123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

Laserové svařování

Připraveno podle publikace vydané a.s. Technologické centrum, Brno,
autor p. Ing. Petr Zatloukal

Technologické lasery jsou ideálně vhodné pro širokou škálu různých úkolů v oblasti svařování. Jejich výkon se nejčastěji pohybuje se v rozmezí 0,5-9 kW a vystupující laserový paprsek je možné zfokusovat na průměr 0,5 mm a menší, což představuje ideální nástroj pro svařování.

Svařovací proces

Při tavném svařováni je pro vytvoření svarového spoje velmi důležitý minimální energetický vstup. Čím nižší je energie vstupující do technologického procesu, tím menším deformacím svarek podléhá. Laser je schopen dodávat vstupující energii ve velmi zfokusované formě, což umožňuje vytvořit hluboký a úzký svar s minimálním teplotně ovlivněným pásmem. Navíc, protože objem roztavené oceli je velmi malý, je možno pracovat i při větších tloušťkách bez přídavného materiálu.

Svařování v jedné vrtvě je možné u materiálů do tloušťky až 12 mm, a to mnohem rychleji než konvenčními metodami.

Vysoká kvalita a reprodukovatelnost svaru je zaručena programovým ovládáním manipulátoru i vlastního laseru. Většinu materiálů svařitelných běžnými metodami je možno svařovat i laserem, často mnohem rychleji a s lepšími vzhledovými výsledky. Díky velice malému tepelně ovlivněnému pásmu kolem svaru je v některých případech možné svařovt i materiály, které je velice problematické svařovat konvenčními metodami.

Vynikajícím materiálem pro svařování laserem jsou nerezavějící oceli, kde se dosahují homogenní svary bez pórů, dále nízkouhlíkaté oceli s obsahem uhlíku do 0,3% bez výrazných znečisťujících příměsí a s nízkým obsahem síry. Vhodnými materiály pro laserové svařování jsou i méně obvykle používané materiály, jako titanové, zirkonové a chromniklové slitiny a některé slitiny s relativně nízkou elektrickou vodivostí bez prchavých příměsí. Kovy jako hliník nebo měď nejsou příliš vhodné z důvodu vysoké reflexivity povrchu vůči CO2 zářeni a vyžadují proto použít speciální postup a velkou opatrnost. Oceli s vysokým obsahem uhlíku nebo materiály obsahující vměstky (např. mnohé vysoko legované slitiny) jsou svařitelné speciálními svařovacími technologickými postupy a musí být podrobeny tepelnému zpracování před nebo po svařování. Materiály obsahující prchavé příměsi nejsou velmi vhodné pro svařování laserem. Typickým příkladem těchto materiálů jsou mosazi, galvanická ocel, magnetické slitiny a zinek.

Zfokusovaný laserový paprsek je schopen roztavit a částečně i odpařit zpracovávaný materiál. Při tomto procesu se na povrchu materiálu vytvoří dutina vyplněná parami kovů o vysokém tlaku a roztaveným materiálem, který je s parami kovu v rovnovážném stavu. Tato dutina funguje jako výborný absorbér laserové energie. Protože tvar této dutiny je hluboký a úzký, zanechává laser hluboký a úzký svar.

Tavná lázeň se chrání před oxidací ochrannou atmosféru, složenou obvykle z dusíku, argonu, oxidu uhličitého nebo helia. Kontrola procesu svařování je zabezpečována ovládáním výkonu laseru a regulací svařovací rychlosti. Šířku svaru lze ovlivňovat změnou parametrů dopadajícího laserového paprsku pomocí fokusační optiky nebo změnou vzdálenosti svarku od laserové hlavy.

Příprava svarového spoje při laserovém svařování

Správné sestavení svarového spoje je při laserovém svařování velmi důležitým faktorem. Laser je velice přesný nástroj vyžadující poměrně vysokou úroveň přípravy. Typická šířka stopy při svařování vysokovýkonovým laserem je asi 1 mm a mezera pro svařování by neměla překročit 25% šířky této stopy. Jen tak je zajištěna správná fúze svarových ploch. U většiny laserových svarů se nepoužívá přídavný materiál, proto musí být mezery mezi plochami svaru velice úzké, jinak mohou vznikat vruby.

Laser může být použit i pro svařování s přeplátováním s částečným nebo úplným průvarem. Požadavky pro nastavení šířky mezery mezi plochami budoucího svaru jsou v tomto případě méně přísné.

Další možností používanou při laserovém svařováni je oboustranný tupý spoj. V tomto případě vytvoří laserový paprsek jednoduchou stopu po obou stranách na tupo spojovaných součástí.

Při svařování laserem je možné použít také přídavný materiál, a to buď ve formě drátu přidávaného do svaru nebo plnicí kovové vložky. V tomto případě je možno tolerovat větší mezery mezi stěnami budoucího svaru. Přídavným materiálem je možno i ovlivnit chemické složení svaru a zvýšit např. svařitelnost vysokouhlíkatých ocelí.

Výhody laserového svařování

Laserové svařování má oproti jiným metodám celou řadu předností. Mezi nejdůležitější patří:

  • lehce dosažitelný úzký a hluboký svar u širokého spektra materiálů,

  • efektivní hluboké svary mohou být provedené u materiálů o tloušťce až 12 mm,

  • laserové svařování probíhá s velmi malým vstupem energie na jednotku délky, výsledkem čehož jsou malé deformace, malé zbytkové vnitřní pnutí vzniklé svařováním a malé tepelně ovlivněné pásmo,

  • vysoká produktivita práce technologického procesu,

  • setrvačnost laserového paprsku je velmi malá, laserové svařování je proto vhodné pro automatizaci,

  • laserové svařování probíhá na vzduchu bez použití vakua pouze se speciální inertní přídavnou atmosférou,

  • nedochází k žádnému znečišťováni svaru materiálem elektrod,

  • laserový paprsek může lokálně svařovat i na místech těžko dostupných, kde by to bylo jinými způsoby svařování obtížné.

    Typické aplikace technologie svařování materiálů laserem

    Obecně se dá říci, že technologie svařování materiálů laserem je vhodná tam, kde je nutné zrealizovat velmi náročné svary z hlediska kvalitativního a z hlediska sériové a hromadné výroby při požadavku automatizace tohoto procesu.
    Hlavním odbytištěm uvedené technologie budou tedy:

  • strojírenská výroba, zvláště pak výroba automobilů,
  • zbrojní výroba,
  • elektrotechnická výroba,
  • výroba zdravotnické techniky.
  • Zpět na laser ve strojírenství



    logo welding.cz