Hitsauskokoonpano
1. Kokoonpanoväli ja -virhe
Kokoonpanon laatu on ratkaisevan tärkeää hitsauksen laadun varmistamiseksi. Liialliset kokoonpanoraot tai kohdistusvirheet voivat helposti aiheuttaa vikoja, kuten läpipalamista, huonoa hitsin muodostumista ja epätäydellistä tunkeumaa. Piena- ja päittäisliitosten kokoonpanoraon tulee olla mahdollisimman pieni. Taulukossa 8-2 luetellaan käsikäyttöisen laserhitsauksen rakoja ja kohdistusvirheitä koskevat vaatimukset.
Työkappaleen mittojen varmistamiseksi, muodonmuutoksen vähentämiseksi ja hitsattavan alueen virheasennon estämiseksi hitsauksen aikana tapahtuvan vääntömuodonmuutoksen vuoksi tarvitaan yleensä siltahitsausta ennen hitsausta. Kokoonpanohitsausprosessissa käytetään samaa prosessimenetelmää kuin muodollisessa hitsauksessa. Siltahitsauksen pituus on 20–30 mm, ja siltahitsauksen laatuvaatimukset (esim. tunkeutumissyvyys ja leveys) ovat alhaisemmat kuin muodollisessa hitsauksessa. Siltahitsauksessa käytetään yleensä nopeampaa liikenopeutta kuin muodollisessa hitsauksessa. Siltahitsauksen luotettavan liitoksen varmistamiseksi siltahitsauksen tulee olla tasainen, pitkä ja ohut, eikä se saa olla liian suuri, leveä tai korkea. Siltahitsaus vaatii myös riittävän suojauksen hapettumisen estämiseksi.
3. Kiinnikkeet ja puristimet
Laserhitsausta käytetään enimmäkseenohutlevyhitsausOhutlevyhitsauksessa hitsaus suoritetaan yleensä työkappaleen etupuolella, ja takapuolella on riittävä sulatus hyvin muodostuneen takahitsauksen aikaansaamiseksi. Parametrien valinnassa: alhainen lämmöntuonti voi aiheuttaa epätäydellisen sulamisen takapuolella; suuri lämmöntuonti, vaikka se varmistaakin täyden tunkeutumisen takapuolella, voi johtaa läpipalamiseen sulan metallin painovoiman tai työkappaleen paksuuteen nähden suhteettoman suuren sulamisleveyden vuoksi. Läpipalamisen estämiseksi, jos työkappale sallii kiinnityksen, tulisi käyttää kiinnittimiä työkappaleen kiinnittämiseen ohutlevyhitsauksen aikana – painamalla etupuolta ja asettamalla kuparinen tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu taustalevy takapuolelle. Tämä estää hitsauksen muodonmuutoksen aiheuttamat kokoonpanorakojen muutokset tai kohdistusvirheet ja välttää lämpöromahduksen. Kun työkappaleella on rakenteellisista syistä epätasainen lämmönhukka alueiden välillä, kiinnittimien käyttö lämmönhukka tasapainottamiseksi on myös tehokasta, ja tavoitteena on muodostaa hitsejä, joilla on yhdenmukaiset mitat sekä etu- että takapuolella.
Hitsausparametrien valinta
Yleisesti ottaen laserhitsausparametreihin kuuluvat laserin teho, laserpulssin leveys, epätarkkuuden määrä, hitsausnopeus ja suojakaasu.
1.Laserteho
Laserhitsauksessa on laserin tehotiheyden kynnysarvo. Tämän kynnyksen alapuolella tunkeutumissyvyys on pieni; kun se saavutetaan tai ylitetään, tunkeutumissyvyys kasvaa merkittävästi. Plasmaa syntyy vain, kun laserin tehotiheys työkappaleella ylittää kynnyksen, mikä osoittaa vakaata syvään tunkeutuvaa hitsausta. Kynnyksen alapuolella tapahtuu vain pinnan sulamista (vakaa lämmönjohtavuushitsaus). Avaimenreiän muodostumisen kriittisen tilan lähellä syvään tunkeutuva ja lämmönjohtavuushitsaus vuorottelevat, mikä johtaa epävakaaseen prosessiin, jossa tunkeutumissyvyydessä on suuria vaihteluita. Laserteho on yksi lasertyöstön kriittisimmistä parametreista ja keskeinen tekijä hitsauksen tunkeutumissyvyydessä. Kiinteällä fokusoidulla pisteen halkaisijalla laserin tehotiheys on verrannollinen laserin tehoon: suurempi teho lisää tunkeutumissyvyyttä ja hitsausnopeutta. Liiallinen teho aiheuttaa kuitenkin sulan altaan vakavaa ylikuumenemista, lisää hitsausleveyttä ja lämpövaikutusvyöhykettä (HAZ) ja johtaa lisääntyneeseen roiskeeseen, joka voi saastuttaa hitsauslinssin. Suurella teholla pintakerros voidaan lämmittää kiehumispisteeseen ja höyrystyä merkittävästi mikrosekunneissa, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalinpoistoprosesseihin, kuten poraukseen, leikkaamiseen ja kaiverrukseen. Pienemmällä teholla pinnan kiehumispisteen saavuttaminen kestää millisekunteja, ja alla oleva kerros sulaa ennen pinnan höyrystymistä, mikä helpottaa hyvää sulahitsausta.
2.Laserpulssin leveys
Laserpulssin leveys eli ”pulssinleveys” on keskeinen parametri pulssilaserhitsauksessa. Se määräytyy tunkeutumissyvyyden ja HAZ:n mukaan: pidemmät pulssinleveydet lisäävät HAZ:ia ja tunkeutumissyvyys kasvaa pulssinleveyden neliöjuuren myötä. Pidemmät pulssinleveydet kuitenkin pienentävät huipputehoa, joten niitä käytetään yleensä lämmönjohtavuushitsaukseen leveiden, matalien hitsien muodostamiseen – mikä sopii erityisesti ohuiden ja paksujen levyjen limiliitoksiin. Alhainen huipputeho aiheuttaa kuitenkin liiallista lämmöntuontia, ja jokaisella materiaalilla on optimaalinen pulssinleveys maksimaalisen tunkeutumissyvyyden saavuttamiseksi.
3. Epätarkkuuden määrän valinta
Tarkennuspisteen sijainti on ratkaisevalasersulatushitsausKun tarkennuspiste on työkappaleen pinnan yläpuolella, tunkeutumissyvyys on pieni, mikä vaikeuttaa syvään tunkeutuvaa hitsausta. Kun tarkennuspiste on pinnan alapuolella, tehotiheys työkappaleen sisällä on suurempi kuin pinnalla, mikä edistää voimakkaampaa sulamista ja höyrystymistä, jolloin energia pääsee siirtymään syvemmälle työkappaleeseen ja tunkeutumissyvyyttä kasvaa. Tarkennuksen epätarkkuutta on kaksi: positiivinen epätarkkuus (tarkennustaso työkappaleen yläpuolella) ja negatiivinen epätarkkuus (tarkennustaso työkappaleen alapuolella). Käytännössä paksuille levyille, jotka vaativat suurta tunkeutumissyvyyttä, käytetään negatiivista epätarkkuutta, jossa laserin tarkennuspiste on tyypillisesti 1–2 mm työkappaleen pinnan alapuolella. Ohuille levyille suositellaan positiivista epätarkkuutta, jossa tarkennuspiste on 1–1,5 mm pinnan yläpuolella.
4. Hitsausnopeus
Kun muut parametrit pysyvät kiinteinä, tunkeutumissyvyys pienenee hitsausnopeuden kasvaessa, mutta samalla hyötysuhde paranee. Liian suuret nopeudet eivät täytä tunkeutumisvaatimuksia; liian pienet nopeudet aiheuttavat ylisulamista, leveitä hitsejä, HAZ:n ylikuumenemista ja lisääntynyttä kuumahalkeilualttiutta.pulssilaserhitsausNopeuden määräävät myös suurin pulssitaajuus ja vaadittu pisteiden päällekkäisyys – jokaisen seuraavan pulssipisteen on oltava jossain määrin päällekkäinen. Näin ollen tietyllä laserteholla ja materiaalin paksuudella on optimaalinen nopeusalue, jonka sisällä saavutetaan suurin tunkeutumissyvyys tietyllä nopeudella.
5. Suojakaasu
Inerttejä kaasuja käytetään usein suojaamaan sulaa allasta laserhitsauksen aikana. Vaikka jotkin materiaalit eivät välttämättä vaadi suojausta pinnan hapettumista vastaan, useimmat sovellukset tarvitsevat. Perinteisesti alumiiniseosten laserhitsauksessa käytetään Ar:ia, N₂:ta ja He:tä hapettumisen estämiseksi. Teoriassa He on kevyin ja sillä on korkein ionisaatioenergia, mutta pienellä teholla ja suurilla nopeuksilla plasma on heikkoa, mikä minimoi kaasujen väliset erot. Tutkimukset osoittavat, että samoissa olosuhteissa N₂ indusoi helpommin avaimenreikien muodostumista eksotermisten reaktioiden vuoksi Al:n kanssa; tuloksena olevilla Al-NO-kolmikomponenttiyhdisteillä on suurempi laserabsorptio. Puhdas N₂ muodostaa kuitenkin hauraita Al-N-faaseja ja huokosia hitsauksiin. Kevyinä inertit kaasut poistuvat muodostamatta huokosia, mikä tekee sekoitetuista kaasuista tehokkaampia. Viime aikoina tutkimus Al-laserhitsauksesta Ar-O₂- ja N₂-O₂-seoksilla on lisääntynyt.
6. Materiaalin imeytyminen
Laserenergian materiaalin absorptio riippuu ominaisuuksista, kuten absorptiokyvystä, heijastavuudesta, lämmönjohtavuudesta, sulamislämpötilasta ja haihtumislämpötilasta, joista absorptiokyky on kriittisin. Absorptiokykyyn vaikuttavia tekijöitä ovat:
Sähköresistiivisyys: Kiillotetuilla pinnoilla absorptiokyky on verrannollinen resistiivisyyden neliöjuureen, joka vaihtelee lämpötilan mukaan.
Pinnan kunto: Vaikuttaa merkittävästi imukykyyn ja siten hitsaustuloksiin.
Käyttövinkkejä ja tabuja kädessä pidettävään kuitulaserhitsaukseen
1. Vältä valokaaren säteilyä
Kädessä pidettävät kuitulaserhitsauslaitteetKäytä luokan 4 kuitulasereita, jotka lähettävät (1080±3) nm:n säteilyä ja joiden lähtöteho ylittää 1000 W (mallista riippuen). Suora tai epäsuora altistuminen voi vahingoittaa silmiä tai ihoa. Vaikka säde on näkymätön, se voi aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita verkkokalvolle tai sarveiskalvolle. Käytä aina sertifioituja lasersuojalaseja laserin käytön aikana. Älä koskaan katso suoraan lähtöpäähän laserin ollessa päällä, edes suojalasien kanssa.
2. Hitsausparametrien asettaminen
Aseta kosketusnäytöltä matala laserteho (kuten kuvassa 8-2 on esitetty). Aseta hitsauspään kuparinen suutin työkappaletta vasten ja paina polttimen kytkintä lähettääksesi lasersädettä hitsausta varten. Tyypilliset parametrit: lasertaajuus 5000 Hz, galvanometrin nopeus 300–600, kaasun viive >100 ms, 100 %:n käyttösuhde jatkuvalle säteilylle. Säädä hitsausleveyttä kokoonpanovälejen mukaan; tehoa voi säätää välillä 0–1000 W (0–100 % maksimista). Kun olet syöttänyt parametrit, napsauta "OK" ja tallenna asetukset, jotta ne tulevat voimaan.
4. Älä lisää hitsausnopeutta liikaa
Hitsit muodostetaan siirtämällä laserlähdettä (katso kuva 8-3). Syvyys ja leveys riippuvat nopeudesta ja tehosta, tyypilliset nopeudet ovat 1–3 m/min, mikä tuottaa sileitä, suomuttomia pintoja, joiden sivusuhde on <1. Kiinteällä virralla ja jännitteellä nopeuden muuttaminen vaikuttaa suoraan lämmöntuontiin, muuttaen tunkeumaa ja leveyttä. Liian suuret nopeudet aiheuttavat riittämätöntä lämmitystä, mikä johtaa tunkeuman pienenemiseen, kapeaan leveyteen, alihitsaukseen, huokosiin ja epätäydelliseen tunkeumaan.
Mekaaninen puhdistus: Poista oksidit ruostumattomasta teräksestä valmistetuilla harjoilla tai paineilmapyörillä, kunnes saavutetaan kirkkaan valkoinen pinta. Hitsaa heti kiillotuksen jälkeen; kiillota uudelleen, jos hitsaus viivästyy yli 36 tuntia.
Kemiallinen puhdistus: Poista oksidit kemiallisilla reaktioilla (menetelmät vaihtelevat materiaalin mukaan). Taulukossa 8-3 luetellaan alumiiniseosten kemialliset puhdistusmenetelmät. Poista öljy/pöly orgaanisilla liuottimilla (bensiini, isopropyylialkoholi) liottamalla, pyyhkimällä ja kuivaamalla.
5. Minimoi huokoisuus
Vetyhuokoset ovat yleisiä alumiiniseosten laserhitsauksessa. Vähennä niitä poistamalla pintakosteutta, öljyä ja oksideja. Sulan altaan jäähdytysajan pidentäminen (lisäämällä pulssinleveyttä) auttaa kaasujen poistumista, koska laserhitsauksen nopea lämpösykli rajoittaa kaasun vapautumista. Vältä fokus- tai negatiivisia epäfokusasentoja, joissa voimakkaat sulan altaan reaktiot ja seoksen höyrystyminen lisäävät huokoisuutta; käytä pehmeämpää energiaa säädetyn epäfokusoinnin avulla höyrystymisen vähentämiseksi.
6. Kiinnitä huomiota polttimen pitoasentoon
Kädessä pidettävät laserpolttimet (katso kuva 8-4) ovat painavampia kuin TIG-polttimet ja niissä on paksut kaapelit, mikä aiheuttaa käyttäjän väsymistä. Pitkäaikaisessa hitsauksessa pidä poltinta molemmilla käsillä, pidä suutin kosketuksissa työkappaleeseen, kohdista hitsi visuaalisesti ja vedä poltinta tasaisesti itseäsi kohti. Säädä asentoa hitsausasennon mukaan väsymyksen ja liitosten määrän minimoimiseksi.
7. Estä laserin aiheuttamat vammat
Väärä käyttö voi aiheuttaa onnettomuuksia. Noudata näitä sääntöjä:
Älä koskaan tuijota laserin lähtöpäätä käytön aikana.
Älä käytäkuitulaserithämärässä/pimeässä ympäristössä.
Älä koskaan suuntaa poltinta ihmisiin laitteen ollessa käynnissä.
Käytä metallisia esteitä 3 metrin säteellä hitsausalueesta.
Rajoita hitsausalueelle pääsy vain käyttäjille.
Käytä suojavarusteita (sertifioituja suojalaseja, maskia, käsineitä). Älä koskaan tuijota laserin lähtöpäätä, kun laser on päällä, edes suojalasit kädessä.
Käsittele poltinta ja kaapelia varovasti (vähimmäistaivutussäde >200 mm).
Poista lasersäteilynäppäin käytöstä, kun sitä ei käytetä.
Varmista suuttimen laatu tehokkaan kaasusuojauksen takaamiseksi:
Sileät sisäseinät, samankeskiset laserin kanssa.
Vaihda vääntyneet suuttimet viipymättä, jotta polttimen liike pysyy vakaana.
Suuttimen aukon koko (katso kuva 8-6) vaikuttaa hitsauksen laatuun: suuremmat aukot lisäävät kaasun virtausta, mikä nopeuttaa jähmettymistä ja lisää huokoisuus-/halkeiluriskiä.
8. Vältä suuria nopeuksia halkeamille herkkien seosten kanssa
Kädessä pidettävä laserhitsauskäyttää autogeenisia, langattomia, värähteleviä galvanometripolttimia. Suuret nopeudet vähentävät tunkeumaa, kaventavat hitsaussaumoja, aiheuttavat alihitsausta ja häiritsevät suojakaasun suojaa, mikä heikentää suojausta. Käytä alhaisempia nopeuksia halkeamaherkille seoksille.
9. Varmista nivelten laatu
Lämpötilaerot ja langaton hitsaus voivat aiheuttaa läpipaloa, kraattereita tai kraatterihalkeamia. Hitsaa jatkuvasti pysähdysten minimoimiseksi. Jos pysähdykset ovat väistämättömiä (esim. asennonmuutokset, segmentoitu hitsaus), hidasta hieman (10 mm) ennen pysähdyksiä kraatterien estämiseksi. Aloita hitsaus 20 mm edellisen kraatterin jälkeen päällekkäisyyden ja laadun varmistamiseksi.
10. Noudata polttimen asianmukaista liikettä
Vedä poltinta itseäsi kohti (kaukaa lähelle) ilman sivuttaisvärähtelyä. Pidä yllä tasaista nopeutta ja tarkkaile samalla tasaista hitsausliikettä. Pystysuuntaisessa hitsauksessa käytä alaspäin suuntautuvaa liikettä (ei ylöspäin) nopean jähmettymisen hyödyntämiseksi ja tasaisen liikkeen varmistamiseksi.
11. Vältä limihitsausten alihitsausta, pieniä pyöristyksiä ja romahdusta
Limityshitsauksissa laserin tulokulmaa on säädettävä siten, että galvanometri peittää 2/3 pystysuorasta levystä (katso kuva 8-7). Tämä sulattaa pystysuoran levyn (täyteaineena) ja 1/3 pohjalevystä lämmönjohtumisen kautta, jolloin jäähtymisen jälkeen muodostuu riittävän kokoinen hitsi. Huonolaatuiset limityshitsaukset heikentävät liitoksen lujuutta, vähentävät halkeamien kestävyyttä tai aiheuttavat rakenteellisia vikoja – vältä alihitsausta.
12. Vähennä heijastavuutta alumiiniseoshitsauksessa
Alumiini heijastaa 60–98 % laserenergiasta. Heijastavuus laskee jyrkästi sulamispisteessä ja vakiintuu sulassa tilassa. Absorptiokyky pienenee tulokulman kasvaessa; maksimaalinen absorptio tapahtuu normaalissa tulokulmassa (säädä linssin suojausta). Vähennä heijastavuutta poistamalla oksideja mekaanisella/kemiallisella puhdistuksella.
13. Suojakaasun asianmukainen käyttö
Suojakaasu vaikuttaa hitsin muodostumiseen, tunkeumaan ja leveyteen. Useimmat kaasut parantavat laatua, mutta niillä voi olla haittoja:
Ar: Matala ionisaatioenergia, korkea plasmanmuodostus (vähentää laserin tehokkuutta), mutta inertti, edullinen ja tiheä – peittää tehokkaasti sulan altaan (ihanteellinen yleiskäyttöön).
N₂: Kohtalainen ionisaatioenergia (pelkistää plasmaa paremmin kuin Ar), mutta reagoi alumiinin/hiiliteräksen kanssa muodostaen hauraita nitridejä, mikä heikentää sitkeyttä (ei suositella näille materiaaleille). Sopii ruostumattomalle teräkselle, jossa nitridit lisäävät lujuutta.
14. Suojakaasun virtausnopeus
Kaasua ruiskutetaan suuttimen läpi tietyllä paineella. Suuttimen hydrodynaaminen rakenne ja ulostulon halkaisija ovat ratkaisevan tärkeitä: riittävän suuri peittämään hitsin, mutta rajoitettu turbulentin virtauksen estämiseksi (joka vetää sisään ilmaa ja aiheuttaa huokoisuutta). Käsikäyttöisessä laserhitsauksessa tyypillinen virtausnopeus on 7 l/min. Liiallinen virtaus sekoittaa epäpuhtauksia sulaan altaaseen, mikä vaarantaa kaasun puhtauden – valitse oikea virtausnopeus.
15. Lasertarkennuksen asento
Tarkennusasento: Pienin piste, suurin energia – käytäpistehitsaustai matalaenergiset, minimaaliset täpläkokovaatimukset (katso kuva 8-8).
Negatiivinen epätarkkuus: Suurempi piste (kasvaa etäisyyden kasvaessa tarkennuksesta) – sopii syvälle tunkeutuvaan jatkuvaan hitsaukseen ja syväpistehitsaukseen.
Positiivinen epätarkkuus: Suurempi piste (kasvaa etäisyyden myötä tarkennuspisteestä) – sopii pinnan tiivistämiseen tai jatkuvaan hitsaukseen pienellä tunkeutumisnopeudella.
Täyden tunkeutumishitsauksen tarkistus: Lievä värinmuutos takana osoittaa hyvää laatua; selkeät jäljet/tunkeuma aiheuttavat roiskeita tai syviä uria jatkuvassa hitsauksessa. Säädä tarkennusta, energiaa ja aaltomuotoa näytteiden perusteella. Käytä pienempiä kohtia ohuemmille materiaaleille läpipalamisen välttämiseksi.
Julkaisun aika: 21. elokuuta 2025
