3. Spawanie laserowe metali

Przed spawaniem elementów należy dokonać badania spawalności. Zaczynamy od doboru materiału, dopasowania spoiny do potrzeb, tolerancji elementów a także dodatkowych funkcjonalności (wytrzymałość, estetyka, szczelność itp.).

3.1 Dobór metalu

Dobranie metalu, tak by był zadowalał zarówno funkcjonalnością i łatwością spawania jest kluczem do sukcesu. Spawarka laserowa podobnie jak tradycyjna jest ograniczona właściwościami fizyko-chemicznymi metali, dlatego przed spawaniem należy sprawdzić czy dany metal jest dobrze spawalny. Najczęsciej spawanymi materiałami jest stal czarna oraz aluminium, poniższa tabela przedstawia spawalność najpopularniejszych metali i ich stopów.

Materiał	Stop w Kategorii	Spawalność	Komentarze
Aluminium	1050, 3003, 6061, 4047	✅✅	Dobre dla większości, konieczne przetestowanie wrażliwości na pęknięcia (5052, 5082).
Miedź berylowa	–	✅✅	Dobre spoiny, istnieje ryzyko związek z tlenkiem berylu.
Stal węglowa	–	✅✅✅	Dobre spoiny, zalecane różne zawartości węgla w zależności od metody spawania.
Miedź	–	✅✅	Wymagane wysokie poziomy energii do spawania.
Stopy niklu	Hastelloy-X, Inconel 600, 718	✅✅✅	Dobre spoiny, szczególnie z wyżej wymienionymi stopami.
Nitinol	–	✅✅	Dobre spoiny, wymagana ostrożność w celu uniknięcia kruchości.
Brąz fosforowy	–	✅✅	Dobre spoiny, sprawdzone pod kątem spawalności.
Stal nierdzewna	304, 304L, 316, 316L, 303, 400	✅✅✅	Doskonałe spoiny (304, 304L), zalecane odpowiednie dopasowanie materiałów dla spawania (303).
Tytan	–	✅✅	Dobre spoiny, wymagane odpowiednie techniki spawalnicze.
Wolfram	–	✅	Kruchość spoin, trudniejsze do spawania.

Tab.1 – spawalność przykładowych metali

3.1.1 Spawanie róznych metali ze sobą

W niektórych branżach, np. produkcji baterii i sprzętu medycznego, rośnie zapotrzebowanie na spawanie różnych materiałów. Jest to trend obserwowany również w ogólnym przemyśle, pozwalający na maksymalizację wydajności elementów poprzez dobór optymalnych właściwości materiałów, bez konieczności kompromisów związanych ze spawalnością, stąd należy sprawdzić czy dane metale da się ze sobą połączyć w zadowalający sposób.

Przykładowo, spawanie stali nierdzewnych z serii 3XX jest zazwyczaj dobre, ale materiały 303 i 316 mogą powodować problemy. Stal 303, z uwagi na zawartość siarki, jest trudna w spawaniu, jednak połączenie jej z 304L może być wykonalne. W przypadku stali 316, istotne jest utrzymanie odpowiedniego stosunku chromu do niklu w spoiwie, a ciągły tryb spawarki laserowej (CW) może pomóc w uniknięciu pęknięć.

Spawanie różnych stopów aluminium także wymaga uwagi, aby uniknąć pęknięć. Przykładowo, połączenie stopu aluminium 6061 z 4047 jest powszechne w elektronice, ponieważ poziom krzemu w stopie 4047 zapewnia bezpieczny zakres stopu.

Materiał 1	Materiał 2	Komentarze	Spawalność
Aluminium	Stal czarna	Może być związane; tworzą się kruche międzymetaliczne na interfejsie. Testowanie w celu dostosowania jest istotne.	✅
Miedź	Aluminium	Dobry spaw	✅
Stal czarna	Miedź	Dobry spaw	✅
Stal czarna	Brąz fosforowy	Dobry spaw	✅
Aluminium	Stal czarna	Mogą być spawane; spoina może być krucha; Testowanie w celu dostosowania jest istotne.	✅
Tytan	Aluminium	Dobry spaw z pewnymi stopami aluminium (1xxx & Ti-6Al-4V)	✅
Stal nierdzewna	Miedź	Dobry spaw	✅

Tab.2 – spawalność przykładowych par metali

3.1.1 Spawanie metali powlekanych

Materiał pokrycia, jego grubość i metoda aplikacji mają znaczący wpływ na proces spawania laserowego.

Na przykład, powłoka z niklu jest częściej stosowana w spawaniu laserowym niż cyna ze względu na rozpryski wynikające z niskiego punktu wrzenia cyny. Podczas spawania laserowego, np. stali czarnej ocynkowanej, niewłaściwe parametry spawalnicze lub zbyt duża grubość powłoki mogą prowadzić do pęknięć w spoinie.

Metoda nakładania powłoki również odgrywa kluczową rolę. Powłoki chemiczne mogą zawierać zanieczyszczenia, co utrudnia proces spawania. Zaleca się stosowanie metody elektrolitycznej nakładania powłoki.

3.2 Dopasowanie i projektoweanie spoin

3.2.1 Spawanie w trybie wobble

Tryb wobble, to tryb w którym spawarka laserowa oscyluje wiązką lasera na szerokość do 5 mm, umozliwiając tym samym uzyskiwanie estetyczniejszych i szerokich spoin o róznym zastosowaniu.

3.2.2 Tolerancja szczelin

–

POPRZEDNI KROK

Podstawy spawania laserowego

NASTĘPNY KROK

Moc i źródło lasera