Diodilaserin käytön edellytykset ohutlevyjen hitsauksessa

Abstract

Diplomityössä tutkitaan diodilaserhitsausta mahdollisena teollisuuden menetelmänä ja menetelmän vaatimuksia hitsattaessa ohutlevyjä. Työssä tutkittavat materiaalit ovat kylmävalssattu teräs ja ruostumaton teräs sekä liitosmuotoina päittäis-, laippa- ja päällekkäisliitos. Materiaalivahvuudet ovat 0,50 mm:stä 1,50 mm:iin. Työn tavoitteena on määrittää näille kyseisille materiaaleille ja liitosmuodoille hitsausnopeus levynvahvuuden funktiona. Lisäksi käsitellään diodilaserin rakennetta, säteen muodostusta, säteen muokkaamista, säteen analysointia ja säteen turvallisuuteen liittyviä asioita. Suoritetaan vertailua käytössä oleviin muihin lasertyöstömenetelmiin konepajoissa ja tehdään arvio mahdollisen diodilaserinvestoinnin kannattavuudesta. Diodilaserhitsauskokeissa käytettiin Hämeen ammattikorkeakoulun Riihimäen yksikön 1 kW:n tehoista diodilaseria. Koekappaleet leikattiin suuntaisleikkurilla. Osalle hitsatuista kappaleista tehtiin poikittaiset vetokokeet ja mitattiin mikrokovuudet. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Kaikille tutkituille liitoksille, materiaaleille ja vahvuuksille saatiin määriteltyä hitsausnopeudet. Tehtyjen testien perusteella suuntaisleikkurin käyttö on mahdollista. Lisäksi havaittiin suojakaasun käytön myötä, että kirkkaan sulan aiheuttama heijastavuuden kasvu edellyttää hitsausnopeuden pienentämistä.

The potential use and the demands of diode laser welding in the thin sheet metal industry are studied in this thesis. The materials to be welded are cold rolled steel and stainless steel, AISI 304. The welding joints are end-to-end, flange and overlapping. The thickness of the material ranges from 0.50 mm to 1.50 mm. The aim of this thesis is to define welding speed for these materials and joints.In addition, the construction of the diode laser, the generation, formation, and modification of the beam, as well as issues concerning the safety of the diode laser are dealt with. A comparison is also made between the diode laser and other tooling lasers already being used in workshops. A feasibility study to determine the advisability of investing in a diode laser is also included. The diode laser used for the welding is located in Häme Polytechnic in Riihimäki and the power of the laser is 1 kW. The test pieces were cut using a guillotine shear. Some of the welded pieces were tested using transverse tensile and micro hardness tests. Imperfections were examined using visual and radiographic inspection. The welding speeds for all the joints, materials and thicknesses examined were defined. The tests show that it is possible to use a guillotine shear for the pieces that have to be welded with a diode laser. In addition, tests show that it is necessary to slow down the welding speed when using shielding gas because the reflectivity factor grows due to the bright melt.