En guide till lasersvetsning – Allt du behöver veta

Lasersvetsning är en avancerad och modern metod för att sammanfoga material som används inom många branscher. Tack vare sin precision, hastighet och höga kvalitet på svetsfogar anses den vara en av de mest effektiva svetsmetoderna. I denna artikel får du lära dig vad lasersvetsning är, hur det fungerar och vilka fördelar det har, samt vilka tillämpningar som gör denna teknik oersättlig i modern produktion.

Vad är lasersvetsning?

Lasersvetsning innebär att använda en koncentrerad laserstråle för att smälta och sammanfoga material. Denna process är extremt precis eftersom laserstrålen kan riktas exakt till fogpunkten. Laserstrålens energi smälter kanterna på materialen, som efter stelning skapar en hållbar och estetisk svetsfog.

En av de mest intressanta aspekterna av lasersvetsning är dess förmåga att skapa svetsfogar med exceptionellt liten bredd, från 0,2 till 13 mm. Dessutom, tack vare den extremt höga energitätheten, minimerar denna process värmepåverkan på andra områden av materialet. Resultatet är inte bara ökad precision utan också minskad deformation av de svetsade elementen.
Denna teknik fungerar perfekt både i makro- och mikroskala - från att sammanfoga element i tung- och fordonsindustrin, till perfekta och mest estetiska svetsfogar i möbelindustrin.

Typer av lasersvetsning

Det finns många lasersvetsningsmetoder som skiljer sig åt i tillämpning och egenskaper. Här är en översikt över de viktigaste:

Värmeledningssvetsning

Denna metod innebär att värma materialet till dess smälttemperatur utan att nå förångningstemperaturen. Energi levereras till materialets yta och sprids sedan genom termisk ledningsförmåga till dess inre. Denna process möjliggör skapandet av en svetspöl utan djup penetration. Det är en idealisk lösning för svetsning av tunna material, såsom stål- och aluminiumplåtar upp till 1,5 mm tjocklek. Gaslasrar, såsom CO₂, och faststatslasrar (t.ex. Nd:YAG) används ofta i denna teknik eftersom de minimerar materialdeformation och säkerställer hög precision.

Djuppenetrationssvetsning

I denna metod tränger laserenergin djupt in i materialet, överstiger smält- och förångningstemperaturen. En karakteristisk ånga-plasmakanal bildas, vilket möjliggör svetsfogar med ett högt djup-till-bredd-förhållande (upp till 10:1). Denna teknik är särskilt användbar vid svetsning av tjocka stålelement och metallegeringar. Högeffektlasrar, såsom fiberlasrar, används i processen, vilka är effektiva även med material med hög reflektionskoefficient, såsom aluminium.

Hybridsvetsning

Hybrid lasersvetsning kombinerar laserteknik med andra metoder, såsom bågsvetsning (MIG/MAG). Laserstrålen skapar en ångkanal, och en ytterligare energikälla tillhandahåller fyllnadsmaterialet. Denna metod kännetecknas av hög svetshastighet, förmågan att sammanfoga oprecist anpassade element och minskad deformation. Den används i stor utsträckning inom varvs-, fordons- och byggbranschen.

Lasermikrosvetsning

Detta är en process utformad för svetsning av mycket små element med exceptionell precision. Pulsade lasrar (t.ex. Nd:YAG) används, vilket gör det möjligt att minimera värmepåverkan på intilliggande områden av materialet. Mikrosvetsning används inom elektronik, smyckestillverkning och medicin, där precision är avgörande.

Här är det värt att tillägga om pulssvetsning, vilket är en teknik som används i MIG/MAG-metoder, som innebär cyklisk ökning och minskning av svetsströmmens intensitet. Detta möjliggör exakt kontroll av mängden värme som introduceras i materialet, vilket är särskilt fördelaktigt vid svetsning av tunna plåtar och material som är känsliga för termisk deformation.

Lasersammanfogning av termoplaster

Lasersvetsning används också för plaster. Laserenergin absorberas av materialet, vilket får det att smälta lokalt och skapa en permanent anslutning. Denna teknik används bland annat vid tillverkning av medicinska och elektroniska komponenter.

De viktigaste egenskaperna hos lasersvetsning

Lasersvetsningsprocessen erbjuder många fördelar som gör den till en av de mest avancerade och effektiva teknikerna i branschen. Genom att justera parametrar som laserljuspulsenergi, laserstrålens fokusposition eller skyddsgasflödeshastighet kan processen anpassas till olika material och produktionskrav.

Här är de viktigaste fördelarna med denna teknik:

• precis energileverans - tack vare en laserstråle med hög effekttäthet kännetecknas svetsprocessen av en liten bredd på den värmepåverkade zonen. Förmågan att reglera energi möjliggör svetsning av både tunna material, såsom aluminiumplåtar med en tjocklek på 1,5 mm, och tjockare element som stålkonstruktionselement.

• hög svetshastighet - lasersvetsning möjliggör mycket högre svetshastigheter än traditionell svetsning. Detta gör processen mer effektiv, vilket är särskilt viktigt i serieproduktion. Hög hastighet påverkar inte negativt kvaliteten på svetsfogarna.

• mångsidighet i tillämpningar - lasersvetsning möjliggör sammanfogning av ett brett utbud av material, såsom metaller eller glas. Med denna metod är det också möjligt att svetsa lågkolstål. Möjligheten att justera parametrar (t.ex. hastighet eller svetstid) möjliggör sammanfogning av olika typer av material samtidigt som hög svetskvalitet bibehålls.

• minimering av värmepåverkan på materialet - tack vare den exakta inställningen av laserstrålens fokus koncentreras energin på en strikt definierad plats, vilket begränsar värmepåverkan på omgivande områden (så kallad mycket smal HAZ - värmepåverkad zon). Som ett resultat är svetsfogarna hållbara, och risken för deformation eller termisk skada på materialet reduceras till ett minimum.

• renhet och estetik i processen - i lasersvetsningsprocessen finns inget behov av att använda ytterligare fyllnadsmaterial, vilket påverkar den ekonomiska aspekten. Dessutom, tack vare den begränsade värmepåverkade zonen, erhålls estetiska, jämna svetsfogar, som ofta inte kräver ytterligare bearbetning. En annan fördel med lasersvetsning är frånvaron av stänk, vilket inte bara förbättrar estetiken i utförandet utan också ökar arbetssäkerheten och minskar behovet av att rengöra element.

• enkel automatisering - lasersvetsning är lätt att integrera med automatiska system (robotsvetsning), vilket gör det till en idealisk lösning i moderna produktionslinjer. Kontroll av laserenergi och svetshastighet möjliggör full kontroll över processen, vilket ökar effektiviteten och repeterbarheten.

Kolla in: Robotiserade laserstationer från Fanuci

Det är också värt att betona att lasersvetsning kan stödjas genom tillsats av material i form av svetstråd. I detta fall är det möjligt att svetsa med små mellanrum samtidigt som man fortfarande uppnår en solid anslutning. För större mellanrum rekommenderas enheter utrustade med ett 2W-huvud, vilket säkerställer effektivt arbete och utmärkta resultat.

Vilka är begränsningarna med lasersvetsning?

Denna teknik, även om den är modern och effektiv, har också sina begränsningar. Det är värt att grundligt analysera fördelarna och nackdelarna med lasersvetsning för att avgöra om den kommer att vara lämplig för en given tillämpning. Bland de viktigaste nackdelarna finns de höga inköpskostnaderna. Ändå finns det för närvarande olika serier av enheter tillgängliga på marknaden, inklusive budgetalternativ, så även mindre företag kan använda denna teknik.

Det sägs att en utmaning inom lasersvetsning är den begränsade förmågan att svetsa vissa material, såsom metaller med hög reflektionskoefficient (mycket reflekterande), t.ex. koppar. Det är dock värt att komma ihåg att detta är en myt. Lasersvetsning är helt möjligt, men vad som är avgörande för sådana material (t.ex. rostfritt eller svart stål) är tillämpningen av lämpliga svetsparametrar (såsom lasereffekt) och hänsyn till beläggningens tjocklek.

Kolla in: Lasersvetsare från Fanuci

Skyddsgaser vid lasersvetsning

Vid lasersvetsning spelar skyddsgaser en nyckelroll och påverkar kvaliteten och egenskaperna hos svetsfogen. Argon används oftast på grund av dess tillgänglighet och låga reaktivitet, vilket möjliggör effektivt skydd av den smälta metallpoolen. Helium, även om det är dyrare, ger bättre plasmakontroll på grund av dess höga joniseringsenergi, vilket gör det oumbärligt i projekt där hög precision är viktig. Kväve används huvudsakligen vid svetsning av rostfritt stål, där det kan stärka svetsfogen, men dess interaktion med aluminium eller kolstål kan leda till bildandet av nitrider, vilket minskar anslutningens kvalitet. Koldioxid, å andra sidan, är ett ekonomiskt val för svetsning av lågkolstål, som erbjuder jämna svetsfogar, även om det inte skyddar mot ståloxidation.

Tillämpningar av lasersvetsning

Lasersvetsning hittar tillämpningar inom många branscher tack vare sin mångsidighet och oöverträffade precision. Här är de viktigaste exemplen:

1. låssmide, räcken och grindar - lasersvetsning möjliggör skapandet av hållbara och precisa anslutningar, vilket är extremt viktigt för element som kräver styrka och precision.

2. stålkonstruktioner - lasersvetsningstekniken möjliggör effektiv sammanfogning av stora stålelement, samtidigt som hög kvalitet och överensstämmelse med strukturella krav garanteras.

3. gastronomi - inom gastronomibranschen används lasersvetsning för att producera rostfria stålrätter och tillbehör, där hållbarhet och hygieniskt ytutförande är prioriteringar.

4. möbelindustrin - denna teknik är särskilt uppskattad vid tillverkning av beslag och loftmöbler, där svetsfogar måste vara både precisa och estetiskt tilltalande.

5. fordonsindustrin - lasersvetsning används för att sammanfoga karosselement, chassi och motorkomponenter. Snabb sammanfogning säkerställer hållbarhet och estetik, vilket är avgörande i modern biltillverkning.

6. flygplansutrustning - inom luftfarten räknas varje gram massa. Lasersvetsning gör det möjligt att skapa lätta och hållbara strukturer som uppfyller de högsta säkerhetsstandarderna.

7. medicinsk industri - lasersvetsning används vid tillverkning av kirurgiska instrument och implantat. Processens renhet och metodens höga precision möjliggör skapandet av element med komplexa former.

8. elektronik - miniatyrisering av elektroniska enheter kräver precisa svetsfogar. Lasersvetsare är idealiska för att sammanfoga små komponenter utan risk för att skada dem.

9. plaster - tack vare möjligheten att justera processparametrar används lasersvetsning också för att sammanfoga termoplastiska material. Laserenergin absorberas av materialet, vilket skapar hållbara anslutningar i elektroniska eller medicinska produkter.

Vilka material kan lasersvetsas?

Ett av de vanligaste svetsade materialen är kolstål, som används i tung industri och fordonsindustri, där svetshållbarhet och djup penetration är viktiga. Tack vare lasern är det möjligt att få starka och täta anslutningar som tål höga mekaniska belastningar.

Ett annat material som fungerar perfekt med denna teknik är aluminium. Lasersvetsning av aluminium möjliggör sammanfogning av lätta och hållbara element av vilken form som helst, samtidigt som värmepåverkan på omgivande områden minimeras.

Lasrar kan också svetsa titan, koppar och till och med svårsvetsade material som nickelegeringar eller vissa plaster.

Typer av lasrar som används vid lasersvetsning

Lasersvetsning använder olika lasertekniker som skiljer sig åt i typen av strålförstärkande medium, våglängden på den utsända vågen och driftsläget. Bland de vanligast använda typerna av lasrar kan följande urskiljas:

• Fiberlasrar - använder en ytterbium (Yb) fiber som det aktiva mediet. De avger vågor i intervallet från 980 till 1100 nm, vilket ger kontinuerlig emission eller ultrasnabba pulser i Q-Switch-teknik. De kännetecknas av kompakt design och hög effektivitet.

• Molekylära CO₂-lasrar - avger vågor med en längd på 10,6 μm, tillgängliga i kontinuerliga och pulsade lägen. De används i stor utsträckning inom industrin på grund av sin mångsidighet och förmåga att exakt skära och svetsa olika material.

• Faststatslasrar - inklusive kristallina lasrar som Nd:YAG (yttrium-aluminium-granat) och YVO₄ (yttriumortovanadat). De avger strålning i intervallet 10,6 μm i kontinuerliga eller pulsade lägen. På grund av sin konstruktion är de perfekta för svetsning av material med hög densitet och hårdhet.

• Rubinlasrar - genererar vågor med en längd på 694,3 nm. De har förmågan att uppnå hög effekt genom optisk pumpning med hjälp av en blixtlampa. De används i processer som kräver hög precision.

• Halvledarlasrar - baserade på laserdioder som avger vågor med en längd på 1070 nm. De kan fungera i kontinuerliga eller pulsade lägen, och deras pumpning görs elektriskt. De är effektiva, kompakta och kan avge ljus i ett brett spektralområde - från synligt till infrarött.

Var och en av de nämnda typerna av lasrar erbjuder specifika fördelar, anpassade till olika industriella krav. Till exempel, en lasersvetsare för metall som använder fiberteknologi möjliggör precis sammanfogning av material med hög densitet, såsom rostfritt stål eller aluminium, vilket säkerställer svetsfogar av hög kvalitet med minimal värmepåverkan. Å andra sidan fungerar CO₂-lasrar bra med icke-metalliska material, tack vare deras förmåga att effektivt skära och svetsa plaster.

Hur väljer man rätt lasersvetsare?

Valet av rätt lasersvetsare beror på materialet, typen av anslutning och produktionskraven. Typen av laser - fiber, CO₂ eller Nd:YAG - är avgörande, eftersom var och en erbjuder specifika fördelar. Stråleffekten påverkar penetrationsdjupet, vilket möjliggör svetsning av både tunna och tjockare element. Justering av svetsparametrar, såsom hastighet eller skyddsgasintensitet, påverkar kvaliteten på den resulterande svetsfogen. Moderna lasersvetsare erbjuder möjlighet till automatisering, vilket ökar effektiviteten och repeterbarheten i processen (repeterbara svetsfogar finns främst i massproduktion), samtidigt som driftskostnaderna minimeras.

Lär dig mer: Omfattande guide till lasersvetsare

Är lasersvetsning säkert?

När det gäller svetsning är det värt att ta upp säkerhetsfrågan, eftersom användning av en lasersvetsare kräver utbildning och kunskap om hälso- och säkerhetsregler. Felaktig användning kan leda till allvarliga konsekvenser. Att följa hälso- och säkerhetsregler vid svetsning skyddar inte bara operatörernas hälsa utan säkerställer också processens effektivitet och tillförlitlighet. Är lasersvetsning säkert? Ja, men endast under förutsättning att man följer etablerade procedurer.

Lasersvetsning - teknik som förändrar industrins framtid

Att investera i lasersvetsning är ett steg mot innovation som inte bara förbättrar produktionskvaliteten utan också ökar dess effektivitet. Det är en framtidsteknik som redan idag förändrar svetsningens ansikte och ger en konkurrensfördel till företag som implementerar den.

Om du letar efter en pålitlig och modern lösning är lasersvetsning med Fanuci-enheter ett val som kommer att uppfylla även de mest krävande förväntningarna.

Bibliografi:

1. Dominik Wyszyński, Lasersvetsning - utvalda metoder, "Welding Technology Review", Vol. 88 12/2016, https://distantreader.org/stacks/journals/pspaw/pspaw-717.pdf, online-åtkomst [15.01.2025]

2. Agnieszka Twardowska, Teknologiska lasrar designade för svetsning, "Annales Universitatis Paedagogicae Cracoviensis Studia Technica", III (2010), https://rep.up.krakow.pl/xmlui/bitstream/handle/11716/10535/AF074--25--Lasery-technologiczne--Twardowska.pdf?sequence=1&isAllowed=y, online-åtkomst [15.01.2025]

3. Tillverkningstekniker. Svetsteknik. Laboratorium, redigerad av A. Ambroziak, https://dbc.wroc.pl/Content/7156/PDF/Techniki_wytwarzania.pdf, Wrocław 2010, online-åtkomst [16.01.2025]