Laserové zváranie

Pri metóde laserového zvárania sa na spojenie častí používa koncentrovaný svetelný lúč s vysokou hustotou energie (priemer lúča 0,1 ... 2 mm). Podľa typu svetelného lúča môže byť laserové zváranie pulzné a kontinuálne. Bodové spoje sa zvárajú pulzným spôsobom, pre spojité švy sa používa pulzne periodické alebo spojité žiarenie. Pulzné zváranie sa používa aj vtedy, keď je potrebné zabezpečiť minimálne deformácie od teplotného ohrevu a vysokú presnosť, kontinuálne — pre vysokorýchlostné zváranie v sériovej alebo hromadnej výrobe.

Laserové zváranie sa používa na spájanie rôznych materiálov: oceľ, titán, hliník, žiaruvzdorné kovy, meď, zliatiny kovov, drahé kovy, bimetaly, s hrúbkou desiatok až niekoľkých milimetrov. Avšak laserové zváranie reflexných kovov, ako je hliník a meď, je trochu ťažké. Laserové zváranie kovov je znázornené na obr. 2.

Zváranie aktívnych kovov sa vykonáva pomocou ochranného plynu vo forme prúdu smerovaného do oblasti vystavenia svetelnému lúču.

Fotografia 1 — Zváranie pevnolátkovým laserom: 1 — aktívne médium (rubín, granát, neodým), 2 — výbojka, 3 — nepriehľadné zrkadlo, 4 — priesvitné zrkadlo, 5 — optické vlákno, 6 — optický systém, 7 — detail, 8 — laserový lúč v bode zaostrenia, 9, 10 — rozdeľovače laserového lúča.

Fotografia 2 — Zvárateľnosť materiálov

Podľa hĺbky prieniku existujú tri typy laserového zvárania:

1) mikrozváranie (menej ako 100 mikrónov),

2) mini-zváranie (0,1 ... 1 mm),

3) makro zváranie (viac ako 1 mm).

Keďže hĺbka prieniku zvyčajne nepresahuje 4 mm, laserové zváranie sa široko používa najmä vo výrobe presných nástrojov, pri výrobe elektronických zariadení, hodiniek, v konštrukcii lietadiel, v automobilovom priemysle, pri zváraní rúr a široko používané v klenotnícky priemysel.

Pred zváraním na tupo a prekrývaním zabezpečte medzeru 0,1 ... 0,2 mm. Pri veľkých medzerách môže dôjsť k vyhoreniu a nedostatku syntézy.

Hlavné parametre režimu laserového zvárania sú:

1) trvanie pulzu a energia,

2) pulzová frekvencia,

3) priemer svetelného lúča,

4) vzdialenosť od najmenšej časti zaostreného lúča k povrchu,

5) rýchlosť zvárania. Dosahuje 5 mm/s. Na zvýšenie rýchlosti sa zvýši frekvencia impulzov alebo sa použije nepretržitý režim.

Priemysel používa na laserové zváranie 2 typy laserov:

1) pevnolátkové - rubínové, neodýmové a YAG lasery (na báze ytria hliníkového granátu);

2) plynové CO2 lasery.

V poslednom čase sa objavujú aj laserové zváracie stroje, ktorých aktívnym prvkom je optické vlákno z kremeňa.Takéto lasery umožňujú zváranie „problematických“ materiálov — medi a mosadze s vysokou odrazivosťou, titánu.

Možnosti rôznych laserových zváracích strojov sú uvedené v tabuľkách 1 a 2.

Príklady režimov zvárania CO2 plynovým laserom sú uvedené v tabuľke 3.

Tabuľka 1 – Hrúbka plechu a výkon zváracieho lasera

Tabuľka 2 – Použiteľnosť laserov

Tabuľka 3 — Režimy laserového zvárania na tupo plynovým laserom

Priemer laserového lúča je zvyčajne 0,3 mm. Tupé zvary zvárané lúčom menším ako 0,3 mm môžu mať nedostatočnú priľnavosť a nedostatok prieniku. Zváranie laserom do 10 kW sa zvyčajne vykonáva bez plniva.

Vďaka malej ploche ovplyvnenej teplom pri laserovom zváraní sa zvar veľmi rýchlo ochladzuje. To môže mať negatívne aj pozitívne dôsledky na kvalitu zvarového spoja. Mnohé kovy poskytujú najlepšie fyzikálne a mechanické vlastnosti pri rýchlom ochladzovaní spojov. Pri zváraní nehrdzavejúcej ocele to však môže viesť k prasknutiu zvaru. Tento jav pomáha eliminovať zvýšenie šírky impulzu na 10 ms a predhrievanie.

Pri správnom výbere zváracích materiálov a režimov laserové zváranie vytvára švy najvyššej kvality.

Laserové systémy možno rozdeliť do 3 kategórií:

1) Krycie zariadenia. V takýchto zariadeniach sú obrobky umiestnené v špeciálnom uzavretom priestore obsahujúcom ochrannú neutrálnu atmosféru a laserový lúč. Zvárač môže ovládať a monitorovať zvárací proces pomocou špeciálneho optického systému.

2) Zariadenia určené na vonkajšie zváranie.Laserový lúč má niekoľko stupňov voľnosti a vytvára naprogramované pohyby. Zóna zvárania je chránená prúdom plynu.

3) Zariadenia určené na ručné laserové zváranie. Laserové horáky sú veľmi podobné zváracím horákom TIG. Laserový lúč je prenášaný do horáka pomocou optického vlákna. Pri zváraní drží zvárač v jednej ruke laserový horák a v druhej prídavný materiál.

Tabuľka 4 — Porovnanie rôznych typov laserového zvárania

Výhody laserového zvárania zahŕňajú:

1) malá oblasť tepelného účinku laserového lúča na materiál a v dôsledku toho nevýznamné tepelné deformácie;

2) možnosť zvárania na ťažko dostupných miestach, v prostredí priepustnom pre laserové žiarenie (sklo, kvapaliny, plyny);

3) zváranie magnetických materiálov;

4) malý priemer svetelného lúča, možnosť mikrozvárania, úzky zvarový šev s dobrými estetickými vlastnosťami;

5) schopnosť automatizovať proces;

6) flexibilná manipulácia so svetelným lúčom prostredníctvom optického prenosu;

7) všestrannosť laserového zariadenia (možnosť použitia na laserové zváranie a rezanie, značenie a vŕtanie);

8) možnosť zvárania rôznych materiálov.

Nevýhody laserového zvárania:

1. Vysoká cena a zložitosť laserového zariadenia.

2. Vysoké požiadavky na prípravu, čistenie zvarových hrán.

3. Nemožnosť zvárania hrubostenných dielov, nedostatočný výkon.Zvyšovanie výkonu zváracích laserov je limitované tým, že pri silnejšom pôsobení laserového lúča na kov dochádza k jeho aktívnemu rozptylu v zóne zvárania, čím sa poškodí optický systém zariadenia a laser sa deaktivuje v priebehu niekoľkých hodín. .