DEMO: Teollisuusrobotin hyödyntäminen sulatushitsauksessa
Laserin käyttö konepajoissa on yleistynyt viimevuosina tapahtuneen teknologian kehityksen sekä laskeneiden kustannusten ansiosta. Usein lasertyöstömenetelmät soveltuvat vähähiiliseen tuotantoon koska laserlähteen energia voidaan kohdistaa pienelle alueelle ja näin saavuttaa korkea energiatiheys. Laserhitsauksessa laservalo kohdennetaan pieneen pisteeseen työkappaleen pinnalla materiaalin sulattamiseksi tai höyrystämiseksi. Tehokas konepaja -hankkeen demonstraatiossa hitsattiin sulattamalla AISI 304 -muovaamaton levy ja muovattu kappale. Hitsausdemonstraation tavoitteena oli tuottaa laadullisesti sekä ulkonäöllisesti hyvä tulos.
Laserhitsauksen käyttö on lisääntynyt viime vuosina suomalaisissakin konepajoissa. Tässä Tehokas konepaja -hankkeen demonstraatiossa keskityttiin lasersulatushitsauksen kokeiluihin.
Laserhitsauksessa laservalo kohdennetaan pieneen pisteeseen työkappaleen pinnalla materiaalin sulattamiseksi tai höyrystämiseksi. Laserhitsaus jaetaan tyypillisesti kahteen alaryhmään sulattavaan laserhitsaukseen ja syvätunkeumalaserhitsaukseen. Näiden ero syntyy lasersäteen tehotiheydestä hitsattavan kappaleen pinnalla sekä teho/hitsausnopeuden suhteesta. Teräksellä avaimenreiän synnyttämiseksi vaaditaan noin 10 kW/mm2 tehotiheys. Tämän tehotiheyden ylittävää laserhitsausta kutsutaan syvätunkeumalaserhitsaukseksi. (Dawes, 1992.)
Sulattavassa laserhitsauksessa säteen tehotiheys ei ole riittävä avaimenreiän synnyttämiseksi, tällöin lasersäde vain sulattaa materiaalin pintaa. Lasersäteen avulla syntyvä lämpö siirtyy kappaleeseen materiaalin pinnalta johtumalla. Sulattavalle laserhitsaukselle on ominaista leveä ja matala hitsin poikkileikkaus, joka muistuttaa TIG- ja MIGMAG-prosessien saumoja.
Laserhitsaus soveltuu erilaisiin sovelluksiin, ja laserhitsaus muodostuu kannattavaksi, kun valmistus on automatisoitua ja tuotettavat sarjat ovat toistuvia. Laserhitsausta voidaan hyödyntää myös ohuilla materiaaleilla, sitä on esimerkiksi käytetty moniteräisen partahöylän terien pistehitsausta, tässä terät kiinnitetään usealla pistehitsillä kokoonpanoon. Näin vältetään tarve liimaamiselle tai muulle kiinnitykselle. (Dawes, 1992.)
DEMO Sulattava Laserhitsaus
Tehokas konepaja -hankkeen demonstraatiossa hitsattiin sulattamalla AISI 304 -muovaamaton levy ja muovattu kappale. Sekä muovattu että muovaamaton levy ovat 0,8 mm paksuja. Hitsausdemonstraatiossa hyödynnettiin Mornlaserin 2000 W kuitulaseria, WSX ND24 -hitsauspäätä sekä Hyundai HA006 -robottia. Hitsauskokeissa käytettiin suojakaasuna Woikosken SK-18 hiilidioksidin ja argonin seoskaasua.
Hitsausdemonstraation tavoitteena oli tuottaa laadullisesti sekä ulkonäöllisesti hyvä tulos. Demonstraatiossa ei pyritty optimoimaan hitsausprosessia tuottavuuden näkökulmasta vaan demonstraatiossa keskityttiin jälkityöstön vähentämiseen sekä hinnaltaan edullisen hitsauslaitteiston kyvykkyyden testaamiseen. Demonstraatiossa ei hyödynnetty laservalmistajan tarjoamaa hitsauslangan syöttöä vaan tuotteiden sulattamisella saavutettiin riittävä liitos.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kokeilu oli oikein onnistunut. Tuotteen hitsausaika lyheni kokeillulla tekniikalla 70 % ja jälkityöstön tarve pieneni merkittävästi. Katso alapuolelta demovideo kokeilusta.
Lähde: Dawes, C. 1992. Laser Welding: A Practical Guide. Abington Publishing.
