] Quintino L, Costa A, Miranda R, et al. Svařování vysokovýkonnými vláknovými lasery - Předběžná studie. Mater Des. 2007;28(4):1231-1237.
[4] Casalino G. Studium řízení zpětné vazby laserového svařování kvantitativní infračervenou termografií: Interakční čas a metoda nultého řádu pro řízení pronikání svaru; analytické modelování infračerveného záření emitovaného z laserové svarové lázně. Frattura ed Integrità Strutturale. 2016;36:69-77.
[5] Norman P, Karlsson L., Kaplan AFH. Únavový výkon a způsob selhání laserových bodových svarů. Analýza technických poruch. 28. března 2013:345-57.
[6] Chen G, Liu L, Dunne D, et al. Laserové svařování plechu z hořčíkové slitiny AZ31. J Mater Process Technol. 30. května 2005;166(1):30-6.
[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. Způsob, jak získat bezvadný laserový svar z Al-oceli. Optika a laserová technologie. 1. února 2015; 66:21-6.
[8] Hu L, Gao C, Liu J, et al. Diagnostika laserem ablatovaného plazmatu v reálném čase pro přesné sledování kvality laserového svařování. J Mater Process Technol. 1. října 2015 224:233-40.
[9] Norman P, Karlsson L, Kaplan AF. Recenze: laserové svařování mědi na hliník, recenze. Materiálové transakce. 1. července 2013; 54(7):878-87.
[10] Peng Y, Chen D, Pan Z a kol. Mikrostruktury a hodnocení výkonnosti nepodobných Al–Cu součástek vyrobených selektivním laserovým tavením. Optika a laserová technologie. 1. února 2020;123:105991.
[11] Trh zařízení pro laserové svařování – růst, trendy, dopad a prognózy COVID-19|Mordor Intelligence [Internet]. Mordorská inteligence. 2021 [citováno 19. ledna 2023]. Dostupné z: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market