Napawanie laserowe to złożony proces, który wymaga wielu przygotowań przed włączeniem lasera.
Oto niektóre z kluczowych etapów tego procesu.
Krok 1 – Przygotowanie powierzchni
Kęsy i wlewki metalowe posiadają ochronne powłoki powierzchniowe. Powłokami tymi są zazwyczaj oleje stosowane w celu zapobiegania rdzy, powlekaniu metali lub tlenkom (w przypadku aluminium).
Należy usunąć z metalu niepożądane związki i zanieczyszczenia oraz zszorstkować powierzchnię – bardziej chropowata powierzchnia zapewnia lepszą przyczepność metalu podczas spawania. Drobne nierówności i wgłębienia na powierzchni zapewniają doskonałe punkty zakotwiczenia, do których przylega stopiony metal wypełniający.
Krok 2 – Dostawa metalu wypełniającego
Metal wypełniający, zwykle drobny proszek metalowy, wypływa z dyszy powietrznej z gazem obojętnym (azotem lub argonem). Gazy obojętne zapobiegają utlenianiu, wydmuchują niepożądane zanieczyszczenia powierzchniowe i utrzymują spoiny w czystości i wolne od żużla.
Wytwarzanie drobnych i spójnych proszków metali jest kosztownym procesem. Wytworzenie proszku metalicznego zwykle wymaga więcej wysiłku niż samo napawanie laserowe.
Dlatego wiele maszyn do osadzania laserowego wykorzystuje zamiast tego cienkie metalowe druty. Drut może być podawany ręcznie lub automatycznie za pomocą silnika i systemu rolek w pobliżu głowicy lasera.
Należy zauważyć, że podczas spawania metal dodatkowy może być taki sam jak przedmiot obrabiany, natomiast powłoka powierzchniowa może być inna.
Krok 3 – Lokalne ogrzewanie laserowe
Precyzyjny system CNC kieruje wiązkę lasera o dużej mocy w wybrane miejsce. Laser topi powierzchnię przedmiotu obrabianego i przychodzący metal wypełniający w czasie krótszym niż sekunda.
Wiązka laserowa wprowadza stałą ilość energii do przedmiotu obrabianego, a obszar osadzania energii jest kontrolowany przez moc źródła lasera i średnicę plamki. Średnica plamki lasera to wielkość punktu styku lasera z przedmiotem obrabianym.
Większy rozmiar plamki oznacza, że energia jest bardziej rozproszona, a stopienie powierzchni zajmuje więcej czasu. Mniejsza średnica plamki oznacza, że cała energia lasera jest skupiona w maleńkim punkcie, co skraca czas topienia.
Mniejszy rozmiar plamki oznacza większą dokładność i krótszy czas spawania. Minimalizuje również deformację materiału, ponieważ ciepło jest skoncentrowane w jednym punkcie i nie jest emitowane nadmiar ciepła do otaczającego środowiska.
Krok 4 – Nakładanie warstw i wielokrotne przejścia
Laserowe osadzanie metali (LMD) nie ogranicza się do spawania, często jest również wykorzystywane do tworzenia komponentów od podstaw. Po początkowym przejściu lasera głowica lasera przechodzi kolejną rundę i nakłada nową warstwę materiału na wierzch pierwszej warstwy. Powtarzaj ten proces, aż osiągniesz żądaną wysokość.
W przypadku wytwarzania przyrostowego warstwy są kontynuowane aż do zbudowania całej części. Natomiast spawanie wymaga tylko jednej lub dwóch warstw.
Grubość warstwy i liczba warstw pomagają kontrolować ilość osadzonego metalu.
Krok 5 – Chłodzenie i zestalanie
Ponieważ ciepło jest zlokalizowane, obszar spawania ochładza się stosunkowo szybko, niemal natychmiast po opuszczeniu miejsca przez laser.
Proces LMD polega na osadzaniu energii bezpośrednio w małym miejscu na przedmiocie obrabianym. Mniejsze punkty styku oznaczają efektywniejsze wykorzystanie energii, dzięki czemu laser może poruszać się szybciej.
Szybszy laser oznacza mniej całkowitej energii i ciepła odkładającego się w obrabianym przedmiocie. Mniej odkładanego ciepła oznacza szybsze chłodzenie. Szybkie chłodzenie przynosi dodatkowy efekt uboczny w postaci lepszej mikrostruktury.
7 zalet napawania laserowego
Laserowe osadzanie metali (LMD) to wynik wielu lat badań nad technologią wytwarzania przyrostowego. Każdy aspekt laserowego osadzania metalu został zaprojektowany z myślą o jednym celu – ulepszeniu tradycyjnych procesów.
Oto niektóre z największych korzyści, jakie napawanie laserowe wnosi do nowoczesnych procesów produkcyjnych.
1. Szybszy czas spawania
Laser dużej mocy szybko topi obrabiany przedmiot, a sterownik CNC szybko przesuwa głowicę lasera z jednego punktu do drugiego, co skutkuje niewiarygodnie krótkimi czasami spawania.
Automatyczny posuw stołu umożliwia spawanie ciągłe, bez przestojów w trakcie procesu. Spawanie sterowane komputerowo minimalizuje również błędy, oszczędzając więcej czasu na hali produkcyjnej.
Zarządzanie i optymalizacja różnych parametrów procesu laserowego osadzania metalu poprawia wydajność spawania i skraca czas produkcji.
2. Większa precyzja i kontrola
Prawie każda maszyna do laserowego osadzania metalu jest zautomatyzowana i sterowana komputerowo, z wyjątkiem kilku modeli ręcznych. Wysoka precyzja i kontrola umożliwiają wykonywanie bardziej złożonych spoin przy większych prędkościach.
Niewielu doświadczonych spawaczy może dorównać dokładnością i precyzją zautomatyzowanym spawarkom laserowym.
3. Spoiny wyższej jakości
Drobne cząstki proszku materiału wypełniającego skuteczniej wypełniają szczeliny, co skutkuje mocniejszą spoiną. Ponieważ wszystko jest wstępnie mierzone i kontrolowane przez komputer, ilość osadzonego metalu jest dokładnie taka, jaka jest potrzebna, co oznacza, że jeziorko stopionego pozostaje stałe przez cały proces.
Dodatkowo stosuje się dysze wewnętrzne, które zapobiegają tworzeniu się żużla i utleniania metalu oraz wydmuchują drobne fragmenty odparowanego metalu.
4. Zero zniekształceń źródła ciepła
Tradycyjne procesy spawania wprowadzają duże ilości niepożądanego ciepła do materiału podstawowego. Niewielka ilość ciepła przekazywana jest do złącza lutowanego, a pozostała część przedostaje się do otaczającego środowiska, powodując deformację (wypaczenie) metalu.
Laserowe osadzanie metalu to niezwykle precyzyjny proces, w którym wiązka lasera topi tylko niewielką część przedmiotu obrabianego i nic więcej. Proces jest na tyle wydajny, że często stosuje się go do spoin pełnopowierzchniowych, ponieważ nie ma potrzeby martwić się o odkształcenie materiału.
Spawanie powierzchniowe to proces powlekania jednego materiału innym materiałem (lub materiałami) w celu poprawy wykończenia powierzchni i odporności na zużycie.
5. Szersza kompatybilność materiałowa
Spawanie staje się trudniejsze w miarę przejścia na materiały wyższej jakości i rzadsze. Tradycyjny proces nadaje się do typowych materiałów, takich jak żelazo, miedź, stal nierdzewna, a nawet stopy aluminium. Istnieją jednak szczególne przypadki, w których należy uwzględnić twarde metale, takie jak wolfram, metale lotne, takie jak magnez, i metale miękkie, takie jak złoto.
Laserowe osadzanie metali obsługuje szeroką gamę metali, stopów, a nawet niektórych materiałów ceramicznych. Za pomocą LMD można spawać następujące materiały.
Stop niklu
Węglik wolframu
stop magnezu
lane żelazo
Stop aluminium
Stop na bazie kobaltu
Stop tytanu
miedź
Stal
itp.
6. Zmniejsz straty materiałowe
Spawanie laserowe minimalizuje straty materiału. Proszek metalowy jest podawany na obrabiany przedmiot z kontrolowaną szybkością podawania, aby uniknąć nadmiernego/niedostatecznego osadzania. W przeciwieństwie do tradycyjnego spawania, w którym wykorzystuje się pręt wypełniający, w spawaniu laserowym wykorzystuje się ciągły drut i cząstki proszku.
Użyć tylko wymaganej ilości wypełniacza, a resztę zarezerwować na następną spoinę.
7. Ogranicz pracę związaną z przetwarzaniem końcowym
Ponieważ laserowe osadzanie metalu zapewnia czystsze spoiny, często nie trzeba nawet wykonywać żadnej obróbki końcowej. Nie ma potrzeby szczotkowania przedmiotu obrabianego, szlifowania nadmiaru kałuż, czy prostowania odkształceń podczas spawania.
Ograniczenie przetwarzania końcowego może zaoszczędzić dużo czasu na hali produkcyjnej i znacznie zwiększyć produktywność.