Muovien laserhitsaus: Prosessiparametrien vaikutus hitsaussaumaan sekä vertailu muihin hitsaustekniikoihin

Abstract

Muovi on laajasti käytössä oleva materiaali sen monipuolisten ominaisuuksien vuoksi. Sitä hyödynnetään laajasti erilaisissa komponenteissa ja eri teollisuudenaloilla. Muovien liittäminen on olennainen osa monien tuotteiden valmistusprosessia, mahdollistaen monimutkaisten rakenteiden ja tuotteiden valmistamisen. Tässä työssä tehdään kirjallisuuskatsaus muovien erilaisiin hitsaustekniikoihin, erityisesti laserhitsaukseen keskittyen.

Työn tavoitteena on perehtyä muovien laserhitsaukseen, sen eri variaatioihin, prosessiparametrien vaikutuksiin hitsaussaumaan sekä vertailla sitä muihin hitsaustekniikoihin. Työssä esitellään laserhitsauksen kaksi pääliitostyyppiä, jotka ovat limi- ja päittäishitsaus. Limihitsauksesta on olemassa neljä eri variaatiota, joita ovat ääriviiva-, maski-, puolisimultaani- ja simultaanihitsaus. Työssä esitellään nämä eri variaatiot, kerrotaan niiden eroavaisuudet sekä verrataan niitä toisiinsa. Tämän lisäksi työssä verrataan laserlimihitsausta muihin hitsaustekniikoihin, joita ovat ultraääni-, kitka- ja kuumaelementtihitsaus.

Työssä käsitellään muovien hitsauksen kolmea kriittistä prosessiparametriä, jotka ovat lämpötila, aika ja puristuspaine. Näihin parametreihin vaikuttavia tekijöitä laserhitsauksessa ovat laserteho, hitsausnopeus, lasersäteenhalkaisija, säteilyaika, lasertyöetäisyys, puristuspaine sekä mahdollinen lisäaine tarvittavan absorption varmistamiseksi ja aikaan saamiseksi. Lasersädettä voidaan myös muokata halutunlaiseksi erilaisia DOE-elementtejä hyödyntäen, jotka entisestään laajentaa lasereiden soveltamisaluetta.

Työ osoittaa laserhitsauksen hyödyt muihin hitsaustekniikoihin verrattuna. Laserhitsauksen keskeisiä etuja ovat siitä johtuva vähäinen mekaaninen rasitus työkappaleeseen, hitsausprosessin lisäaineettomuus, hitsauksesta aiheutuva pieni lämpövaurioalue työkappaleeseen, eikä laserhitsausprosessi jätä hiukkasia valmiiseen tuotteeseen. Näiden etujen ansiosta laserhitsausta hyödynnetäänkin korkean teknologian parissa, muun muassa lääketeollisuudessa ja avaruusteknologiassa. Laserteknologian kehittyessä laserit tulevat jatkuvasti energiatehokkaammiksi ja edullisemmiksi, jotka tekevät niistä houkuttelevampia vaihtoehtoja muihin hitsaustekniikoihin verrattaessa.