A lézeres leválasztásos hegesztés összetett folyamat, amely sok előkészítést igényel a lézer bekapcsolása előtt.
Íme néhány kulcsfontosságú lépés a folyamatban.
1. lépés – Felület előkészítés
A fémtuskó és tuskó védőfelületi bevonattal rendelkezik. Ezek a bevonatok általában rozsda, fémbevonat vagy oxidok (alumínium esetén) megelőzésére használt olajok.
El kell távolítania a fémről a nem kívánt vegyületeket és szennyeződéseket, és érdesíteni kell a felületet – egy durvább felület jobb fémtapadást eredményez a hegesztés során. A felületen található apró dudorok és üregek kiváló rögzítési pontokat biztosítanak a megolvadt töltőfém tapadásához.
2. lépés – Fém töltőanyag szállítása
A töltőfém, általában finom fémpor, egy légfúvókából inert gázzal (nitrogénnel vagy argonnal) áramlik. Az inert gázok megakadályozzák az oxidációt, elfújják a nem kívánt felületi szennyeződéseket, valamint tisztán és salakmentesen tartják a hegesztési varratokat.
A finom és konzisztens fémporok előállítása költséges folyamat. A fémpor létrehozása általában több erőfeszítést igényel, mint maga a lézeres leválasztásos hegesztés.
Ezért sok lézeres leválasztó gép vékony fémhuzalokat használ helyette. A huzal adagolható manuálisan vagy automatikusan a lézerfej közelében található motoron és görgős rendszeren keresztül.
Figyelembe kell venni, hogy hegesztéskor a töltőfém azonos lehet a munkadarabbal, míg a felületi bevonat eltérő lehet.
3. lépés – Helyi lézerfűtés
A precíz CNC rendszer nagy teljesítményű lézersugarat irányít a kívánt helyre. A lézer kevesebb mint egy másodperc alatt megolvasztja a munkadarab felületét és a bejövő töltőanyagot.
A lézersugár meghatározott mennyiségű energiát visz be a munkadarabba, és az energialerakódási területet a lézerforrás wattja és a folt átmérője szabályozza. A lézerpont átmérője a lézer és a munkadarab érintkezési pontjának mérete.
A nagyobb foltméret azt jelenti, hogy az energia jobban szétterül, és annál tovább tart a felület megolvadása. A kisebb foltátmérő azt jelenti, hogy az összes lézerenergia egy apró foltra koncentrálódik, csökkentve az olvadási időt.
A kisebb pontméret nagyobb pontosságot és gyorsabb hegesztési időt jelent. Minimálisra csökkenti az anyag deformációját is, mivel a hő egy ponton koncentrálódik, és nem sugároz ki felesleges hőt a környező környezetbe.
4. lépés – Rétegezés és többszörös menet
A lézeres fémleválasztás (LMD) nem korlátozódik a hegesztésre, gyakran használják az alkatrészek alapból történő előállítására is. A kezdeti lézeráthaladás után a lézerfej egy újabb körön megy keresztül, és egy új anyagréteget helyez az első réteg tetejére. Ismételje meg ezt a folyamatot, amíg el nem éri a kívánt magasságot.
Az additív gyártás során a rétegeket addig folytatják, amíg a teljes alkatrész meg nem épül. Ezzel szemben a hegesztéshez csak egy vagy két réteg szükséges.
A rétegvastagság és a rétegek száma segít szabályozni a lerakódott fém mennyiségét.
5. lépés – Hűtés és megszilárdítás
Mivel a hő lokalizált, a hegesztett terület is viszonylag gyorsan lehűl, szinte azonnal azután, hogy a lézer elhagyja a helyet.
Az LMD folyamat során az energiát közvetlenül a munkadarab egy kis pontjára helyezik le. A kisebb érintkezési pontok azt jelentik, hogy az energiát hatékonyabban használják fel, így a lézer gyorsabban tud mozogni.
A gyorsabb lézer kevesebb teljes energiát és hőt jelent a munkadarabban. A kevesebb hő lerakódása gyorsabb hűtést jelent. A gyors hűtés további mellékhatása a jobb mikrostruktúra.
7 A lézeres lerakódásos hegesztés előnyei
A lézeres fémleválasztás (LMD) az additív gyártástechnológiával kapcsolatos sokéves kutatás felhalmozódása. A lézeres fémleválasztás minden aspektusát egyetlen cél szem előtt tartásával tervezték: a hagyományos eljárások javítását.
Íme néhány a legnagyobb előnyök közül, amelyeket a lézeres leválasztásos hegesztés a modern gyártási folyamatok számára jelent.
1. Gyorsabb hegesztési idő
A nagy teljesítményű lézer gyorsan megolvasztja a munkadarabot, a CNC vezérlő pedig gyorsan mozgatja a lézerfejet egyik pontból a másikba, ami hihetetlenül gyors hegesztési időt eredményez.
Az automatikus asztali adagolás lehetővé teszi a folyamatos hegesztést, megállás nélkül a folyamat során. A számítógép által vezérelt hegesztés minimálisra csökkenti a hibákat is, így több időt takarít meg a gyártási területen.
A különféle folyamatok lézeres fémleválasztási paramétereinek kezelése és optimalizálása javítja a hegesztési hatékonyságot és csökkenti a gyártási időt.
2. Nagyobb pontosság és kontroll
Szinte minden lézeres fémleválasztó gép automatizált és számítógéppel vezérelt, kivéve néhány kézi modellt. A nagy pontosság és a vezérlés bonyolultabb, nagyobb sebességű hegesztéseket tesz lehetővé.
Kevés tapasztalt hegesztő tud felmutatni az automatizált lézerhegesztőgépek pontosságát és precizitását.
3. Jobb minőségű hegesztési varratok
A töltőanyag finom porszemcséi hatékonyabban töltik ki a hézagokat, ami erősebb hegesztést eredményez. Mivel mindent előre megmérnek és számítógéppel vezérelnek, a lerakódott fém mennyisége pontosan annyi, amennyire szükség van, vagyis az olvadt medence egyenletes marad a folyamat során.
Ezenkívül belső fúvókákat használnak a salakképződés és a fémoxidáció megakadályozására, valamint az elpárolgott fém apró töredékeinek elfújására.
4. A hőforrás nulla torzítása
A hagyományos hegesztési eljárások nagy mennyiségű nem kívánt hőt juttatnak az alapanyagba. Kis mennyiségű hő kerül a forrasztási kötésbe, a maradék pedig beszivárog a környező környezetbe, ami a fém deformálódását (vetemedését) okozza.
A lézeres fémleválasztás egy rendkívül precíz eljárás, amelyben a lézersugár a munkadarabnak csak egy kis részét olvasztja meg, semmi többet. Az eljárás annyira hatékony, hogy gyakran használják teljes felületű hegesztésekhez, mert nem kell aggódni az anyagtorzulás miatt.
A felületi hegesztés az a folyamat, amikor egy anyagot egy másik anyaggal (vagy anyagokkal) vonnak be a felületi minőség és a kopásállóság javítása érdekében.
5. Szélesebb anyagkompatibilitás
A hegesztés nehezebbé válik, ha jobb minőségű és ritkább anyagokra tér át. A hagyományos eljárás alkalmas olyan általános anyagokhoz, mint a vas, réz, rozsdamentes acél, sőt alumíniumötvözetek is. Vannak azonban speciális esetek, amikor kemény fémeket, például volfrámot, illékony fémeket, például magnéziumot, és lágy fémeket, például aranyat kell kezelni.
A lézeres fémleválasztás sokféle fémet, ötvözetet és még néhány kerámiát is támogat. Az LMD segítségével a következő anyagokat hegesztheti.
Nikkel ötvözet
Volfrámkarbid
magnéziumötvözet
öntöttvas
Alumínium ötvözet
Kobalt alapú ötvözet
Titán ötvözet
réz
Acél
stb.
6. Csökkentse az anyagpazarlást
A lézeres hegesztés minimálisra csökkenti az anyagpazarlást. A fémport szabályozott előtolási sebességgel adagolják a munkadarabba, hogy elkerüljék a túl/alul lerakódást. A hagyományos hegesztéssel ellentétben, amely töltőrudat használ, a lézeres leválasztásos hegesztés folyamatos huzal- és porszemcséket használ.
Csak a szükséges mennyiségű töltőanyagot használja, a többit pedig tartsa fenn a következő hegesztésre.
7. Csökkentse az utófeldolgozási munkát
Mivel a lézeres fémleválasztás tisztább hegesztési varratokat eredményez, gyakran nincs szükség semmilyen utófeldolgozásra. Nincs szükség a munkadarab drótkefére, a felesleges tócsák lecsiszolására vagy a hegesztés közbeni deformációk kiegyenesítésére.
Az utófeldolgozás csökkentése sok időt takaríthat meg a gyártási területen, és jelentősen növelheti a termelékenységet.