Spawanie laserowe – zalety, wady, wyzwania, dobór dostawcy i parametrów procesu
teamtechnikSpawanie laserowe to rodzaj techniki łączenia dwóch elementów poprzez stopienie ze sobą obszaru styku promieniami lasera. Technologia ta sama w sobie nie jest nowa, jednak tym, co bardzo mocno rozwinęło się w ostatnich latach, jest precyzja, z jaką kierowana i skupiana jest wiązka lasera. Pozwala to na wykorzystanie tej techniki do spawania różnych rodzajów materiałów.
Spawanie laserowe znajduje dość powszechne zastosowanie w spawaniu elektroniki, konektorów, metali, takich jak miedź lub nietypowych połączeń, jak np. aluminium do aluminium.
Innym obszarem, w którym stosuje się proces spawania laserowego, są baterie dla przemysłu elektromobilności – dzięki zastosowaniu głowic, które mają możliwość monitorowania w czasie rzeczywistym jakości wykonywanego spawu. We wcześniejszych rozwiązaniach sprawdzenie jakości spawu było możliwe dopiero po skończonym procesie. Weryfikowano co którąś część, którą trzeba było zniszczyć, aby dokonać oceny spoiny.
Przy dzisiejszych rozwiązaniach informację zwrotną otrzymujemy natychmiast w postaci prostego komunikatu (OK, NOK), a na podstawie wyniku możemy też określić powód złej jakości spawu. Czy jest to zły docisk, zabrudzenie materiału bądź zmniejszona moc lasera. Rozwiązanie to jest idealne w branżach, w których wymogi dotyczące jakości produktu są bardzo wysokie lub o produkcji wielkoseryjnej, gdzie eliminuje się w ten sposób problem np. wyrzucenia części partii produktu z powodu niesprecyzowanego błędu.
Jakie wyzwania niesie ze sobą spawanie laserowe?
Jednym z podstawowych wyzwań w procesie spawania laserowego jest powtarzalność parametrów otoczenia procesu. Istotny jest zarówno powtarzalny produkt, jak i powtarzalny docisk między elementami spawanymi, zapewniający możliwie jak najmniejszą szczelinę. Niestety powstawanie szczeliny zdarza się dość często, a wynika to głównie z designu produktu i jego tolerancji. Dlatego staramy się przekazywać nasze doświadczenie projektantom produktu. Bardzo istotnym elementem jest również materiał i powtarzalność jego składu, z którego wykonany jest produkt. W przypadku jego nawet najdrobniejszych zmian konieczna może okazać się ponowna parametryzacja ustawień procesu.
Kolejnym wyzwaniem, jakie często występuje w procesie spawania, jest iskrzenie. Jest ono bardzo intensywne, np. podczas spawania miedzi. W celu jego zmniejszenia kluczowymi elementami są zarówno odpowiedni dobór parametrów samego procesu, jak i jakości wiązki, która dociera do elementów spawanych, a także przedmuch, który zapobiega uszkodzeniu szkiełka ochronnego.
Doświadczenie teamtechnika w procesie spawania
Firma teamtechnik proces spawania laserowego zastosowała już w kilku projektach. Do spawania konektorów miedzianych zastosowana została głowica skanująca o obszarze roboczym 20x20 mm2. Wykonywanie spawów trwało poniżej 250 ms w zależności od głębokości i ich wielkości.
Jednym z wyzwań, z jakim firma się spotkała na jednym z projektów, była niewielka zmiana składu jednego materiału. Spowodowało to wystąpienie bardzo dużego iskrzenia i konieczna okazała się ponowna parametryzacja ustawień lasera, takich jak moc i jego modulacja. Aby dojść do przyczyny zaistniałej sytuacji, zrobiono badania metalurgiczne. Okazało się, że zmiany składu były poniżej 0,5%. I choć wydawało się, że taka zmiana nie powinna mieć wielkiego znaczenia, dla lasera była jednak kluczowa.
Nadmierne iskrzenie powodowało zabrudzanie szkiełka ochronnego, a w konsekwencji osłabienie wiązki lasera docierającej do miejsca spawu. Na obecnym projekcie nie jest dokładnie wiadomo, w którym momencie ten problem się rozpoczyna i również klient ma z tym problem. Są wprawdzie dostępne systemy, które pozwalają na ocenę, czy szkiełko ochronne zostało zabrudzone, czy nie, ale dopiero niedawno rozpoczęto ich wdrażanie w przemyśle. Jedno z takich rozwiązań ma zostać wdrożone w niedalekiej przyszłości.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Najpewniejszym sposobem jest głowica z pomiarem on-line. Jest ona w stanie od razu wykryć, że nie pełna moc lasera trafia do punktu spawu. Ale także zanieczyszczenia, czy zbyt dużą szczelinę między spawanymi elementami.
Jak wygląda wybór dostawcy lasera i jak dobiera się parametry procesu?
Przed rozpoczęciem projektu, wykonuje się testy spawania u wybranego dostawcy spawania laserowego. To wyspecjalizowani inżynierowie dostawcy dobierają parametry procesu w jego laboratorium, jednak później odpowiedzialność za proces przenoszona jest na integratora. Integrator musi więc umieć zmieniać te parametry, wiedzieć, co może być problemem lub co może go powodować, aby go wyeliminować.
W laboratorium jakość spawu ocenia się wykonując zgłady. Polega to na przecięciu spoiny i ocenie wizualnej. Jest to też konieczne, nawet jeżeli posiada się głowice kontrolujące proces spawania w czasie rzeczywistym. Limity kontrolne ustala się na podstawie wyników oceny jakościowej zgładów. Tak naprawdę zgład jest więc jedynym, normowanym sposobem oceny spawu.
Zalety spawania laserowego:
- bardzo dobra jakość spawu,
- wysokowydajny proces,
- wysoka precyzja,
- bardzo mały wpływ termiczny na elementy znajdujące się wokół spawu,
- łatwość automatyzacji, robotyzacji,
- możliwość spawania cienkich materiałów,
- możliwość nadania dowolnego kształtu spawu, a co więcej – powierzchnia spawana nie musi być płaska.
- możliwość spawania np. na półokręgu elementów, które w miejscu spawu będą do siebie przylegać,
- wysoka trwałość,
- możliwość spawania materiałów trudnospawalnych,
- czystość procesu i łatwość w utrzymaniu.
Wady spawania laserowego:
- początkowe dość duże koszty inwestycji,
- konieczność zachowania wysokich standardów bezpieczeństwa,
- duży wpływ nawet bardzo drobnej zmiany składu materiałów spawanych na końcową jakośćspawu i ilość iskrzenia,
- duży wpływ zabrudzeń na jakość spoin.
Duża powtarzalność, wydajność, wysoka jakość i prędkość działania sprawiają, że spawanie laserowe staje się coraz powszechniejsze, czyniąc spawanie bardziej opłacalne. Dodatkowo możliwość monitorowania procesu w czasie rzeczywistym pozwala zapewnić odpowiednią jakość każdego połączenia. W Teamtechnik oferujemy naszym partnerom pomoc w odpowiednim dobraniu systemu, projekt, montaż, wdrożenie, utrzymanie i pomoc w serwisie całych linii do spawania laserowego. Dzięki profesjonalnemu ustawieniu parametrów głowicy i źródła lasera, odpowiedniemu dociskowi i pozycji, kalibracji układu pomiarowego oraz przeprowadzeniu testów jakościowych jesteśmy w stanie zaoferować kompleksowe zintegrowanie całej linii. Dzięki temu nasi klienci uzyskują bezpieczny i powtarzalny proces spawania laserowego.
Maciej Zaborowski, Welding Technology Specialist w firmie teamtechnik
Źródło: teamtechnik Production Technology
