Laserové sváření kovů

svareni

Laserové technologie jsou v mysli mnoha lidí často spojeny především s dělením kovových materiálů v případě vláknového typu laseru či s dělením nekovových materiálů v případě CO2 laserů. Tento typ se v minulosti často využíval i pro dělení kovových materiálů, nicméně v posledních letech byl v této aplikaci vláknovými lasery zcela vytlačen.

Kromě dělení materiálu lze však laserové technologie využívat ke zpracování materiálu jinými způsoby. Například laserové značení je dnes jednou z nejpoužívanějších technologií pro popis kovových i nekovových materiálů. V poslední době se rozšiřuje technologie laserového čištění jako náhrady za chemické čištění kovů, které je vzhledem k práci s agresivními chemikáliemi v Evropě náročné na bezpečnost práce a dodržení ekologických norem.

Z Asie se k nám dostávají čisticí stroje, jejichž cena je čím dál dostupnější. Bohužel i v tomto případě platí, že zajistit bezpečnost obsluhy ve shodě s evropskou harmonizovanou normou je velmi obtížné, a řada strojů se tak stává nepoužitelnou pro evropské trhy. Je to škoda, protože jejich cena se pohybuje již na velmi přijatelné úrovni a náš průmysl se díky vysokým nárokům na bezpečnost v případě laserového čistění a bezpečnost a ekologii v případě chemického čištění stává méně konkurenceschopným na globálním trhu.

Dnes si ale řekneme něco o laserovém svařování, které se těší stále větší oblibě. Pro tyto účely se využívá vláknových laserů,  nejčastěji s výkonem do 2 kW, který je dostačující pro provaření materiálu do cca 3 mm, optimální je však jeho využití do 2 mm u uhlíkové oceli. Laserové svařování nevyužívá elektrody a je bezkontaktní.

Díky vysoké přesnosti regulace vstupní energie a přesně definovaném bodu laserového paprsku je možné provádět vysoce přesné svařování s předem garantovaným výstupem. Zároveň je do procesu zanášeno pouze nejnutnější množství energie v předem definovaném bodě, a nedochází tak k tepelným deformacím svařence. 

Obrovskou výhodou této technologie je její rychlost – při výkonu 2 kW a provaření do hloubky zmíněné 2 mm se rychlost svařování pohybuje kolem 2 metrů za minutu. Díky bezkontaktní a bezelektrodové technologii nejsou do sváru zanášeny žádné nečistoty. Výsledný svár vytvořený laserovou technologií má velmi úzkou stopu v barvě kovu a na rozdíl od tradičních technologií pak již nevyžaduje další úpravu broušením.

Další nespornou výhodou laserového svařování je šíře materiálů, které lze svařovat. Kromě zmíněných uhlíkatých ocelí je možné svařovat i nízkolegované a austenitické nerezové oceli, hliníkové či uhlíkové slitiny, slitiny titanu ale i mědi či niklu. V mnoha případech je možné vzájemné svaření uvedených materiálů, které je bežnými svařovacími procesy nemožné. Lasrovou technologií lze dále svařovat některé druhy plastů a kompozitních materiálů.

Svařovací proces probíhá dvěma základními způsoby:

  • První variantou svařování je technologie hlubokého svařování, označovaného také jako svařování klíčovou dírkou. Při tomto procesu, vyžadujícím velmi vysokou koncentraci energie je paprsek zaostřen na povrch svařovaného materiálu kde začne tavit a odpařovat kov. Pára Ípřesněji pak plazma), vznikající z tavení kovu je vysoce ionizovaná a dokáže znovu absorbovat energii laseru, čímž dále zvyšuje efektivitu celého procesu. Hloubka takového sváru může být i desetkrát širší než jeho šířka.
  • U tenčích materiálů se častěji využívá princip kondukčního svařování, při kterém je mírně rozostřený paprsek veden po spoji svařovaných materiálů. Energie je absorbována materiálem který je nataven a v místě svaru se promísí. Teplo je šířeno pouze díky tepelné vodivosti samotných materiálů. U této metody je šířka sváru vždy větší než jeho hloubka. Vytváří se mimořádně čistý a hladký svár.

Další výhodou laserového svařování při porovnání s klasickými MIG/MAG či TIG technologiemi je možnost velmi přesného nastavení svařovacích parametrů na ovládacím panelu svářečky, díky kterému je umožněné sváření i velmi tenkých materiálů od 0.3mm. Přesné ovládání laserového zdroje dovoluje využití celé škály svařovacích režimů – kontinuálního režimu, pulsního režimu, ražimu postupného zvyšování výkonu zvaného smyčka či jejich přednastavených kombinací.

Svařování tak jako u ostatních technologií může probíhat s přidaným materiálem či bez přidaného materiálu. Laserové svářečky jsou často vybaveny automatickým podavačem materiálu o průměru 0.6 – 1.2 mm. Rychlost podávání do místa sváru je volně nastavitelná a i tu lze tedy velmi přesně regulovat.

Při svařování nedochází k kontaktu laserové hlavy s materiálem. U ručních svářeček je miniaturní laserová hlava umístěna v pistolovém gripu a s tělem svářečky je spojena pružným kabelem vedoucím optické vlákno a případně zajišťujícím vedení přídavného materiálu. Tato konstrukce zajišťuje velmi dobrou manipulaci s celým nástrojem. V přední části hlavy je umístěna „tryska“, dodávaná v různých tvarech, které usnadňují provádění jednotlivých typů sváru. Díky dobré manipulaci je možné svařování provádět i v obtížně přístupných místech, kde by nebylo možné používat tradiční technologie procesu.

Abychom byli objektivní, je třeba zmínit i nevýhody principů laserového svařování. Tato technologie dosud není vhodná pro svařování velmi silných materiálů, u kterých bude třeba ještě posečkat na svářečky s vyšším výkonem. Další nevýhodou je třeba zajistit laserovou bezpečnost vytvořením vhodného svářecího pracoviště  - jedná se však o jednorázový náklad který je vyřešen v rámci instalace technologie. Stejně jako u ostatních svařovacích technologií je třeba dodržet zásady vyjádřené v bezpečnostní normě ČSN 60825.

Další drobnou nevýhodou může být příprava samotných dílů pro svařovací proces. Jelikož samotná technologie laserového svařování je velmi přesná, je náročná i na přesné spasování svařovaných dílů. 
Poslední nevýhodou kterou je třeba zmínit je vyšší cena samotné svářečky, která se dnes pohybuje v rozmezí 0.5-1mil Kč.
Shrnutí závěrem.

Technologie laserového svařování je vhodná pro přesné svaření především kovových prvků s požadovanou hloubkou sváru do cca 4mm. Vytváří čistý spoj bez zanesených nečistot, který již není třeba dále upravovat. Vyniká vysokou rychlostí svařovacího procesu a je vhodná i pro vytvoření sváru v kombinacích kovů, kterého není možné dosáhnout u konvenčních technologií.