123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

99_2-4   Laserové a elektronové svařování

Laserové svařování

Krátce před začátkem tisíciletí ovládl laser mechanickou výrobu. Stal se standardním nástrojem v oblasti dělení, spojování, laserem podporovaném obrábění, vrtání, při opracování povrchů, při čištění a kalení. Výroba a postup šíření laserových technik se vyznačují dvoumístnými přírůstky, které ve světovém podílu SRN představují 40% u laserů a 25% u laserových systémů.

Těžiště inovací v oblasti laserové techniky leží ve vývoji přesných vysokorychlostních výrobních strojích. Přesnost polohy na úrovni 1/100 mm musí být zaručena podél dráhy i více metrů dlouhé. Polohovací rychlosti až 80 m.min-1 a pracovní rychlosti až 15 m.min-1 jsou u moderních laserových řezacích strojů realizovány se zrychlenimu na úrovni 2 g. Vyšší pracovní rychlosti se dosahují jednak optimalizací softwaru řízení a osami strojů s přímým pohonem a jednak pomocí skenerové optiky.

Velmi dobré perspektivy se dávají vysokovýkonným laserovým diodám (HDL), které jsou teprve na začátku průmyslového využívání. Jsou vyzbrojeny vynikající elektrickou účinností (10x vyšší než Nd:YAG), velmi kompaktní formou konstrukce (faktor 0,1 ve srovnání s CO2-laserem) a snadnou integrací a mají tak všechny technické a provozně-ekonomické předpoklady pro pájení, lepení, popouštění, kalení, přetváření, obrábění, navařování, popisování, svařování umělých hmot, potrubí a nejnověji též pro hloubkové provařování.

Technologicky podmíněné problémy, např. zmenšení ohniskové vzdálenosti nebo zvětšení pracovní vzdálenosti, resp. výkonu jsou cíleně optimalizovány. Firmě Jenoptik Laserdiode, s.r.o., se pomocí systému 2,5-kW-HDL poprvé podařilo provést hloubkové svařovací procesy na oceli (t=2 mm/vs=1 m/min) na titanu (t=1,2 mm/vs=2,5 m/min).

Vývoj HDL-systému z koherentně spřažených diodových laserů s aktivním řízením fází světelných vln na 20 vlákny vedených laserech může vést ke zvýšení fokusační intenzity zlepšením kvality paprsku. Kromě aplikací k přímému použití HDL se rozšiřují diodové lasery jako podpora obrábění. V kombinaci s číslicově řízenými obráběcími stroji se nabízejí lasery ke zpracování keramiky na bázi nitridů křemíku.

Při způsobu CMB (controlled metal buildup) se povrch materiálu natavuje v ochranném plynu diodovým laserem a do tavné lázně se přivádí tenký ocelový drát. Jakmile laser nanese asi 0,7 mm materiálu, frézováním se 0,3 mm odstraní, a to včetně oxidů a jiných nečistot. Výzkumy k trojrozměrnému sintrování laserovým paprskem byly rozšířeny na keramické materiály a na simulaci procesu spékání kovových prášků.

Při dynamickém vrtání jednopulsním laserovým paprskem vzniká otvor při konstantním posuvu dílu pod pulsním paprskem. Pomocí 2-kW-CO2-laseru je možno např. vyřezávat perforační drážky do plechů z ušlechtilých ocelí při konstantní době trvání pulsu 4,2 ms a frekvenci pulsů 100 Hz podle požadované geometrie rychlostí 2,5 až 20 m.min-1. Při výrobě lékařských přístrojů jako vícelumenových katheterů z biologicky neaktivních umělých materiálů při vnějším průměru 1 až 3 mm jsou např. nutné mikrovrty o průměru menším než 100 mikrometrů. Frauhoferův institut pro laserovou techniku v Aachen k tomu vyvinul vrtací techniku pomocí excimer-laseru. V Laser-Zentrum v Hannoveru byly pro opracování materiálu v mikrooblasti vykonány zkoušky střídavého působení ultrakrátkopulsního paprsku s pevnými tělísky.

Pokusy jednopulsního vrtání do oceli o tloušťce dílů mezi 80 mikrometry a 1,5 mm ukázaly, že nejčastěji je čas na provrtání dané tloušťky podstatně kratší než nastavená doba pulsu na laseru. Tento přebytek energie vede ke zvýšené tvorbě taveniny a k nežádoucímu zvětšení díry. Pomocí modulační jednotky mimo rezonátor byla na Univerzitě ve Stuttgartu délka impulsu přizpůsobena době protavení, čímž byly dosaženy výrazně nižší průměry děr.

Laserové svařování se používá v automobilovém průmyslu ke spojování plechu střižených na míru. Další vývoj u firmy Thyssen vedl k výrobě platin s nelineárně laserově svařenými spoji (TEB), které nabízejí další možnosti optimalizace s ohledem na hmotnost, pevnost, využití materiálu, atd. Pomocí TEB došlo k vyšší konstrukční volnosti. Spektrum použití bylo ve velkoseriové výrobě rozšířeno od vnitřních plechů dveří až po boční stěny. Idea laserově svařovaných platin pro stavbu karoserie byla přenesena i na laserové svařování profilů.

V kombinaci s mechanickým honováním může strukturizace za pomocí laseru vést např. k zapracování olejových kanálků do horních ploch válců.

Laserové systémy, které jsou v současné době na trhu jsou obvykle vázány na bezvadnou manipulaci při vedení. Pro určité způsoby použití jsou na různých ústavech vyvíjeny ruční laserové systémy, které rozšíří celkové spektrum použití. Jako laserové agregáty se při tom používají YAG-lasery do 2 kW.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz