16 października 2021


Konstrukcja części
Konstrukcja części jest istotna, i podczas fazy projektowej należy wziąć pod uwagę wymogi spawalnicze. W porównaniu z innymi technikami spawalniczymi, spoina laserowa charakteryzuje się wąską strefą wpływu ciepła. Typowa spoina laserowa przedstawiona jest na rysunku 3. Gdy dwa podkłady są spawane ze sobą, łańcuchy polimerowe rozpraszają się po miejscu złączenia i tworzy się wiązanie poprzez pomieszanie tych łańcuchów. Tworzywa termoplastyczne charakteryzują się niskim przewodnictwem ciepła. Dlatego po napromieniowaniu laserem, szybkość chłodzenia tworzywa jest niska i skutkuje powstaniem mocnych powiązań. Wygląda to inaczej niż w przypadku metali, gdzie ciepło jest łatwo odprowadzane od miejsca spawania. W prostych spawach nachodzących na siebie, przepływ stopionego polimeru nie jest konieczny. Wiązanie tworzy się wyłącznie przez dyfuzję, która nie stanowi czynnika ograniczającego. Istnieją dowody na to, że materiały o bardzo wysokim wskaźniku szybkości płynięcia mogą tworzyć mocne spawy [3]. Preferowana powierzchnia do spawania laserowego to powierzchnia płaska, spawana z inną powierzchnią płaską. Inaczej niż w przypadku spawania wibracyjnego lub ultradźwiękowego, urządzenia do kierowania energii nie są wymagane. Spawanie części odbywa się drogą dyfuzji stopionego tworzywa, z jednej części do drugiej. Dlatego opadnięcie zgrzeiny nie ma tak krytycznego znaczenia, co może czasami być szkodliwe. Opadnięcie zgrzeiny powoduje, że do obszaru spawania wprowadzony zostaje nowy materiał. Nie może on zostać podgrzany do wymaganej temperatury potrzebnej do spawania, co skutkuje powstaniem zimnej spoiny [4]. Opadnięcie materiału również wymaga wymiany materiału. Przy wielu operacjach spawalniczych stosowane są rynienki na rąbki zgrzeiny, które służą jako zbiorniki na nadmiar stopionego materiału. Jeżeli nie są one zaprojektowane, stopione tworzywo zostanie wypchnięte ze spoiny jako rąbek, albo będzie przeszkadzać w wykonaniu spoiny. Należy uwzględnić to, jakie części będą ze sobą współpracować. W przypadku spawania konturowego, szczelina powinna wynosić mniej niż 100 mikronów. Przy spawaniu konturowym spoina powstaje w momencie, gdy powierzchnia spawana jest śledzona laserem. Z chwilą, gdy porcja części zostanie zespawana, pozostała część jest zablokowana w miejscu. Jeżeli pomiędzy częścią górną a dolną istnieje szczelina, materiały nie mogą połączyć się ze sobą i nie ma możliwości utworzenia zgrzeiny. Przy spawaniu konturowymi istnieje niewielka szansa dociśnięcia ze sobą części, aby zlikwidować szczelinę. Jednakże, gdy używany jest laser symultaniczny lub skanujący (kwazi-symultaniczny), części będą ogrzewane wolniej. Pozwala to na zmiękczenie obu części i ich osiadanie z powodu zastosowanej siły zamocowania. W miarę podgrzewania części, szczeliny mogą zostać zamknięte i utworzą się spoiny w miejscach, które w przeciwnym razie byłyby obszarami słabego spawu. Przy projektowaniu części szorstkie powierzchnie mogą być niekorzystne, albo korzystne. Mogą one skutkować powstaniem nieodpowiedniej styczności powierzchni, a tym samym słabszych spoin. Chropowatość może być spowodowana problemami podczas formowania części. Może jednak zostać zaprojektowana specjalnie, jak w przypadku powierzchni matowych. W przypadku wykończenia matowego, łączna powierzchnia mająca styczność z drugą częścią jest znacznie ograniczona. Spaw powstanie wyłącznie w punktach wysokich matowego wykończenia. Z uwagi na to, że części nie są do siebie wystarczająco dociśnięte, może się okazać, że całkowity kontakt powierzchni z powierzchnią nie będzie nigdy możliwy. I odwrotnie, szorstkość niektórych powierzchni może okazać się zaletą przy spawaniu laserowym. W przypadku części trudnych do spawania, takich jak fluoropolimery (teflon), spawanie można ulepszyć poprzez ścieranie powierzchni części. Istnieją również przypadki, gdzie na powierzchni części zastosowana jest powłoka ochronna, taka jak powłoka odporna na zadrapania na poliwęglanie. Bez ścierania powłoka ta nie pozwoli na spawanie materiału bazowego. Na koniec, kontrolowana szorstkość może być przydatna podczas stosowania spawania symultanicznego. Spawanie symultaniczne całego obszaru spawania pozwala, by powierzchnia szorstka stanowiła spoinę początkową. Dodatkowe ogrzewanie podnosi powierzchnię i kończy proces spawania. Części wypaczone mogą tworzyć szczeliny w spawach. Wypaczenia mogą być bardziej widoczne w cienkich, giętkich częściach. Można to obejść zwiększając siłę zamocowania. Generalnie źródłem wypaczenia jest formowanie. Może okazać się możliwe przezwyciężenie tego problemu współpracując z projektantem formy, aby zminimalizować wypaczenia obszarów spawanych. Może być również możliwe “spłaszczanie” części poprzez ich wyżarzanie przed spawaniem. Drugim źródłem wypaczania może być samo spawanie. Zasadniczo spawanie laserowe nie powoduje oddziaływania wysokich temperatur na powierzchnie przylegające do miejsca spawania. Jednakże, jeżeli nadmierne ciepło zostanie zastosowane na cienką, elastyczną część, może się ona wypaczyć w ciągu kilku sekund po zwolnieniu siły zamocowania. Problem ten można zredukować utrzymując taką samą siłę zamocowania do czasu wystudzenia się części. Rozpraszacze ciepła oraz zastosowanie czynników chłodzących może gwałtownie schłodzić część i wyeliminować potencjalne problemy z wypaczaniem.