A lézerhegesztéshez kötődő kilátások az autóiparban 2. rész

Az alumínium hegesztésének módszerei

Milyen körülmények is állnak fenn az alumínium hegesztésekor: magas energiasűrűség és alacsony hőmérséklet, továbbá magas koncentráció (kis felületre történő energia-koncentráció). Erre a lézerhegesztés megfelelő megoldásnak tűnt. A mai technológia fejlettségének köszönhetően a megfelelő energiasűrűségű lézertechnikai eszközök beszerzése nem nehéz feladat. Az új rost vagy szállézerek sokkal hatékonyabbak, mint a lámpás vagy diódás lézerrudak, mindamellett kompakt a dizájnjuk és jobb a csóvájuk minősége is. A multi-kilowattos erőszint elérhető az egyes szállézerek kombinálásával is. Azt is kimutatták, hogy a szállézerekkel érhető el a legnagyobb hegesztési sebesség és így a legalacsonabb költség összehasonlítva az Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) és CO2 lézerekkel.

A lézerhegesztés

A lézerhegesztésben két kimeneti körülmény előfordulása lehetséges a lézer erősűrűségének függvényében. A kulcslyuk-szerű hegesztés nagy erősűrűséggel érhető el, tipikusan 106- W/cm2-vel és ez jelentős párolgással és üreggel jár. A másik lehetőség a vezetéses (conduction) hegesztés alacsony erősűrűséggel. A vezetéses hegesztés sokkal robusztusabb eredményhez vezet a defektekkel szemben, mivel az olvadási pont stabilabb, habár a maximális áthatolási mélysége a kulcslyukas metódusnak messze nagyobb. A magas áthatolási mélység azért lehetséges az utóbbi esetben, mert a lézer energiája tökéletesen a „kulcslyuk” aljára koncentrálódik és nem egy felületre vetül rá és oszlik meg rajta. Ezt is felülmúlva, egy kísérletben a lézersugarak többszörösen visszaverődtek a kulcslyuk faláról, szintén a célpontra koncentrálódva. Összességében a felületre összpontosított energia szignifikánsan növelhető, még a relatíve magas kiindulási szituációhoz képest is. A magas áthatolási mélység különösen hasznos olyan konfigurációknál, ahol a hegesztendő lemezek átfedésben vannak egymással. A kulcslyukas hegesztés pedig tovább koncentrálja a hőmérsékletet, ami minimalizálja a hegesztett felület környezetének a terhelését.

Kulcslyuk-hegesztés

Az autóipar lézertechnológia iránti keresletének felfutása mégsem ment végbe olyan lendületesen, mint várták a sok használat közben felmerülő nehézségek miatt. A legproblémásabb dolog még mindig a korábban említett galvanizált acélhoz kapcsolódik, aminek a használata nem teljesen kiiktatható a karosszéria-összeszerelésnél. Habár a cink bevonat remek védelmet nyújt a használat évei alatt, a hegesztés, átfedéses beállítás esetén, nehezen kivitelezhető megfelelő minőségben a cink alacsony olvadási hőmérsékletéből fakadóan (1180 K), míg az acélé lényegesen magasabb (1800 K). Más szóval, a kulcslyuk-hegesztés során, a cink „szendvics-szerűen” be van ágyazva két fémlemez közé és elkezd megolvadni még mielőtt az acéllemezek („zsemle”) elkezdenének olvadni. A hőmérsékletet és a keletkező gőzt valahogyan el kell vezetni a „szendvics” belsejéből. A gáztalanítást, tipikusan, egy 1-4 mm-es csatornával oldják meg a kulcslyuk mögött.

A porozitás

A megolvadt cink instabilitása rövidzárlathoz és porozitáshoz vezet. A porozitás pedig csökkenti a szakítószilárdságot és a fém korai elöregedését eredményezi, ami végzetes az autó karosszériájára. Ez a problémakör sajnos nem csak egy specifikus lézerre igaz, hanem mindegyikre, ideértve a CO2, Nd:YAG és szállézereket is. Következésképpen, ha az autóipar le akarja (le kell) cserélni a hagyományos rezisztens ponthegesztést lézerhegesztésre, akkor meg kell oldani ezt a problémát, méghozzá költséghatékony módon.

www.sciencedirect.com