Lasersveising

Den lasersveising er en teknikk sveising som gjør det mulig å sette sammen flere stykker av metall ved hjelp av en laser . Bjelken er en ekstremt konsentrert varmekilde som tillater tette, dype sveiser i rask hastighet. Denne teknikken brukes ofte i tilfelle store produksjonsvolum som bilindustrien .

Operasjon

På samme måte som elektronstrålesveising, har lasersveising en meget høy effekttetthet , i størrelsesorden megawatt per kvadratcentimeter (MW / cm 2 ), som gjør det mulig å ha bare en svak varme forandret sone samtidig som de har en stor mengde varme assosiert med høy kjølehastighet. Den diameteren av laserstrålen varierer fra 0,2  mm til 13  mm være sikker på at bare de minste diametere benyttes for sveising. Inntrengningsdybden er proporsjonal med kraften som brukes, og avhenger også av fokuspunktets posisjon  ; penetrasjon er størst når fokuspunktet er litt under overflaten til arbeidsstykket.

Avhengig av applikasjon brukes en kontinuerlig modus eller pulserende modus laser. Den pulserende modusen brukes med pulser i størrelsesorden millisekunder for å sveise fine materialer som barberblad for eksempel. Kontinuerlige moduslasere foretrekkes for tykke materialer og sveiser av rustfritt stål av type 316L eller 304L som er utsatt for varm sprekkdannelse.

Lasersveising er en allsidig prosess for sveising av karbonstål, høy mekanisk styrke, rustfritt stål , så vel som aluminium og titan . På grunn av den ekstremt raske avkjølingen er sprekker et stort problem ved sveising av høykarbonstål. Sveisekvaliteten er utmerket, bedre enn elektronstrålesveising. Sveisehastigheten avhenger av kraften som er involvert, men også av kvaliteten og tykkelsen på delene som skal sveises. Den svært høye effekten som er tilgjengelig med gasslasere, gjør dem godt egnet til store produksjonsvolum. Lasersveising er veldig vanlig i bilindustrien. Lasersveising brukes også til montering av sensorer. Faktisk er sveisetiden veldig kort, den varmepåvirkede sonen veldig lav, og derfor gjør denne monteringsmetoden det mulig å ikke skade komponentene. I medisinsk industri og spesielt implantater (pacemakere, stimulatorer, ryggradsimplantater,  etc. ) er det det estetiske ved lasersveising og fraværet av bruk av fyllstoff (derfor uten endring av biokompatibiliteten til det opprinnelige materialet) som oppmuntrer til bruk av denne teknologien.

Fordeler med lasersveising fremfor elektronstrålesveising:

• bjelken kan passere gjennom luften og trenger ikke å være under vakuum;
• systemet kan enkelt robotiseres;
• ingen generasjon av røntgenstråler  ;
• bedre sveisekvalitet.

Hybrid lasersveising

Det er et lasersveivderivat, "hybrid lasersveising" som kombinerer lasersveising med teknikken for buesveising som gassmetallbuesveising . Denne kombinasjonen gir stor fleksibilitet i posisjonering av delene fordi buesveising bringer smeltet metall til å fylle skjøten, og bruken av laseren øker arbeidshastigheten sammenlignet med det som er mulig med lysbuesystemet. Kvaliteten på sveisingen forbedres også.

Typer lasere

• De to mest brukte typene lasere er solid state-lasere (spesielt Nd-YAG-lasere) og gasslasere (spesielt karbondioksidlasere ).
• Den første av disse to typer bruker mange faste forsterknings- medier , som for eksempel syntetisk rubin , krom på aluminiumoksyd (alumina), neodym -glass (Nd-glass), og den mest vanlige type, en krystall. Forbindelse av granat av yttrium aluminium dopet med neodym (Nd: YAG).
• Gasslasere bruker blandinger av gasser som helium , nitrogen eller karbondioksid (CO 2).
• Uansett type, avgir laseren fotoner som danner laserstrålen når forsterkningsmediet er eksitert.

Solid state-lasere

Solid state-lasere avgir med bølgelengder av størrelsesorden mikrometer , mye kortere enn for gasslasere, og som et resultat blir operatører tvunget til å bruke spesielle briller eller bruke skjermer for å unngå ethvert netthinneproblem . Nd-YAG-lasere kan brukes enten i kontinuerlig eller pulserende modus, mens de andre typene er begrenset til pulserende modus.
Den originale laseren - fremdeles populær - består av en krystallstang som er omtrent 20  mm i diameter og 200  mm lang. Denne baren er omgitt av et blitsrør som inneholder xenon eller krypton . Når krystallet blinker, avgir det et blink på ca. 2  ms . Diskformede krystaller blir mer og mer vanlige, og blitsrøret viker for kraftige lysdioder . Utgangseffekten fra en rubin laser er fra 10 for å 20  mW , mens det av en Nd-YAG laser kan variere fra 0.04 for å 6000-  W . For å "transportere" laserstrålen til sveiseområdet brukes vanligvis en optisk fiber .

Gasslasere

For å opphisse forsterkningsmediet bruker gasslasere en høy spenning ved lav strøm . Disse laserne kan brukes enten i kontinuerlig modus eller i pulserende modus, og deres bølgelengde er i størrelsesorden 10  um . Denne bølgelengden absorberes av de optiske fibrene og ødelegges ved oppvarming, slik at det er nødvendig å bruke stive linser og speil for å lede laserstrålen til sveisefeltet. Utgangseffektene til gasslasere er mye høyere enn solid state-lasere og kan nå 25  kW .

Referanser

• (no) Howard B. Cary og Scott C. Helzer, moderne teknologisveising , Upper Saddle River, NJ, Pearson / Prentice Hall,2005, 715  s. ( ISBN  978-0-13-113029-6 og 0-131-13029-3 , OCLC  56014687 ).
• (en) Klas Weman , Welding prosesser håndbok , Cambridge, Eng. Boca Raton, FL, Woodhead Pub. Publisert i Nord-Amerika av CRC Press,2003, 193  s. ( ISBN  978-1-85573-853-9 , 978-0-203-49976-4 og 978-1-855-73689-4 , OCLC  55083418 ).
• (no) Serope Kalpakjian og Steven R. Schmid, produksjonsteknikk og teknologi , Upper Saddle River, NJ, Pearson / Prentice Hall,2006, 5 th  ed. , 1295  s. ( ISBN  978-0-13-148965-3 og 0-131-48965-8 , OCLC  65538856 ).

Merknader

• (fr) Denne artikkelen er helt eller delvis hentet fra Wikipedia-artikkelen på engelsk med tittelen "  Laser beam welding  " ( se listen over forfattere ) .

1. Et karbonstål er et stål der legeringens hovedbestanddel er karbon. (fr) Du kan se den engelske Wikipedia-artikkelen: Karbonstål .
2. Den høyfast stål ( høysterke, lavlegerte , HSLA) er en legering som gir stålet styrkeegenskaper og korrosjonsmotstand bedre enn for karbonstål. (en) Du kan se den engelskspråklige Wikipedia-artikkelen: HSLA steel (en) .  
3. Cary og Helzer , s.  210.
4. Weman , s.  97.
5. (no) På hybridlasersveising kan man se artikkelen på Wikipedia engelsk: laserhybrid sveising (in) .  
6. Weman , s.  98.
7. Cary og Helzer , s.  209.

Se også

• Elektronstrålesveising
• Liste over forskjellige typer laser

Eksterne linker

• (no) Sveising med dobbel laserstråle . Welding Journal forskningsartikkel , 2002.
• (no) Sveisemorfologi og termisk modellering i dual-beam lasersveising . Welding Journal forskningsartikkel , 2002.
• (no) Artikler om lasersveising , Industrial Laser Solutions Magazine .
• ( fr) Lasersveising gjør det mulig å bygge lettere fly . Fraunhofer Society, Material and Beam Technology - IWS , Dresden, Tyskland (1 st januar 2005).
• (en) Forskningsresultater om lasersveising ved Maupertuis Institute , Bruz, Frankrike (24. februar 2010).
• (no) Video om laseren som ble brukt til å lette strukturer av Maupertuis Institute , Bruz, Frankrike (24. februar 2010).