Laser Welding vs. Traditional Welding: A Head-to-Head Comparison

Hitsaustekniikka on kaikkialla läsnä, upeista silloista monimutkaisiin elektroniikkakomponentteihin. Tekniikan jatkuvan kehityksen myötä myös hitsausmenetelmät uudistuvat jatkuvasti. Laserhitsaus, joka on kehittymässä oleva suurienergisen säteen hitsaustekniikka, on vähitellen yleistynyt eri aloilla sen suuren tarkkuuden, korkean tehokkuuden ja vähäisen muodonmuutoksen ansiosta, mikä on merkittävä haaste perinteisille hitsausmenetelmille.

Tässä artikkelissa käsitellään laserhitsauksen ja perinteisten hitsausmenetelmien vertailua ja annetaan yksityiskohtainen selitys eri näkökulmista, kuten toimintaperiaatteista, eduista ja haitoista sekä käyttöalueista. Tämä auttaa sinua saamaan kattavamman käsityksen laserhitsauksen ja muiden hitsausmenetelmien eduista ja rajoituksista ja antaa viitteitä sopivan hitsausmenetelmän valitsemiseksi eri teollisuudenaloille.

Miten laserhitsaus toimii?

Laserhitsauksessa käytetään laseria lämmönlähteenä materiaalien lämmittämiseen, jolloin ne sulavat ja liittyvät toisiinsa. Laserin erinomaisen monokromaattisuuden ja suuntaavuuden ansiosta se voidaan helposti keskittää hyvin pieneen pisteeseen, jossa energiatiheys on erittäin suuri. Siksi laserhitsauksen tärkein ominaisuus on hitsaussauman suuri syvyys-leveys-suhde.

Laserhitsaus voidaan suorittaa ilmakehässä, ja joskus käytetään suojakaasua käsittelyvaatimusten mukaan. Lasereilla voidaan hitsata korkealla sulamispisteellä olevia materiaaleja ja joissakin tapauksissa voidaan hitsata erilaisia materiaaleja.

Teollisuuslasereiden, ohjaustekniikan ja työstökoneiden kehittyessä kuitulaserhitsauslaitteet ovat muuttumassa pienemmiksi, kompaktimmiksi, tehokkaammiksi, kestävämmiksi ja luotettavammiksi. Ne on varustettu tietokoneilla, kääntyvillä linsseillä, monikanavaisella säteen jakamisella ja kuidunsiirrolla, jotka parantavat toiminnan joustavuutta ja automaatiotasoa.

Laserhitsauksen edut

Lyhyt lasersäteilytysaika ja erittäin nopea hitsausprosessi

Tämä ei ainoastaan paranna tuottavuutta, vaan myös estää hitsattua materiaalia hapettumasta helposti. Lämpövaikutusalue on pieni, joten se soveltuu hyvin lämpöherkkien transistorikomponenttien hitsaukseen. Laserhitsaus ei tuota kuonaa eikä se vaadi oksidikalvon poistamista työkappaleesta. Sillä voidaan hitsata jopa lasin läpi, mikä tekee siitä erityisesti soveltuu pienikokoisten tarkkuusinstrumenttien hitsaukseen.

Erilaisten materiaalien hitsaus

Lasereilla voidaan hitsata paitsi samantyyppisiä metallimateriaaleja myös erilaista metallimateriaalia ja jopa metallia ja ei-metallia. Esimerkiksi keramiikan käyttäminen integroitujen piirien pohjana on haastavaa. kanssa muut hitsausmenetelmät keraamisten aineiden korkean sulamispisteen ja paineen käytön epäkäytännöllisyyden vuoksi. Laserhitsaus tekee tästä kuitenkin suhteellisen helppoa. Laserhitsauksella ei tietenkään voida hitsata kaikkia erilaisia materiaaleja.

Korkea automaatioaste

Laserhitsaus on helppo automatisoida ja älykkäästi ohjata. CNC-järjestelmien ja robottitekniikan avulla voidaan saavuttaa erittäin tarkkoja ja tehokkaita hitsausprosesseja, mikä vähentää manuaalisia toimenpiteitä, parantaa tuottavuutta ja alentaa työvoimakustannuksia.

Mitkä ovat yleiset hitsausmenetelmät? Mitä eroja niiden välillä on?

Perinteisten hitsausmenetelmien toimintaperiaatteiden ja ominaisuuksien ymmärtäminen auttaa ymmärtämään laserhitsauksen ja muiden hitsausmenetelmien välisiä eroja ja siten selvittämään, mikä hitsausmenetelmä sopii tarpeisiisi.

Kaarihitsaus

Kaarihitsauksessa käytetään lämmönlähteenä elektrodin ja metallityökappaleen välille syntyvää voimakasta valokaarta. Valokaaren korkea lämpötila sulattaa elektrodin ja metallikappaleen paikallisesti. Myös elektrodissa oleva lisäainemetalli sulaa ja joutuu sulaan altaaseen. Kun sula allas on jäähtynyt ja jähmettynyt, se muodostaa elektrodin ja työkappaleen yhdistävä hitsaussauma.

Kaarihitsausta on monenlaista, kuten SMAW-hitsaus (suojakaarihitsaus), MIG-hitsaus (metallin suojakaasuhitsaus), TIG-hitsaus (volframin suojakaasuhitsaus), plasmakaarihitsaus ja uppokaarihitsaus.

Laserhitsaus vs. kaarihitsaus

Laserhitsauksessa käytetään lämpölähteenä suuren energiatiheyden omaavaa lasersädettä, kun taas kaarihitsauksessa käytetään elektrodin ja työkappaleen välille syntyvää valokaarta. Lasersäteen energia on keskitetty, minkä ansiosta lämmöntuotto on pieni, lämpövaikutusalue on kapea ja hitsausmuodonmuutokset ovat vähäisiä, joten se soveltuu tarkkuushitsaukseen. hitsaus ja ohutlevyhitsaus. Kaarihitsauksessa sen sijaan on suuri lämmöntuotto, luonnollisesti laajempi lämpövaikutusalue ja suurempi hitsausmuodonmuutos, joten se soveltuu suurten rakenneosien hitsaukseen.
Laserhitsaus on paljon nopeampi hitsaus nopeampi kuin kaarihitsaus, ja hitsauksen tarkkuus ja laatu on parempi. Laserhitsaus on kosketukseton hitsausprosessi, joka ei vaadi lisäainetta, ja hitsausprosessi on savuton ja helppo automatisoida. Kaarihitsaus vaatii ja hitsausprosessi tuottaa savuja ja valokaarisäteilyä, mikä aiheuttaa joitakin ympäristön pilaantuminen ja alhaisempi automaatioaste.
Laserhitsauslaitteiden kustannukset ovat suhteellisen korkeat, mikä rajoittaa niiden käyttöä tietyillä aloilla. Kaarihitsauslaitteet ovat edullisia ja helppokäyttöisiä, joten ne soveltuvat tilanteisiin, joissa hitsauksen laatu- ja tarkkuusvaatimukset eivät ole korkeat ja rakenteet ovat yksinkertaisia.

Juottaminen

Juottaminen on prosessi, jossa työkappaleet liitetään toisiinsa käyttämällä täyteainetta, jonka sulamispiste on alhaisempi kuin perusmateriaalien. Siinä työkappaleet ja täyteaine kuumennetaan lämpötilaan, joka on täyteaineen sulamispisteen yläpuolella mutta perusmateriaalien sulamispisteen alapuolella. Sula täyteaine virtaa liitosrakoon kapillaarisesti, kostuttaa perusmateriaalien pinnat ja käy läpi atomidiffuusion. Jäähtyessään ja jähmettyessään se muodostaa juotosliitoksen, joka yhdistää työkappaleet.

Laserhitsaus vs. juottaminen

Laserhitsauksessa käytetään suuren energiatiheyden omaavaa lasersädettä sulattamaan työkappale paikallisesti, jolloin muodostuu sulaa massaa, joka jähmettyy jäähtyessään ja muodostaa liitoksen. Juottamisessa taas käytetään lisäainetta, jonka sulamispiste on alhaisempi kuin perusmateriaalien. Se kuumennetaan sulaksi ja täyttää liitosraon kapillaarisesti ja jähmettyy jäähtyessään muodostaen liitoksen. Laserhitsauksessa siis sulatetaan ja sulatetaan perusmateriaalit suoraan, jolloin liitoksen lujuus on suuri ja lähellä perusmateriaalien lujuutta. Sitä vastoin juottamalla liitoksen lujuus on suhteellisen alhainen, ja sitä rajoittaa lisäaineen lujuus.
Laserhitsaus soveltuu erilaisille metalleille ja joillekin epämetalleille, erityisesti korkeasulaville ja tulenkestäville metalleille. Juottaminen on sopiva osoitteessa erilaisia metallimateriaalit, erityisesti erilaisten metallien, ohuiden levyjen ja tarkkuusosien liittämiseen.
Laserhitsausta käytetään laajalti autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusalalla, elektroniikassa, lääkinnällisissä laitteissa ja muilla aloilla, joilla vaaditaan korkeaa hitsauslaatua ja tarkkuutta. Juottaminen on laajalti käytetään jäähdytys-, ilmastointi-, instrumentointi-, koru- ja muilla aloilla, joilla liitosten lujuusvaatimukset eivät ole korkeat, mutta joissa tarvitaan hyvää tiivistystä ja sähkö/lämmönjohtavuutta.

Elektronisuihkuhitsaus (EBW)

Elektronisuihkuhitsaus suoritetaan korkeassa tyhjiössä. Elektronipistooli lähettää elektronisuihkun, joka on kiihdytetään korkeajännitteellä ja keskitetään sähkömagneettisilla linsseillä. Säde pommittaa työkappaleen pintaa ja muuntaa liike-energian lämpöenergiaksi, jolloin työkappaleen osoitteeseen paikallisesti sulaa ja saavuttaa hitsaus.

Laserhitsaus vs EBW

Laserhitsauksessa käytetään energialähteenä lasersädettä, ja se voidaan suorittaa ilmakehässä tai suojakaasuympäristössä. EBW käyttää kiihdytettyä elektronisuihkua korkeassa tyhjiössä. ja on suoritettava tyhjiökammiossa. Tämä antaa laserhitsaukselle etulyöntiaseman toiminnan joustavuuden suhteen, kun taas EBW-hitsauksella on korkeammat vaatimukset laitteille ja toimintaympäristölle.
EBW-hitsauksen energiatiheys on yleensä suurempi kuin laserhitsauksen, mikä mahdollistaa syvemmän tunkeutumisen ja kapeammat hitsaussaumat, joten se soveltuu erityisen hyvin paksujen levyjen hitsaukseen ja korkean sulamispisteen materiaalien yhdistämiseen. Laserhitsauksen energiatiheys on suhteellisesti pienempi, mutta sen sädettä on helppo ohjata ja kohdistaa, joten se soveltuu tarkkuushitsaukseen ja monimutkaisen muotoisten osien liittämiseen.
Suuren energiatiheyden ansiosta EBW-hitsauksen lämpövaikutusalue on pienempi kuin laserhitsauksessa, mikä vähentää hitsausmuodonmuutoksia ja jäännösjännitystä. Tämä on erityisen tärkeää lämpöherkkien materiaalien ja tarkkuusosien hitsauksessa.
EBW soveltuu korkean sulamispisteen, korkean lujuuden ja helposti hapettuvien materiaalien, kuten titaanin, hitsaukseen. seokset ja korkean lämpötilan seokset. Laserhitsauksella on laajempi sovellusalue, johon kuuluu erilaisia metalleja ja joitakin ei-metallisia materiaaleja.
EBW-laitteet ovat kalliimpia ja vaativat tyhjiöjärjestelmän ja muita lisälaitteita, kun taas laserhitsauslaitteet ovat suhteellisen edullisia. Siksi EBW-hitsauslaitteita käytetään pääasiassa ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, ydinteollisuudessa, tarkkuusinstrumenttien valmistuksessa ja muilla aloilla, joilla hitsauksen laatuvaatimukset ovat erittäin korkeat. Laserhitsauksella on laajempi sovellusalue, mukaan lukien autoteollisuus, elektroniikka, lääketiede ja muut teollisuudenalat.

Mikrohitsaus

Mikrohitsaus on tarkkuusliitostekniikka, jossa käytetään suuren energiatiheyden lämmönlähdettä mikroskooppisen pienen mittakaavan liitosten aikaansaamiseksi. Sen toimintaperiaatteena on tyypillisesti lämmönlähteen (kuten lasersäteen, valokaaren tai elektronisuihkun) kohdistaminen mikrometrin tai alle millimetrin kokoiseen pisteeseen, jolloin työkappaleen paikallinen alue sulaa nopeasti materiaaliliitoksen aikaansaamiseksi.

Laserhitsaus vs. mikrohitsaus

Mikrohitsausta käytetään pääasiassa pienoiskoossa olevien osien ja mikrorakenteiden liittämiseen, tyypillisesti mikrometrin tai mikrometrin alapuolella olevien mittojen osalta. Laserhitsauksella on laajempi sovellusalue, ja sitä voidaan käyttää pienikokoisista osista suuriin rakenteisiin.
Mikrohitsauksessa hitsausnopeus on yleensä suurempi, ja se soveltuu massatuotantoon. Laserhitsaus on myös nopeaa, mutta pienikokoisten osien hitsauksessa mikrohitsaus voi olla tehokkaampaa.
Sekä mikro- että laserhitsaus soveltuvat useille metalleille ja joillekin ei-metallisille materiaaleille. Mikrohitsaus voi kuitenkin olla edullisempi joidenkin erikoismateriaalien (kuten biomateriaalien ja elektroniikkakomponenttien) liittämisessä, koska sen lämpövaikutusalue on pieni, jolloin voidaan välttää materiaalin ominaisuuksien vaurioituminen.

Vastushitsaus

Vastushitsauksessa hyödynnetään vastuksen tuottamaa lämpöä. nykyisen kosketuspintojen ja työkappaleiden viereisten alueiden kautta lämmönlähteenä. Paineen alaisena se aiheuttaa työkappaleiden paikallisen sulamisen liitoksen aikaansaamiseksi. Vastushitsauksen päätyyppejä ovat pistehitsaus, saumahitsaus, puikkohitsaus, puskuhitsaus, leimahdushitsaus ja korkeataajuushitsaus.

Laserhitsaus vs. vastushitsaus

Laserhitsauksessa käytetään lämpölähteenä suuren energiatiheyden omaavaa lasersädettä, jolloin hitsaus tapahtuu kosketuksetta. Sitä vastoin vastushitsaus perustuu vastuksen tuottamaan lämpöön. nykyisen työkappaleen läpi, mikä edellyttää suoraa kosketusta työkappaleeseen. Siksi laserhitsaus soveltuu monimutkaisen muotoisiin ja vaikeasti saavutettaviin työkappaleisiin, kun taas vastushitsaus soveltuu paremmin yksinkertaisen muotoisiin työkappaleisiin, kuten kierre- ja puskusaumoihin.
Laserhitsaus mahdollistaa tarkan lämmönsyötön hallinnan, minkä ansiosta lämpövaikutusalue on pieni ja hitsauksen muodonmuutokset ovat vähäisiä. Tämän vuoksi se soveltuu tarkkuushitsaukseen ja lämpöherkkien materiaalien hitsaukseen. Vastushitsauksessa on toisaalta suhteellisen suuri lämmöntuonti, laajempi lämpövaikutusalue ja suuremmat hitsausmuodonmuutokset, joten se soveltuu tilanteisiin, joissa hitsausmuodonmuutokset eivät ole merkittävä huolenaihe.
Laserhitsauksen hitsausnopeus ja tehokkuus ovat nopeampia, joten se soveltuu massatuotantoon. Vastushitsauksen hitsausnopeus on suhteellisen hidas ja se on enemmän hitsausmenetelmää. sopiva pienten ja keskisuurten erien tuotantoon. Laserhitsauslaitteet ovat kalliimpia ja vaativat ammattitaitoisia käyttäjiä, kun taas vastushitsauslaitteet ovat edullisempia, helppokäyttöisiä ja helposti automatisoitavia.
Laserhitsaus soveltuu erilaisten metallien ja joidenkin ei-metallisten materiaalien hitsaukseen, ja sillä on laaja valikoima sovelluksia, kuten autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, elektroniikassa ja lääketeollisuudessa. Vastushitsaus soveltuu pääasiassa sähköä johtaville metallimateriaaleille, kuten teräkselle ja alumiinille, ja sitä käytetään laajalti auto-, kodinkone- ja rakennusteollisuudessa.

Miten valita oikea hitsausmenetelmä?

Hitsaus on välttämätön liitostekniikka, ja sillä on ratkaiseva merkitys eri teollisuudenaloilla. Markkinoilla on kuitenkin saatavilla laaja valikoima erilaisia hitsausmenetelmiä, joten toimialan tarpeisiin sopivimman hitsaustekniikan valitsemisesta on tullut haaste monille yrityksille. Seuraavaksi tutkimme, miten valitse alallesi sopivin hitsausmenetelmä useista eri näkökulmista.

Työkappaleen materiaali ja paksuus

Eri hitsausmenetelmät soveltuvat eri materiaalit ja paksuudet. Laserhitsaus soveltuu esimerkiksi erilaisille metalleille ja joillekin ei-metallisille materiaaleille, ja se soveltuu erityisen hyvin ohuiden levyjen hitsaukseen. Kaarihitsaus sen sijaan on sopivampi osoitteessa paksujen levyjen ja suurten rakenneosien hitsaus. Sen vuoksi hitsausmenetelmää valittaessa olisi ensimmäiseksi otettava huomioon työkappaleen materiaalin tyyppi ja paksuus.

Hitsauksen laadun ja tarkkuusvaatimusten arviointi

Eri teollisuudenaloilla on erilaisia vaatimuksia hitsauksen laadulle ja tarkkuudelle. Esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ja lääkinnällisissä laitteissa hitsauksen laadulle ja tarkkuudelle on erittäin korkeat vaatimukset, joten laserhitsaus ja elektronisuihkuhitsaus ovat ihanteellisia vaihtoehtoja. Toisaalta rakennus- ja sillanrakennusteollisuuden kaltaisilla teollisuudenaloilla hitsauksen laatu- ja tarkkuusvaatimukset ovat suhteellisen alhaisemmat, ja perinteiset hitsausmenetelmät, kuten kaarihitsaus ja vastushitsaus, täyttävät myös niiden tarpeet.

Keskittyminen tuotannon tehokkuuteen ja kustannuksiin

Hitsausmenetelmän valinnassa on otettava huomioon myös tuotannon tehokkuus ja kustannukset. Erittäin automatisoitu hitsaus Menetelmät, kuten laserhitsaus ja elektronisuihkuhitsaus, vaikka niiden laitekustannukset ovatkin korkeammat, tarjoavat korkean tuotantotehokkuuden ja soveltuvat massatuotantoon. Perinteisillä hitsausmenetelmillä, kuten kaarihitsauksella ja vastushitsauksella, on alhaisemmat laitekustannukset mutta suhteellisesti alhaisempi tuotantotehokkuus, minkä vuoksi ne ovat sopiva pienten ja keskisuurten erien tuotantoon tai paikan päällä tapahtuvaan hitsaukseen.

Ympäristötekijät ja turvallisuus

Jotkin hitsausmenetelmät tuottavat hitsausprosessin aikana savuja, haitallisia kaasuja tai säteilyä, jotka voivat vaikuttaa ympäristöön ja käyttäjien terveyteen. Siksi ympäristötekijät ja turvallisuus olisi otettava huomioon myös hitsausmenetelmää valittaessa. Laserhitsaus ja elektronisuihkuhitsaus ovat suhteellisen ympäristöystävällisiä, kun taas kaarihitsaus vaatii huomiota suojatoimenpiteisiin.

Hakeudu ammatilliseen neuvontaan

Jos olet ei ole tuttu hitsaustekniikan kanssa tai on vaikea määrittää alallesi sopivinta hitsausmenetelmää, voit kysyä neuvoa ammattilaiselta. Voit käydä yksityiskohtaisia keskusteluja hitsauskonetoimittajien kanssa saadaksesi lisää tietoa hitsausosaamisesta ja antaa heidän antaa sinulle ammattimaista opastusta ja ehdotuksia. Voit myös tiedustella hitsauskoneita hankkineilta ystäviltäsi heidän käyttökokemuksistaan.

Kuitulaserhitsauslaitteiden valinta

Markkinoilla on saatavilla erityyppisiä kuitulaserhitsauskoneita, kuten käsikäyttöisiä laserhitsauskoneita, pöytälaserhitsauskoneita ja automaattisia robottilaserhitsauslaitteita. Alla on esittely erityyppisistä kuitulaserhitsauskoneista, ja voit valita tarpeidesi mukaan.

Päätelmä

Tässä artikkelissa esitetyn laserhitsauksen ja perinteisen hitsauksen vertailevan analyysin avulla voimme nähdä eri hitsausmenetelmien käyttöominaisuudet eri aloilla. Kun valitsemme hitsausmenetelmää, me täytyy ottaa kattavasti huomioon sellaiset tekijät kuin työkappaleen materiaali, hitsausvaatimukset, tuotantotehokkuus ja kustannukset, punnitsee laserhitsauksen ja perinteisten hitsausmenetelmien edut ja haitat ja valitsee siten sopivimman hitsaustekniikan erityistarpeisiimme.

Laserteknologian jatkuvan kehityksen ja kustannusten alenemisen myötä laserhitsauksen käyttömahdollisuudet laajenevat entisestään. Sen odotetaan hyödyntävän ainutlaatuisia etujaan useammilla aloilla ja edistävän hitsaustekniikan kehitystä.

Laserhitsaus vs. perinteinen hitsaus: Head-to-Head-vertailu