Vyhledávání
Zavřete toto vyhledávací pole.

Co je laserové svařování?

Co je laserové svařování

Co je laserové svařování?

Laserové svařování je proces, který využívá vysoce přesný laserový paprsek ke spojení kovů nebo termoplastů k vytvoření svaru. Jako takový koncentrovaný zdroj tepla může laserové svařování svařovat tenké materiály při vysokých rychlostech svařování. U silnějších materiálů však mohou být vytvořeny úzké a hluboké svary mezi hranatými díly.
Obsah
Laserový svařovací stroj

Co je laserové svařování?

Laserové svařování nebo svařování laserovým paprskem (LBW) je proces, který využívá koncentrovaný zdroj tepla ve formě laseru k roztavení materiálů, které se při ochlazování taví. Laserové svařování je všestranný proces, protože dokáže rychle svařovat tenké materiály a zároveň vytvářet úzké a hluboké svary na silnějších materiálech.
Laserové svařování využívá k tavení kovů a termoplastů vysoce přesný laserový paprsek, takže přesnost a přesnost procesu má za následek nízké tepelné zkreslení, takže je ideální pro svařování citlivých materiálů. Tento proces je obvykle automatizovaný, což umožňuje vysoké rychlosti pájení.
Zatímco laserové svařovací stroje stojí více než tradiční svařovací procesy, provozní náklady jsou nižší, protože laserové svařování nutně nevyžaduje další přídavný materiál a následné zpracování. Vyšší rychlosti svařování navíc umožňují vyrobit více dílů za hodinu. Technologie laserového svařování se výrazně liší od tradičních procesů obloukového svařování, jako jsou TIG, MIG a SMAW. Moderní svařovací aplikace využívají programovatelné roboty s pokročilou optikou k přesnému určení oblasti v obrobku.
Laserový svařovací stroj

Druhy laserového svařování

Laserové svařování funguje ve dvou různých režimech: svařování tepelným vedením a svařování hlubokých otvorů. Všechny mají jedinečné provozní principy vhodné pro konkrétní aplikace a režim, ve kterém laserový paprsek interaguje s materiálem, který svařuje, bude záviset na hustotě výkonu, při které paprsek dopadá na obrobek.

Svařování vedením tepla

Při této metodě se k roztavení povrchu substrátu používá zaostřený laserový paprsek. Tento proces se obecně provádí pomocí laseru s nízkým výkonem pod 500 W a používá se hlavně k výrobě svarů, které nevyžadují vysokou pevnost svařování. Když spoj vychladne a ztuhne, vytvoří se přesný a hladký svar. Svary vytvořené metodami přenosu tepla obecně nevyžadují žádnou další konečnou úpravu a jsou připraveny k použití.
Při metodách svařování vedením tepla se energie dostává do zóny svaru pouze vedením tepla, což omezuje hloubku svaru, takže proces je ideální pro spojování tenkých materiálů. Tento typ svařování se často používá pro viditelné svary, kde je požadována estetika.
Existují dvě podkategorie svařování vedením tepla:
  • Přímé zahřívání – Schopnost aplikovat laserový paprsek přímo na kovový povrch.
  • Přenos energie – Absorpční inkoust se aplikuje na šev, aby absorboval energii aplikovanou laserovým paprskem.

Svařování hlubokých děr

Spuštění procesu v režimu svaru hlubokých děr vytváří hluboké, úzké svary s jednotnou strukturou. Při tomto procesu laserový paprsek zahřeje kov takovým způsobem, že se odpaří z kontaktní plochy a pronikne hluboko do kovu. To nejen roztaví kov, ale také jej odpaří, čímž se vytvoří úzká dutina naplněná párou nazývaná dutina klíčové dírky nebo parní kapilára. Když laserový paprsek prochází obrobkem, plní se roztaveným kovem. Svařování klíčovou dírkou je vysokorychlostní proces, proto je deformace a tvorba tepelně ovlivněné zóny omezena na minimum.
Laserový svařovací stroj

Proces laserového svařování

Laserové svařování funguje pomocí laseru s vysokou hustotou výkonu, který aplikuje teplo na spoj mezi dvěma kovovými povrchy. Materiál se roztaví ve švech a umožní spojení mezi kovy, když tuhne.
Laserové svařování je obvykle prováděno svařovacími roboty, které mohou aplikovat velké množství energie při vysoké rychlosti a přesnosti, vedené flexibilními optickými vlákny. To má za následek roztavení dostatečného množství kovu ve spoji pro vytvoření úzkého svaru s minimálním zkreslením. Ruční laserové svařovací stroje jsou skvělou alternativou k objemným průmyslovým strojům, ale bezpečnost laserových svářeček může být zpochybněna a vyžaduje nošení speciálních ochranných pomůcek.
Svařovací proces lze provádět za atmosférických podmínek, ale pro reaktivnější materiály se doporučuje použít ochranný kryt inertního plynu, aby se eliminovalo riziko kontaminace. Podobně jako svařování elektronovým paprskem lze laserové svařování provádět ve vakuu, ale nebylo považováno za ekonomicky životaschopné. Proto jsou laserové svářečky vybaveny plynovými tryskami, které přivádějí inertní plyn do oblasti svařování.
Mnoho aplikací laserového svařování nevyžaduje další přídavný materiál. Některé náročné materiály a aplikace však vyžadují k vytvoření uspokojivých svarů přídavné materiály. Přidání přídavného materiálu zlepšuje profil svaru, snižuje praskání při tuhnutí, dodává svaru lepší mechanické vlastnosti a umožňuje přesnější uložení spoje. Výplňový materiál může být ve formě prášku nebo výplňového drátu. Protože je však prášek pro většinu materiálů obecně dražší, je běžnější používat drátěný materiál. Čtyři nejběžnější typy spojů používané při laserovém svařování jsou tupé svary, okrajové přírubové svary, výplňové přeplátované svary a přeplátované svary.
Laserové svařování lze provádět na různých kovových materiálech, včetně měkké oceli, nerezové oceli, hliníku, titanu a dalších. Laserové svařování oceli s vysokým obsahem uhlíku se obecně nedoporučuje kvůli rychlé rychlosti ochlazování a sklonu k praskání.
Laserový svařovací stroj

Typ laseru

Laserové svařovací stroje pro svařovací procesy se dělí hlavně na 3 typy: plynový laser (CO2), pevnolátkový laser a vláknový laser.

Plynový laser (CO2)

Zdroj CO2 laseru je směsný plyn, ve kterém je hlavní složkou CO2 a navíc je tam dusík a helium. Tyto lasery mohou být provozovány v nepřetržitém nebo pulzním režimu při nízkých proudech a vysokých napětích pro excitaci molekul plynu. CO2 lasery se také používají ve speciálních případech, jako je dvoupaprskové laserové svařování, kdy jsou generovány dva paprsky a uspořádány v sérii nebo vedle sebe.

Solid State Laser

Pevné lasery využívají technologii diodově čerpaných pevných látek (DPSS) k čerpání minerálů, jako je rubín, sklo nebo yttrium, hliník a granát (YAG), nebo krystaly vanadičnanu yttria (YVO4) přes laserové diody k produkci laserového světla. Tyto lasery pracují v režimu kontinuální vlny nebo pulzního paprsku. Pulzní režim vytváří spoj podobný bodovému svaru, ale s plnou penetrací. Ve srovnání s moderními vláknovými lasery má tento typ laseru mnoho nevýhod, ale nelze popřít, že pevnolátkové lasery mají stále vynikající stabilitu a kvalitu paprsku a také vysokou účinnost.
Polovodičové lasery jsou také v pevném stavu, ale obecně se považují za jinou třídu než lasery v pevné fázi. Tyto lasery jsou dobré pouze pro levnější menší projekty. Někdy se však používají při svařování na těžko dostupných místech, protože zařízení je kompaktnější. Kvalita paprsku je mnohem horší než u jiných typů laserů, takže v průmyslovém prostředí není běžná.

Vláknový laser

Vláknové lasery jsou novou třídou pevnolátkových laserů, které nabízejí vyšší výkon laseru, lepší kvalitu a bezpečnější provoz. Ve vláknovém laseru se laserový paprsek vytváří, když vlákno absorbuje surové světlo z diody laseru čerpadla. K dosažení tohoto přechodu je vlákno dopováno prvky vzácných zemin. Použitím různých dopingových prvků je možné generovat laserové paprsky s širokým rozsahem vlnových délek, díky čemuž jsou vláknové lasery ideální pro různé aplikace, včetně laserového svařování a laserového řezání. Je však třeba poznamenat, že standardní laserové řezací hlavy nelze použít pro svařování a laserové svařovací hlavy nemohou splnit požadavky na rychlost řezání a kvalitu většiny průmyslových aplikací.
Laserový svařovací stroj

Jaké jsou bezpečnostní pokyny pro laserové svařování?

Přestože se ruční laserová svářečka snadno používá a má vestavěné bezpečnostní prvky, je důležité si uvědomit, že jde o výkonné průmyslové zařízení. Při práci na laserovém svářecím stroji mějte na paměti, že laserový paprsek může být nebezpečný pro tělo a oči. Laserové svařovací paprsky jsou neviditelným světlem, takže se z bezpečnostních důvodů nemůžete spoléhat na vizuální vodítka.
Přestože laserové svařovací stroje jsou lasery třídy IV a bezpečnostní prvky jsou integrovány do systému, tradiční požadavky na bezpečnost svařování je také třeba implementovat při vytváření programu bezpečnosti laseru. Zde je několik obecných pravidel, která je třeba dodržovat:
  • Noste nehořlavý oděv, dlouhé rukávy nebo svářečský oblek. Každý, kdo se nachází v oblasti kontrolované laserem, musí používat osobní ochranné prostředky, včetně laserových bezpečnostních brýlí vhodných pro daný typ laseru a konvenční svářečské kukly.
  • Dodržujte prosím provozní bezpečnostní postupy a vezměte v úvahu, že laserové světlo se může odrážet.
  • Nikdy nepoužívejte ruční laserový svařovací stroj, dokud se plně neseznámíte s bezpečnostními požadavky a postupy zdokumentovanými v návodu k zařízení poskytnutému výrobcem.
Automatický podavač drátu

Výhody laserového svařování

  • Vynikající kvalita svaru díky nízkému příkonu tepla a přesnému řízení výkonu laseru.
  • Vysoká rychlost svařování a nízké náklady na jednotku.
  • Větší hloubky svařování tvoří vysoce pevné svary.
  • Umožňuje kombinace svařovacích materiálů, které nelze spojovat jinými metodami.
  • Jednoduché svařovací zařízení umožňuje svařování za speciálních podmínek.
Laserový svařovací stroj Automatický podavač drátu

Nevýhody laserového svařování

  • Počáteční investice je vysoká.
  • Úzké tolerance vyžadují dokonalé usazení obrobku a laserové vyrovnání.
  • Materiály s vysokou odrazivostí a vodivostí (hliník a měď) mohou poskytovat komplexní výsledky svařování (v případě CO2 laserů).
  • Rychlé tuhnutí může mít za následek poréznost a křehkost.
  • Laserová optika je velmi křehká a lze ji snadno poškodit.
Ukázka svařování laserem

Laserové hybridní svařování

Laserové hybridní svařování kombinuje metody svařování elektrickým obloukem a laserovým paprskem. Tyto dvě metody svařování působí na stejnou oblast svařování současně, takže účinek svařování má výhody obloukového svařování a svařování laserovým paprskem, což vytváří jedinečný proces svařování. Ačkoli laserové svařování lze použít ve spojení s téměř jakýmkoli procesem obloukového svařování, existuje několik procesů, které vynikají a jsou běžněji používané.
Existují tři hlavní typy laserového hybridního svařování:
  • MIG aditivní svařování (často synonymem pro laserové hybridní svařování)
  • TIG aditivní svařování
  • Svařování plazmovým obloukem
Hybridní svařovací proces nabízí hlubokou penetraci laserového svařování a profil svarové čepičky srovnatelný s procesy obloukového svařování. Použití ochranného plynu a dalších spotřebních materiálů pro obloukové svařování umožňuje lepší kontrolu charakteristik svaru než samotné laserové svařování. Laserové hybridní svařování je nepochybně nově vznikajícím procesem, který bude v budoucnu stále více využíván ve stavbě lodí, železnici, automobilovém průmyslu a velkých projektech svařování potrubí.

Často kladené otázky

Potřebuje laserové svařování plyn?
Lasery lze provádět s plynem nebo bez něj, v závislosti na aplikaci a svařovaném materiálu. V některých případech lze k vytvoření ochranné atmosféry kolem oblasti svařování použít ochranný plyn, jako je argon, helium nebo dusík. To je důležité zejména při svařování materiálů citlivých na oxidaci, jako je titan nebo hliník. Typ použitého plynu závisí na svařovaném materiálu, svařovacím procesu a použitém zařízení.
V některých případech lze k dosažení specifického svařovacího efektu použít směs plynů. Například směs helia a argonu lze použít pro svařování nerezové oceli, zatímco dusík se často používá pro svařování hliníku. Použití plynu je důležitým aspektem laserového svařování a přispívá ke kvalitě a spolehlivosti svaru.
Ano, laserové svařování je robustní a spolehlivá metoda svařování. Laserové svařování využívá vysoce zaostřený laserový paprsek k roztavení a roztavení kovových povrchů za účelem vytvoření pevného a vysoce kvalitního spoje. Teplo generované vysoce výkonným laserovým paprskem je vysoce koncentrované, což má za následek minimální deformaci a velmi úzkou tepelně ovlivněnou oblast.
Síla laserového svařování závisí na řadě faktorů, včetně typu svařovaného kovu a specifického použitého svařovacího procesu. Správná příprava a parametry svařování, jako je výkon laseru, rychlost a trvání pulzu, musí být pečlivě kontrolovány, aby byl zajištěn silný a spolehlivý svar. Obecně platí, že laserové svařování je zvláště účinné pro svařování tenkých materiálů, protože minimalizuje teplo a zkreslení vznikající během procesu svařování.
Laserové svařování se běžně používá v aplikacích, kde je rozhodující pevnost a přesnost, jako je letecký průmysl, automobilový průmysl a výroba lékařských zařízení. Je však třeba poznamenat, že pevnost svaru závisí také na správném návrhu a provedení svaru, takže je důležité zapojit do procesu zkušené svářeče a inženýry.

Laserové svařování je vysoce přesná metoda svařování, kterou lze použít ke spojování mnoha různých typů kovů, včetně:

  • Ocel: Laserové svařování se běžně používá ke svařování různých druhů oceli, včetně měkké oceli, nerezové oceli a vysokopevnostní oceli, protože může poskytovat vysoce kvalitní svary s nízkým tepelným příkonem.
  • Hliník: Laserové svařování je efektivní metoda pro svařování hliníku kvůli jeho vysoké odrazivosti a tepelné vodivosti.
  • Měď: Laserové svařování je také účinné pro svařování mědi a mosazi, zatímco tradiční svařovací techniky je obtížné svařovat měď, často se používají v elektronice a instalatérských aplikacích.
  • Titan: Laserové svařování se často používá ke svařování titanu kvůli jeho vysokému bodu tání a reaktivitě.
  • Zlato a stříbro: Laserové svařování lze také použít ke svařování drahých kovů, jako je zlato a stříbro, které se často používají při výrobě šperků a dalších špičkových aplikacích.
  • Nikl a jeho slitiny: Laserové svařování lze použít ke svařování niklu a jeho slitin, jako je Inconel, který se často používá v letectví a dalších vysoce výkonných aplikacích.
  • Hořčík: Hořčík je lehký kov, který lze svařovat pomocí laserů, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu.

Laserové svařování je všestranná metoda svařování, kterou lze použít ke spojování široké škály kovů, železných i neželezných. Přesná vhodnost laserového svařování pro konkrétní kov však bude záviset na specifických vlastnostech kovu a požadavcích svařovací aplikace.

Laserové svařování obecně nepoužívá svařovací drát. Na rozdíl od jiných typů svařovacích procesů, jako je svařování MIG (kovový inertní plyn) nebo TIG (wolframový inertní plyn), laserové svařování nevyžaduje ke spojení dvou kusů kovu přídavný materiál, jako je svařovací drát. Laserové svařování využívá soustředěný laserový paprsek s vysokou intenzitou k roztavení a spojení dvou kusů kovu dohromady. Teplo generované laserovým paprskem je obvykle dostatečné k roztavení kovu bez dalšího svařovacího materiálu.
V některých případech však může být do spoje přidáno malé množství výplňového materiálu pro zvýšení jeho pevnosti nebo pro vyplnění mezery mezi dvěma spojovanými částmi. Tento výplňový materiál je obvykle ve formě drátu nebo prášku a přidává se do spoje ručním nebo automatickým procesem. Navíc některé techniky laserového svařování, jako je hybridní laserové svařování, mohou používat svařovací drát k vytvoření stabilnějšího oblouku a snížení rozstřiku.

Laserové svařování je široce používaný proces v různých průmyslových odvětvích včetně automobilového, leteckého a lékařského průmyslu. Ačkoli laserové svařování má mnoho výhod, jako je vysoká přesnost, vysoká rychlost a malá deformace, existují také některé potenciální vady v procesu svařování. Některá úskalí laserového svařování zahrnují:

  • Pórovitost: Tvorba malých dutin nebo pórů ve svařovacím materiálu, způsobená plyny zachycenými během procesu svařování, které mohou oslabit svarový spoj a snížit jeho pevnost.
  • Trhliny: Laserové svařování může vytvořit vysoce koncentrovanou tepelně ovlivněnou zónu, která může vést k praskání svařovaného materiálu, zejména pokud má materiál vysoký koeficient tepelné roztažnosti nebo je rychlost svařování příliš pomalá.
  • Neúplné spojení: Nedostatečný výkon laseru k úplnému roztavení základního kovu nebo přídavného kovu bude mít za následek neúplné spojení svaru, což má za následek slabý nebo neúplný spoj.
  • Podřezání: Nadměrné natavení základního materiálu může způsobit drážky nebo zářezy na okraji svaru a oslabit tak pevnost spoje.
  • Deformace: Laserové svařování generuje velké množství tepla, které způsobuje roztahování a smršťování svařovacího materiálu. To může způsobit deformaci nebo deformaci svařovaného materiálu, což může ovlivnit rozměrovou přesnost a kvalitu výrobku, zejména u tenkých nebo křehkých materiálů.
  • Oxidace: Vystavení kyslíku během laserového svařování může způsobit oxidaci základního materiálu, což má za následek oslabení spojů a snížení odolnosti proti korozi.
  • Citlivost na sestavu spoje: Laserové svařování vyžaduje přesné vyrovnání dvou svařovaných dílů. Jakákoli nesouosost nebo změna rozměrů mezery ovlivní kvalitu svaru.

Aby se minimalizovaly tyto vady, musí být optimalizovány parametry procesu laserového svařování, včetně výkonu laseru, rychlosti svařování a zaostření paprsku, a musí být použity vhodné přídavné materiály a ochranné plyny. Kromě toho může správná povrchová úprava, návrh spoje a tepelné zpracování po svařování také pomoci snížit výskyt vad laserového svařování.

Shrnout

Laserové svařování se používá pro vysoce přesné svařování a protože nepoužívá žádné elektrody, konečný výsledek svařování bude lehký, ale pevný. Počáteční investice je drahá, ale kvalitu a vlastnosti laserového svařování nelze snadno napodobit. Jak se lasery stávají výkonnějšími a energeticky účinnějšími, budoucnost laserového svařování vypadá jasně!
AccTek
Kontaktní informace
Získejte laserová řešení