Soumrak nad lampami buzenými svařovacími lasery?

Kód článku: 101012 Vyšlo v MM : 2010 / 10, 20.10.2010 v rubrice Inovace / Spojování a dělení, Strana 70

Soumrak nad lampami buzenými svařovacími lasery?

Do nedávné doby bylo bodové svařování s minimální tepelně ovlivněnou zónou doménou tzv. pulzně lampami buzených pevnolátkových (FLPSS – Flash Lamp-Pumped Solid State) Nd:YAG laserů. Novou progresivní alternativou těchto klasických FLPSS laserů je nová technologie vysoce efektivních kvazikontinuálních (QCW) vláknových laserů.

Tyto nové QCW vláknové lasery, které představila firma IPG Photonics - světová jednička v oblasti výkonných vláknových laserů -, mohou způsobit další průlom v oblasti laserového bodového svařování, podobně jako vysoce výkonné (multi kW) kontinuální (CW) vláknové lasery znamenaly průlom v oblasti laserového řezání a svařování.

QCW versus klasický LPSS Nd:YAG laser

QCW vláknové lasery jsou velmi efektivní, jejich konverzní účinnost elektrické energie na optickou dosahuje až 30 % a díky tomu je stačí chladit pouze vzduchem. Efektivita LPSS Nd:YAG laserů je výrazně nižší, dosahují konverzní účinnosti pouhých 3,5 %. Účinnost QCW vláknových laserů je tedy až desetinásobná. Mezi další výhody patří menší prostorové nároky (až 3x nižší) a kompaktnost, bezúdržbovost systému a vynikající stabilita výkonu a energie v pulzu. Vláknové lasery z principu neobsahují žádné komponenty (spotřební materiál), které by potřebovaly výměnu v průběhu celé životnosti laseru. U LPSS Nd:YAG laserů je potřeba pravidelně měnit budicí lampy a provádět pravidelnou údržbu (ladění rezonátoru, optické dráhy apod.).

 
QCW vláknový laser, konkrétně model YLR-150/1500-QCW-AC se špičkovým výkonem v pulzu 1,5 kW
[multimedia 9777]

Hlavní výhody QCW vláknových laserů:

• až 10x vyšší efektivita konverzní účinnosti;
• kompaktnost a robustnost (4U 19" rack);
• chlazení vzduchem;
• bezúdržbový systém, žádný spotřební materiál;
• spolehlivost vláknové technologie;
• vysoká stabilita energie/výkonu vpulzu;
• vynikající kvalita výstupního svazku.

Základní princip a parametry QCW laserů

Délka pulzu v oblasti 0,2 až 20 ms a vysoký výstupní průměrný výkon nad 1 kW umožňuje u QCW vláknových laserů dosáhnout energii v pulzu v řádu několika J, která je potřebná pro bodové svařování.

Takto velké energie ve výstupním pulzu je dosaženo pomocí budicích diod, které generují vysoce energetické budicí optické pulzy. Budicí diody v QCW laseru tedy pracují v pulzním režimu, podobně jako budicí lampy u LPSS Nd:YAG laserů. Právě díky rozvoji a inovacím v oblasti pulzních budicích diod se firmě IPG podařilo zkonstruovat tento typ vláknových QCW laserů.

Vysoká kvalita výstupního svazku QCW laserů (tj. možnost fokusace svazku do velmi malého bodu) se na první pohled může zdát nevýhodou pro vytváření bodových svarů s velkým průměrem okolo 0,5 mm, který je typický pro určité svařovací aplikace (např. svařování teplotně citlivých součástek). Tyto velké průměry jsou často požadovány pro zvýšení pevnosti svaru nebo k překlenutí malých mezer mezi svařovanými díly.

Z tohoto důvodu se QCW lasery dodávají s různým typem výstupního optického vlákna. Laser lze dodat s multimódovým výstupním vláknem průměru 50 až 200 µm. V kombinaci s vhodnou kolimační optikou a fokusační čočkou lze tak generovat široký rozsah průměrů pracovního bodu laseru.

Metalografický výbrus (průřez) svaru s excelentní kvalitou a nulovou pórovitostí i přesto, že během těchto testů nebyl použit žádný ochranný plyn.

Aktuální modely na trhu

V současné době jsou na trhu QCW vláknové lasery se špičkovým výkonem v pulzu 750 W a 1 500 W (modelová řada YLR). Lasery se špičkovým pulzním výkonem 3 kW a 5 kW firma IPG představí ke konci roku 2010. Aktuální modely (750 W a 1,5 kW) vykazují vynikající stabilitu výkonu a energie v pulzu v rámci celého dynamického rozsahu výkonu (stabilita ±0,5 %). Výborná je také kvalita výstupního svazku (faktor kvality svazku M² = 1,1). Jak již bylo zmíněno výše, lze u těchto laserů volit různé průměry výstupního optického vlákna a tím měnit velikost pracovního bodu. Oba současné modely řady YLR jsou napájeny jednofázově (230 V AC) a celý laser je kompletně integrován do 4U vysokého 19" racku.

Aplikace a použití

Délka pulzu a jeho energie je u QCW vláknových laserů velmi podobná jako v případě LPSS Nd:YAG laserů. Praxe a testy ukazují, že i výsledky svařování QCW vláknovým laserem a LPSS Nd:YAG laserem jsou si velmi podobné.  V pulzním režimu je QCW laser ideální pro bodové (spot welding) a průběžné (seam welding) svařování, případně vrtání. QCW laser však může pracovat i v kontinuálním režimu, který umožňuje kvalitní laserové řezání a dělá tak z tohoto typu laseru univerzální nástroj pro více aplikací. Nicméně hlavním přínosem QCW laserů jsou velké výhody oproti starším LPSS Nd:YAG laserům, které „historicky" sdílejí velký podíl na trhu v oblasti laserového svařování.

Integrátoři a výrobci tak nyní mají při volbě laserového zdroje pro svařovací aplikace novou alternativu v podobě QCW laserů. Tato nová alternativa je cenově efektivnějším řešením, neboť QCW laser je - jak již bylo zmíněno - podstatně efektivnější, jednodušší, robustnější a bezúdržbový.

Ing. Miroslav Novák

LAO - průmyslové systémy
http://www.lao.cz/

novak@lao.cz

Další články

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky