123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

98_2-4   Laserové a elektronové svařování

Laserové svařování

I přes asijskou krizi upřednostňovalo i v roku 1998 stále více a více průmyslových oborů laserovou techniku a umožnilo výrobcům zařízení přírůstky v dvoumístných číslech. Podíl německých výrobců na světovém trhu s laserovou technikou ve výši 40% dokládá výkonnost a rostoucí význam tohoto oboru. Vlivem dalšího vývoje koncepce difusně chlazeného CO2-Slab laseru k vyšším výchozím výkonům je tento zdroj paprsku vynikající kvality v rozsahu výkonu 1000 až 3000 W k dispozici, a to zejména pro řezací a svařovací techniku.

Při laserových systémech pro potřeby řezání se nejedná jen o vzestup výkonu použitých zdrojů pro zpracování plechů o větší tloušťce, ale i o zřetelné zvýšení rychlostí zpracování. Je třeba uvést i zvyšující se zaměření na komplexní automatizaci, systémové řešení a flexibilitu při zpracování plechů pomocí kombinovaných laser-plazma-řezacích systémů, resp. lis-laserových systémů. Laserové systémy na bázi Nd:YAG-laseru jsou použitelné do 5 kW a otevírají vlivem stoupajícího výkonu a možnosti přenášení paprsku pomocí světelného kabelu nové možnosti při svařování.

Významný směr vývoje v oblasti laserové techniky je zaměřen na systémovou integraci vysokovýkonných diodových laserů. Tyto lasery patří do kilowatové výkonové oblasti při současně velmi kompaktních rozměrech a srovnatelné vysoké účinnosti.

Přibývá využívání možnosti vysokovýkonných diodových laserů ve zpracování materiálů, např. pro svařování a pájení jemných plechů a plastů, pro laserové obrábění, příp. pro kombinované zpracování nebo v lékařské technice. Často se používají ve vazbě na průmyslové roboty. Kromě přímého použití se diodové lasery stále častěji používají jako čerpadlové zdroje pro lasery na bázi pevných látek. Tyto lasery se vyznačují ve srovnání se systémy s lampami lepší účinností, výbornou fokusací, jednoduchou modulovatelností a zřetelně lepší ekonomikou.

Pokračující vývoj laserového řezání s vodou vedeným paprskem, představené po prvé asi před rokem, ukazuje jako kombinovaný proces další možnosti a je na cestě do průmyslové praxe. Hodí se především jako precizní nástroj s minimálním ovlivňováním vlastností materiálu. První průmyslová použití ukazují možnosti tohoto způsobu.

Výrazné snížení výrobních časů při výrobě forem a zápustek lze docílit použitím "Laser-cav" systému pro frézování laserovým paprskem. S tímto systémem se po prvé podařilo vyrábět sériově použitelné nástroje přímo podle dat CAD. Docílitelná povrchová kvalita odpovídá požadavkům výroby nářadí.

Kombinace svařování obloukem a laserem dává dobré výsledky s ohledem na pevnost a houževnatost při svařování litiny GGG40 a GGG60 s cementační ocelí 20MnCr5, příp. s ocelí pro zušlechťování 42CrMo4.

Rovněž dobrá kombinace je indukčně podporované laserové svařování. Na příkladu pohonných hřídelí pro automobily bylo ukázáno, že krátké induktivní předehřátí před svařováním umožňuje efektivní beztrhlinové svařování ocelí s obsahem uhlíku nad 0,25%.

Byl uveřejněn přehled stavu laserového zpracování materiálu v elektroprůmyslu. Použití laseru je vhodné od simultánního laserového pájení až po zatím v pokusném stadiu stojícího laserového mikrosvařování elektrických kontaktů.
Spojování kovových pěn je v zásadě možné, jestliže se koncentrovaný příkon energie rozdělí mezi základní a přídavný materiál.

Laserové svařování hliníku s ocelí diodovým laserem 1,4 kW, příp. Nd:YAG laserem 2 kW omezuje strmým ohřívacím a ochlazovacím procesem tvorbu intermetalických fází na tloušťku pod 10 mikrometrů a je vhodnou metodou pro spojování těchto materiálů. Spojování tlakově odlévaného hliníku bylo doposud jen podmíněné vlivem vodíku vystupujícího během svařovacího procesu pod vysokým tlakem. Obsah vodíku v materiálu lze omezit novými oddělovacími prostředky, sušením forem stlačeným vzduchem, nuceným odvzdušováním licí formy a vhodnou volbou parametrů při lití.

Byly zjišťovány vlastnosti laserových svarů na slitinách hořčíku. Také při svařování keramiky byly učiněny pokroky. Nově vyvinutá dvojpaprsková metoda pro svařování Al2O3-keramiky nahrazuje dosud praktikované ohřívání v peci a zabraňuje tvorbě trhlin v materiálu. Jeden CO2-laser slouží k předehřívání místa spoje a další Nd:YAG-laser vytváří vlastní spoj. Byly představeny nové modely opracování materiálu laserovým paprskem. Další článek představuje novou formulaci teoretického určení časového průběhu teploty při dvojpaprskovém laserovém svařování a v dalším je pak popsána tepelná analýza a efektivnost.

Laserové řezání

Při laserovém řezání a vrtání přichází technika se stále vyššími rychlostmi. Na pokusných zařízeních s 300 W CO2-laserem (frekvence pulsů 500 Hz) bylo zhotoveno za minutu 20000 vrtů na kovovém plechu (t do 0,8 mm) a 30000 vrtů na tvrdém papíru. Byly představeny nové jemnozrnné ocele od Rautaruuki (ozn. RAEX) vhodné pro laserové řezání, které nízkými obsahy křemíku a síry zaručují optimální řezy. Byly diskutovány mnohostranné možnosti použití vysokorychlostního řezání a jeho výhody a doloženy příklady z praxe.

Další příspěvek referuje o řezání výfukových rour z nerezavějící, resp. kyselinovzdorné oceli laserem o výkonu 700 W. Byla výrazně zvýšena produktivita práce při současném snížení operací nutných po řezání.

Je možno dobře uspořádat kombinaci 1 kW CO2-laseru a 100 W Nd:YAG-laseru pro použití na vysokoreflexní materiály při současně malém průměru ohniska.
Bez problémů lze řezat neželezné materiály o tloušťce nad 2 mm při rychlostech až 1,1 m.min-1.
Další příspěvek popisuje zkoušky laserového řezání pohliníkovaných a pozinkovaných ocelových plechů o tloušťce 1 mm a analytický model charakteristiky řezacího procesu.
Další příspěvek diskutuje působení různého složení ochranného plynu a vliv nečistot na řezací proces.

Při laserovém řezání s vodním vedením paprsku (Microjet) je fokusační laserový paprsek vložen do vodního paprsku. V laboratoři byly dosaženy výkony až 50 MW.cm-2 ve vodním paprsku o průměru ca 100 mikrometrů při tlaku ca 10 MPa.

Laserové opracování povrchů

Pro použití laseru pro cílené a náročné opracování povrchů se otevírají stále nové průmyslové oblasti použití. Především v lehkých konstrukcích, zvláště automobilovém průmyslu, jsou požadovány povrchové úpravy pro zvýšení odolnosti proti opotřebení.
Novou laserovou práškovou technologií je možno nanášet práškové přídavné materiály na požadovanou plochu pomocí nosného proudu plynu. Laserové nanášení umožňuje metalurgicky tavnou vazbu různých substrátů (ocel, litina, hliník, hořčík) s velkým počtem přídavných materiálů. Pomocí nitridů titanu, karbidu wolframu a karbidu křemíku je možno sytit povrch tvrdými látkami. Byl uveden příklad laserového nanášení směsi prášků litiny, chromu a grafitu na substráty z nerezavějící oceli.

Pomocí ostřelování vysokoenegetickými laserovými pulzy se zpevňují kovové povrchy. Ve srovnání s technologií kuličkového zpevňování je možno zvětšit hloubku proniknutí na čtyřnásobek. Prvním použitím tohoto procesu je vytvrzování tryskových pohonných jednotek. Únavová pevnost kovů se působením laserových pulzů zvyšuje o 10 až 40%. Díly tryskových motorů vykazují po ošetření laserovým paprskem 3 až 5ti násobnou životnost.
Další oblastí použití tohoto způsobu je výroba lékařských implantátů a důležité díly závodních vozů.
Modifikace Al2O3-keramiky vniknutím částic TiN do povrchové vrstvy pomocí dvojstupňového laserového procesu vytváří mnohofázovou strukturu, která se vyznačuje nižším a na vlhkosti vzduchu nezávislým koeficientem tření a nižší hodnotou opotřebení nemazaných třecích ploch.

Nové techniky povrchové ochrany umožňují použití laserové techniky pro ošetření povrchu s cílem zvýšení odolnosti proti korozi, erozi a opotřebení. Např. povrchová vrstva s vysokou odolností proti opotřebení a korozi při současně příznivé pevnosti za tepla byla vytvořena pomocí CO2-laseru navařováním sintrovaných pásků, které byly vyrobeny práškovou metalurgií ze slitin na bázi niku s obsahem molybdenu.

S kovových povrchů je možno pomocí nově vyvinutého výkonného laserového čisticího přístroje odstraňovat okuje, rez a barviva. Rovněž je možno za pomocí Nd:YAG-laseru čistit formy pro stříkání gumových nebo plastových výrobků. Formy je možno čistit v horkém zabudovaném stavu, přičemž nečistoty se působením laserového paprsku odpaří.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz