Fiberlasersvetsning är en svetsprocess där en laserstråle används som värmekälla. Eftersom fiberlasrar är beröringsfria verktyg har de ett lågt underhållsbehov och möjliggör höga svetshastigheter. Laserstrålen är mycket precis och har låg värmetillförsel, vilket minimerar skador på materialet.
En växande tillämpning är svetsning av anslutningar mellan battericeller och samlingsskenor i cylindriska och prismatiska celler och moduler. Du kan se ett exempel i följande video:
För att få en god förståelse för de olika möjligheterna kan du fortsätta läsa för att ta del av all viktig information.
Fiberlasersvetsning blir allt vanligare inom tillverkningsindustrin för att skala upp produktionen och förbättra kvaliteten. Metoden medför dock också en rad utmaningar, som presenteras nedan.
| Fördelar | Utmaningar |
|---|---|
| Svetshastigheten är hög och kan anpassas till varje tillämpning genom att lasereffekten justeras | Svetskvaliteten påverkas av yttre faktorer, exempelvis fogspalt och materialdefekter |
| Processen är precis och lätt att kontrollera, vilket gör den mycket repeterbar | Lasersäkerhetsåtgärder krävs för att skydda personalen och arbetsmiljön |
| Fiberlasrar kan svetsa ett brett spektrum av metaller, exempelvis koppar, aluminium och rostfritt stål, och kan även användas för att sammanfoga olika metaller | Variationer i delarnas placering kan påverka laserstrålens fokus |
| Fiberlasertekniken är kompakt, vilket minimerar utrymmesbehovet | Laserstrålens väg måste vara fri från hinder, inklusive damm och rök (som kan förvränga strålen) |
| Svetsprocessen är beröringsfri och kräver lite underhåll | Materialets reflektivitet har stor inverkan på laserprocessens effektivitet |
| Lasrar styrs av en styrenhet, vilket gör dem enkla att automatisera med robotar | Optiska komponenter behöver skyddas, vilket innebär att förbrukningsmaterial som skyddsglas krävs |
| Effektiv energianvändning ger låg värmetillförsel och minimal termisk deformation | Laserprocessen måste optimeras för varje tillämpning eftersom olika metaller har olika smälttemperaturer, vilket är särskilt utmanande när man svetsar olika metaller |
Våra laserexperter vet hur man hanterar dessa utmaningar och kan hjälpa dig.
Fiberlasersvetsning använder en starkt fokuserad laserstråle för att foga samman metaller. Laserstrålen genereras genom ett system av elektriska och optiska komponenter. Nedan är en lista över de viktigaste komponenterna och deras funktioner.
Fiberlasersvetsmaskiner innehåller även andra komponenter utöver de optiska och elektriska. Här är några vanliga exempel.
Trådmatare
En trådmatare kan användas för att tillföra tillsatsmaterial under svetsningen. Det är en hybridteknik mellan MIG-svetsning och lasersvetsning. Trådmatning kan i vissa fall bidra till hög svetskvalitet, men saktar ned svetsprocessen eftersom laserenergin används för att smälta mer metall. Trådmatning är användbar när fogpassningen inte är perfekt och skapar spalter, när stelningen sker för snabbt och orsakar sprickor eller när svetsfogens mekaniska egenskaper behöver modifieras.
Skyddsgas
För att förhindra oxidation av svetsfogarna använder vissa tillverkare en skyddsgas, exempelvis argon, i kombination med lasersvetsning. Även om skyddsgas inte alltid behövs för att uppnå den svetskvalitet som krävs är den alltid fördelaktig, eftersom den bidrar till att minska antalet defekter i svetsfogarna. En metod som vi använder på Laserax är att först utveckla lasersvetsprocessen utan skyddsgas och försöka uppnå god svetskvalitet på det sättet. Om skyddsgas därefter tillsätts förbättrar den bara processen.
Laserstyrenhet
Styrenheten är en elektronisk enhet som styr laserprocessen genom att justera parametrar som lasereffekt, pulsrepetitionsfrekvens och pulsvaraktighet. Den används också för att styra säkerhetsfunktioner.
Rökutsugsenhet
Lasersvetsning genererar giftig rök och föroreningar som måste sugas ut och filtreras från arbetsmiljön. Vi har tips om hur man utför rökutsugning för att maximera effektiviteten och säkerheten.
Övervakningssystem för lasersvetsning
Olika LWM-metoder finns för att tillhandahålla en realtidsanalys av svetsprocessen. Övervakningssystem för lasersvetsning (LWM) är avgörande för att säkerställa god svetskvalitet och upptäcka eventuella avvikelser från önskade svetsegenskaper. Den används för att avgöra om svetsfogar behöver omarbetas, det vill säga om de är godkända eller underkända.
Kylaggregat
Högeffektlasrar som används för industriell svetsning genererar värme som måste hanteras för att upprätthålla optimal driftstemperatur och förebygga säkerhetsproblem. Beroende på lasereffekten kan olika kylsystem användas, exempelvis luft- eller vattenkylda kylaggregat.
Både kontinuerliga och pulsade fiberlasrar kan användas för lasersvetsning. Deras egenskaper gör dem bättre lämpade för olika tillämpningar. De viktigaste skillnaderna är:
Single mode-lasrar lämpar sig bättre för mikrosvetsning som kräver högre precision, exempelvis svetsning av batterikontakter, medan multimode-lasrar passar bättre för större arbetsstycken som behöver bearbetas snabbare.
Handhållna fiberlasersvetsmaskiner är mer tillgängliga än någonsin. På liknande sätt som med MIG- och TIG-svetssystem håller operatören i en ”pistol” för att aktivera och rikta laserstrålen. Även nya och oerfarna svetsare kan snabbt bli produktiva och skapa svetsfogar av hög kvalitet eftersom inlärningskurvan är betydligt flackare.
Arbetsstationer är halvautomatiserade lösningar som vanligtvis kräver att en operatör laddar arbetsstycken och startar lasersvetsprocessen. De lämpar sig väl för små produktionsserier, produktutveckling och utveckling av en process som är optimerad för en specifik tillämpning. Ett exempel är vår lasersvetsarbetsstation för batteritillverkare.
Robotarmar används ofta vid lasersvetsning tack vare sin precision och repeterbarhet. De kan programmeras för att flytta lasersvetshuvudet till specifika punkter på arbetsstycket, vilket gör det möjligt att svetsa stora arbetsstycken som karossdelar, flygplansvingar och rör.
I produktionslinjer kan robotarmar användas för att flytta och positionera fixturer under lasersvetsningen, vilket minimerar väntetiden för fastspänning. Det gör det också möjligt att anpassa positioneringen och trycket för varje enskild svetsfog.
Vår lasersvetsmaskin för batterier är en robotassisterad lösning som är utformad för att hjälpa tillverkare att skala upp produktionen och förbättra kvaliteten. Dess automations- och visionsfunktioner möjliggör svetsning med hög hastighet. För cylindriska 21700-celler uppnår vår maskin i genomsnitt 100 ms/cell.
Fiberlasersvetsning används allt oftare i dagens produktionslinjer tack vare sina många fördelar jämfört med traditionella svetsmetoder. Den ger högre precision och hastighet, bättre svetskvalitet och möjlighet att svetsa ett bredare utbud av material.
Processen är dessutom miljövänlig, minskar mängden avfall och kräver mindre underhåll än andra svetsmetoder. Det gör den till en kostnadseffektiv och hållbar lösning för modern tillverkning.
Ultraljudsfogning är en metod där ultraljudsvibrationer används för att foga samman ytor. Du hittar mer information om hur metoden fungerar här. Här är de viktigaste skillnaderna mellan ultraljudsfogning och lasersvetsning:
MIG-svetsning, eller Gas Metal Arc Welding (GMAW), använder en trådelektrod som förbrukas under svetsprocessen för att skapa en ljusbåge och värma upp metallen som ska sammanfogas.
Fiberlasersvetsning ger svetsfogar av högre kvalitet än MIG-svetsning, särskilt i tillämpningar som kräver hög precision och kontroll. Det är också en bättre lösning för tillverkare som vill skala upp produktionen.
Lasersvetsning är dock dyrare och mer komplex att installera.
TIG-svetsning, även kallad Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), använder en icke-smältande volframelektrod för att skapa en ljusbåge och smälta metallen som ska svetsas. En separat tillsatsstav används för att tillföra material till svetsfogen vid behov.
Till skillnad från fiberlasersvetsning kräver TIG-svetsning en mycket erfaren svetsare för att kontrollera värmetillförseln och tillsatsmaterialet. Processen är också långsammare och mer arbetsintensiv.
Lasersvetsning ger en mindre värmepåverkad zon och orsakar därmed mindre skada på materialet. TIG-svetsning kan däremot vara att föredra i tillämpningar där utseendet är viktigt, eftersom metoden ger mer estetiskt tilltalande svetsfogar.
Vid motståndssvetsning leds elektrisk ström genom de metalldelar som ska svetsas. När strömmen passerar genom metallen genererar det elektriska motståndet vid kontaktpunkten värme, vilket får de två metallerna i kontakt att smälta. Elektroder kan användas för punktsvetsning, medan roterande hjul kan användas för sömsvetsning.
Fiberlasersvetsning ger bättre svetsresultat än motståndssvetsning. Eftersom det är en beröringsfri process kan den skapa mycket små och precisa svetsfogar med minimal värmetillförsel, vilket ger minimal deformation och en mindre värmepåverkad zon.
Motståndssvetsning är svårare att kontrollera eftersom elektroderna slits. Metoden lämpar sig däremot bättre för mindre manuella processer eftersom lasersystem kräver en hög initial kostnad.
Med nästan obegränsade möjligheter att konfigurera lasersystem är lasersvetsningstekniken mångsidig och anpassningsbar. Det gör den effektiv inom en rad olika branscher och möjliggör svetsfogar av hög kvalitet på både små och stora arbetsstycken.
| Bransch | Exempel på användningsområden |
|---|---|
| Fordonsindustri | Battericeller och moduler, råkarosser, hjulupphängningssystem, transmissionssystem |
| Flygindustri | Turbinblad, ramkonstruktioner, flygkroppssektioner |
| Elektronik | Kretskort, battericeller och moduler, höljen, elektriska kontakter |
| Medicinteknik | Medicintekniska produkter och implantat |
| Byggindustri | Fönsterramar, plåtar, rör |
| Försvarsindustri | Ramkonstruktioner, pansarplåtar |
I takt med att efterfrågan på snabbare, effektivare och mer precisa tillverkningsprocesser fortsätter att öka kommer fiberlasersvetsning sannolikt att spela en allt viktigare roll inom många branscher.
Om du har ett svetsprojekt som kan dra nytta av laser kan du kontakta våra laserexperter redan i dag.
Teknisk expert och konsult inom batterier och elektriska framdrivningssystem, Stéphane har en examen i fysik med inriktning mot fotonik, optik, elektronik, robotik och akustik. Engagerad i omställningen till elfordon har han utvecklat industriella batteripaket för elcyklar. På fritiden driver han en YouTube-kanal om allt som rör el.
Automatiserad lasersvetsning är en banbrytande tillverkningsprocess som kombinerar laserteknikens precision med automatiseringens konsistens och hastighet. I grunden handlar det om att använda en laserstråle (vanligtvis styrd av ett skanningsoptiskt system, robot eller portalsystem) för att smälta samman material på ett kontrollerat, beröringsfritt sätt.
Med den snabba tillväxten av elbilar inom bilindustrin har batterisvetsning blivit en viktig utmaning för att hålla jämna steg med krävande produktionskrav. På Laserax har vi utvecklat en lasersvetscell som hanterar dessa utmaningar.
Vi har nått en tidpunkt där lasersvetsning inte bara är lämpligt för produktionslinjer med stora volymer, utan även för alla typer av tillverkare. Eftersom lasersvetsning är så tillgängligt är det nu ett bra tillfälle att utforska denna beprövade process som lovar precision, snabbhet och kostnadseffektivitet.
