Laserbearbeiding, metoder for bearbeiding av materialer i industriell produksjon ved hjelp av kraftige industrilasere (se laser). De viktigste metodene er sveising, termisk skjæring, boring, dreiing og fresing samt overflatebehandling.

Det er hovedsakelig to typer laser som brukes i industrien: CO2-laseren, hvor det aktive medium er et rør fylt med nitrogen, helium og litt karbondioksid, og Nd/YAG-laseren, hvor mediet er en krystallstav av yttrium-aluminium-granat dopet med neodym. Begge typer sender ut infrarødt lys.

CO2-laseren har en bølgelengde på 10,6 μm og er tilgjengelig med effekter opp mot 50 kW. Lysstrålen avbøyes og føres frem til arbeidsstykket ved hjelp av speil. Bevegelsen styres oftest automatisk fra en konstruksjonsdatabase. For de høyeste effektene må også fokuseringen skje med speil i stedet for med linser.

Nd/YAG-laseren har en kortere bølgelengde på 1,06 μm, som tillater overføring av strålen til arbeidsstykket ved hjelp av fiberoptikk, og er en praktisk fordel. For tiden er effekten begrenset til 9–10 kw, men laseren er like fullt et meget benyttet alternativ.

I en laserstråle er spredningen minimal, lyset er koherent og som regel monokromatisk. Disse kvaliteter gjør at strålen lett kan samles i et lite fokus på 0,01–1 mm, og at en høy effekttetthet i området 104 w/mm2 avsettes på sveisestedet. Dette er to til tre tierpotenser høyere enn hva som kan oppnås ved elektrisk buesveising, og på linje med intensitetene ved elektronstrålesveising. Metallet fordamper der strålen treffer, laserenergien absorberes i dampen, og metallet smelter i en smal, dyp grop som holdes åpen av damptrykket. Denne «nøkkelhullform» for innsmelting innebærer en svært effektiv varmeoverføring, eksemplifisert ved at en 25 mm stålplate kan gjennomsveises i ett lag med en kraftig CO2-maskin. På det nærmeste forbrukes all energi som leveres til metallet til smelting, til forskjell fra konvensjonelle metoder hvor tallet ligger vel under 50 %, og hvor resten går til unyttig, til dels skadelig oppvarming av arbeidsstykket. De smale og dype innsmeltninger innebærer minimal termisk kastning av konstruksjonen. Sveisesonen beskyttes ved lokal tilførsel av dekkgass. Laserstrålen kan arbeide med høy intensitet i korte pulser på noen millisekunder, med lavere intensitet i lengere pulser eller kontinuerlig, og sammen med innstillbar fokusstørrelse utøver disse friheter en særdeles god kontroll over sveiseprosessen. Fordelene ved lasersveising har meget til felles med dem som tilligger elektronstrålesveising, men laserutstyret er billigere, mer robust, og passiv tid er kortere sammenlignet med vakuumsveising.

En laserstråle er en presis varmekilde også for sveising av tynne plater, hvor varmeoverføringen skjer ved ledning uten fordampning. Sveisehastigheten for en 1 mm tykk stålplate kan dreie seg om 10 m/min, ulike platetykkelser og kvaliteter kan forbindes, og også her skjer sveisingen uten termisk kastning av arbeidsstykket. De aller fleste metaller og legeringer kan sveises.

Lasersveising foretas vanligvis under computerkontroll (CNC), hvor sveisehodet er tilkoblet en flerakset robot. Automatisert sveising er velegnet for repeterbar produksjon, og arbeidet med programmering kan lettes ved bruk av CAD-tegninger.

Den første eksperimentelle lasermodell ble laget i 1960, og med bakgrunnskunnskap om elektronstrålesveising som allerede var i gang, var den industrielle bruk av lasersveising og skjæring forutsett, og ble iverksatt så snart lasere av tilstrekkelig energi kunne leveres. Leverandører av komponenter til bilindustrien utnytter fordelene ved lasersammensveising av ferdigmaskinerte elementer, som innebærer at full geometrisk kontroll av komponenten opprettholdes. Fremgangsmåten medfører videre at godstykkelser kan reduseres, og at komponenten gis en mer kompakt utforming.

Bilfabrikanter bruker laser til sammenbygging av ferdigstilte karosseriseksjoner, til erstatning for elektrisk punktsveising som har vært den foretrukne metode i 40 år. Vekt spares ved bruk av smalere flenser, og laserens ferdighet til å forbinde flere lag plater i et enkelt sveisepunkt, gir økt konstruksjonsfrihet. En CNC-styrt Nd/YAG-maskin er velegnet til repeterende operasjoner av denne type. Lasersveiste pressemner (tailored blanks) for karosseribunn og rammeverk er også utfordrende produkter i bilindustrien og annen plateindustri. Her trekker man på laserens evne til å forbinde plater med ulik tykkelse og/eller kvalitet og dertil levere et plant pressemne, velegnet til videreforming. Slike emner kan også fremstilles i legeringer av aluminium og titan.

Skjæring foregår på tilsvarende måte, men ved hjelp av ekstra gasstilførsel blåser man bort smelten fra nøkkelhullet og får dermed et åpent snitt gjennom materialet med en snittbredde ned mot 0,1 mm. Man kan generelt skjære tykkere gods enn man kan sveise, med samme lasereffekt. Både metall, plast og tre kan skjæres. Ved å la laserstrålen stå i ro kan man bore små hull, med diameter fra 0,02–1,5 mm. Større hull lages ved skjæring. To laserstråler som krysser hverandre brukes til å skjære bort materiale på tilsvarende måte som ved vanlig dreiing og fresing.

Laseren kan brukes som varmekilde til å sette i gang kjemiske reaksjoner og diffusjon (f.eks. nitrering av stål), til å smelte på keramiske eller metalliske belegg eller til herding ved hurtig oppvarming og avkjøling av tynne overflatesjikt.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.