123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

01_2-4 Laserové svařování

Kvalita paprsku z pevného laseru Nd:YAG je při výkonu nad 4 kW při 12 mm x mrad sice mimořádně veliká, přesto však nejsou mnohá data CO2-laseru dosažitelná. Především malé provozní a údržbové náklady CO2-laseru umožňují jeho hospodárné užívání. Tyto náklady činí např. při 3kW-CO2-Slab-laseru ca 6 DM za hod. při 40 tis. provozních hodin. Při snížení výkonu laseru o více než polovinu se ve srovnání s konvenčním laserem dosáhne při stejné rychlosti svařování 1,5 m/min téměř stejná hloubka průvaru. Při stejné hloubce průvaru 4 mm v oceli a srovnatelném výkonu laserů svařuje Nd:YAG-laser jen poloviční rychlostí. Teprve při použití v trojrozměrném prostoru na víceosém robotu jsou celkové investiční náklady u Nd:YAG-laseru nižší než u plynového. Důvodem pro to je jednodušší vedení paprsku u pevného laseru pomocí světelných vodivých vláken. Pomocí skenerové optiky je možno paprsek na ploše volně polohovat. Fokusační čočka namontovaná na saních lineárního motoru může pracovní bod volně polohovat v prostoru 1500 mm x 1500 mm x 400 mm. Pomocí pojízdné zrcadlové jednotky je možno dosáhnout svarová místa i za rušícími hranami.

Kombinací laserového svařování a normálního obloukového procesu je možno realizovat spojovací proces s pozoruhodnými možnostmi použití. Jedna procesní varianta je kombinace CO2-laser-MSG-hybrid-svařování, jejíž možnosti použití byly zkoušeny pro vysoko výkonné svařování různých druhů oceli. Cílem bylo zjistit maximální překlenutelnou šířku spáry při tupých spojích na různých tloušťkách materiálu. Konkrétně bylo zjištěno, že při tloušťce 5 mm může být překlenuta spára 2 mm, při tloušťce 8 mm je to 1,35 mm a při 12 mm je to 0,7 mm. Svařovalo se v poloze do úžlabí (PA) bez podložení lázně. Při svařování v poloze PC na plechu o tloušťce 20 mm bylo možno bez větších technických problémů překlenout spáru 0,7 mm. Dalším důležitým aspektem pro optimální chod procesu bylo nastavení rychlosti svařování a rychlosti podávání drátu a výběr průměru drátu. Za provozních podmínek na konkrétním případě spojování byla přezkoušena a předvedena použitelnost hybridního procesu. V jedné loděnici se úspěšně svařují 10 m dlouhé plechy o tloušťce 7,5 až 12 mm rychlostí 2 m/min. Další zvětšení předností typických pro proces, zejména snížení příkonu tepla, zvýšení svařovacích rychlostí a překlenutelnost spár lze očekávat při kombinaci s dalším obloukem při tzv. Hydra-svařování. Potenciálnímu uživateli byly předvedeny možnosti, jaké nabízí CO2-laser-MSG-hybridní svařování pro průmyslovou výrobu.

Diodový Nd:YAG-laser představuje robustní, kompaktní nástroj se snadnou obsluhou. Další zlepšování jakosti paprsku je ohraničeno termickými efekty čoček. Cílem dalšího vývoje je zlepšení parametrů paprsku na 5 mm x mrad a zabudování do 100-mikrom-skleněných vláken. Tím je možno dosáhnout srovnatelnou kvalitu paprsku s CO2-laserem. Dobrý výhled dává i vývoj kotoučových laserů a SLAB-laserů. Kotoučový laser byl jako prototyp představen firmou HAAS Laser na výstavě LASER 2001. Vystavený přístroj měl výkon 1,3 kW a průměr vlákna 0,15 mm. Zatímco dosavadní lasery mají problém termických čoček, kotoučový laser žádnou tepelnou čočku nemá. Na základě jeho vynikající kvality paprsku, která je podobná jako u CO2-laseru, je možno pomocí shluku vláken znásobit jeho výkon. Toto zvýšení může být až 4násobné.

Použitelnost diodových pevných laserů s výchozím výkonem nad 4 kW umožňuje nyní rozhodující krok ke svařování hliníkových slitin. Tyto systémy mají mimořádně dobrou kvalitu paprsku, která umožňuje jeho vedení světelnými vlákny od průměru 0,4 mm. Fokusace laserového paprsku je silně ovlivněna průměrem vlákna. Výsledkem toho jsou přednosti této nové generace laserů s pevnými krystaly a s menším průměrem paprsku a s tím spojeným zvýšením hustoty výkonu. Tato vysoká hustota výkonu umožňuje nyní práce v trvalém provozu (ew). Nejprve se zkoušely malé vzorky a malé dílce s rozdílnými typy spojů, jako jsou tupé, T-spoje a přeplátované. Díly byly z hliníkové slitiny AlMgSi0,7 (tloušťka 3 mm) a AlMg3 (tloušťka 1,6 mm). Vysoce kvalitní vytváření spoje je možné jen v čistém ew-provoze. Použitím diodového laseru s výkonem v kW pro svařování hliníku lze docílit vysokou procesní stabilitu a další rozšíření rozsahu vhodných parametrů.

Byla popsána metoda ovlivňování geometrie a kvality svarového spoje. Je založena na působení elektromagnetických sil v tavné lázni a vede ke změnám v proudění tavné lázně a v koncentraci energie. Tímto způsobem lze docílit cílené změny ve tvaru spoje, v hloubce provaření a v povrchové topografii, ale i snížit tvorbu pórů.

Opracováním vnitřních povrchů rour, válců a pouzder pomocí laserového paprsku je možno na omezených částech povrchu měnit vlastnosti materiálu. Laserový paprsek umožňuje místně a časově přesně řiditelný příkon energie, takže zpravidla vzniká jen malý povlak povrchu a následné opracování není obvykle nutné. Pro průmyslové použití jsou nástroje opatřeny ochrannými funkcemi. Jedná se hlavně o ochranu optiky přetlakovými pouzdry a odváděním absorbovaných primárních paprsků, záření plazmatu nebo sekundárního tepelného záření. Zářiče se skládají ze stavebnicových dílců - laserového adaptéru, základního tělesa a nástrojové hlavy. Základní těleso umožňuje mechanické připojení na ruční manipulační systém a na nutná média procesu. V základním tělese se laserové záření předformuje pro hlavu nástroje. Pokud je to nutné, tak rotační pohyby nástrojové hlavy převezme integrovaná pohybová jednotka. V nástrojové hlavě jsou uspořádány hlavní formovací prvky záření (povrchově upravená měděná zrcadla) a dýzy pro ochranný a procesní plyn.
Pro kalení dlouhé vodicí dráhy, s vnitřním volným průměrem ca 120 mm a délkou 2 m, byl vyvinut nástroj, který je připojen na Nd:YAG-laser o výkonu 2 kW. Integrační zrcadlo dává ohnisko 3x5 mm při pracovní vzdálenosti 60 mm.
Pro kalení pouzder z vysoko legované ocele o průměru ca 60 mm a hloubce 600 mm se používá zářič pevného laseru o výkonu 3 kW. Pouzdra jsou určena pro hydraulické válce stavebních strojů.
Pro kalení pouzder v motorových blocích ze šedé litiny určených pro nákladní automobily byla vyvinuta kalicí optika pro práci uvnitř trubek s rotační nástrojovou hlavou.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz