Témata
Reklama

Kvalita laserových svarů

Ve srovnání s klasickými svařovacími procesy MIG, MAG nebo WIG poskytuje svařování laserovým paprskem možnost vyšší kvality procesu. Ta je dána především přesně definovaným množstvím potřebné energie, menším tepelným ovlivněním okolní zóny svaru, a tedy i menší náchylností na tvarové deformace.

Obecně je možné svařovat laserem za vysoké rychlosti bodové a švové svary prakticky u všech kovových materiálů a termoplastů. Každý z těchto materiálů má však do jisté míry svá odlišná specifika. Respektování těchto odlišností je prvotním předpokladem pro vytvoření jakostního spoje, svarů bez trhlinek, vměstků či pórů.
Z častých problémů tak lze připomenout např. náchylnost ke svarovým trhlinkám při svařování plechů z ocelí s vyšším obsahem uhlíku a síry při tloušťkách nad 10 mm, náchylnost ke vzniku trhlin při svařování legovaných austenitických ocelí, oblíbených pro svou korozivzdornost, či problémy při svařování hliníkových a jiných slitin. Postupy vedoucí k co nejlepšímu dosažení potřebné kvality laserového svaru je užitečné sledovat na pracích Fraunhofer Institutu für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, který je v rámci ústavů společnosti Fraunhofer Gesellschaft na tuto činnost orientován. Nedávno zde řešili např. svařování manganových ocelí, kde pro jejich dobrou obrobitelnost, lámavost třísky a dobrou jakost obrobeného povrchu byl upraven obsah síry do 0,4 %, Pb do 0,35 % a P do 0,1 %. Kombinace uváděných prvků však působí i na tvorbu Fe-Mn sulfidů, vedoucích často během tuhnutí a ochlazování svaru právě ke vzniku trhlinek, což navíc při svařování laserovým paprskem podporuje i vysoký teplotní gradient. Výzkum v IWS však prokázal možnost zachování jakostního svařování laserem bez tvorby svarových trhlinek i u těchto ocelí, a to za předpokladu jejich předehřevu. V IWS se osvědčil způsob indukčního předehřevu, ke kterému použili v případě svařování ocelí 9SMn28 a 9SMnPb28 6kW CO2 laserem 80kW středofrekvenční generátor.
Na kvalitu svaru má svůj vliv i atmosféra, ve které svařování probíhá. Kromě toho, že chrání svar před okolním prostředím, má za úkol korigovat i množství odpařeného kovu nad místem dopadu svazku a podílí se i na tvorbě vlastního svaru. Podstatnou úlohu vedle typu ochranné atmosféry hraje i volba laseru. Jestliže u CO2 nebo plynových YAG laserů ovlivňuje pracovní plyn především rychlost svařování, pak u diodového laseru se jedná i o optimalizaci geometrie svaru. Vliv záměny pracovního plynu lze demonstrovat na výměně obvykle používaného helia nebo argonu za směs argon-CO2, což vede k výraznému nárůstu hloubky provaření. Přimíšením aktivních složek do pracovního plynu lze docílit i úpravy proudění ve svařovací lázni, a to opět s příznivým vlivem na kvalitu hlubších a užších svarů.
Reklama
Reklama
Reklama

Aplikace v praxi

Již z několika výše uvedených faktorů vyplývá potřeba kontroly svařovacího procesu, a to jak udržení správné linie svaru, tak i jeho profilu. Náš výběr z metod, které pro tyto záměry přicházejí v úvahu, je z větší části zaměřen na užití u automatizovaných procesů.
Automobilový průmysl
Firma DaimlerChrysler spolu s firmou Precitec Optronik zavedly postup kontroly MPM systémem (Melt Pool Monitor) na bázi tzv. Qualas-principu, kde se kamerou měří délkové i plošné parametry lázně taveniny. Přitom se využívá jevu, že vytvářená svarová tavenina emituje záření převážně v infračervené části spektra. Získaná data by měla korelovat s dalšími údaji, jako je hloubka provaření nebo fokusace paprsku. Senzor u MPM systému s výměnným kamerovým modulem dává možnost dobrého přístupu ke svaru i za prostorově stísněných podmínek. V konkrétním případě nasazení u firmy DaimlerChrysler je použito svařovacího zařízení se stabilním CO2 laserem a s rotací svařence. Kamerový modul je vestavěn do stabilní části systému, což dává dobré možnosti především pro sledování ideální fokusace paprsku. Data senzoru jsou kromě přímých vstupů do výrobního postupu využívána i pro průvodní dokumentaci o kvalitě výrobku.
Řezné nástroje
Na principu využití CMOS kamery je založen kontrolní systém PD 2000 firmy Prometec. Jeho myšlenka koaxiálního řešení kamery s laserovým paprskem, licenčně převzatá z patentové přihlášky Fraunhofer Institutu für Lasertechnik ILT, dává možnost použití tohoto systému pro všechny typy laserů a libovolný cyklus výroby. Tak je možné získat kontrolu nad způsobem provaření, hloubkou provaření, nastavením ohniskové vzdálenosti, polohou švu, natavenou lázní svaru i výskytem pórů ve svaru. Obrazová frekvence 1 kHz je přitom zárukou operativnosti probíhajícího procesu, což je zvláště vítané při svařování oboustranně pozinkovaných plechů přeplátováním, kde odpařovaný zinek může být příčinou porozity svarů.
Tvářecí nástroje
Z Fraunhofer Institutu ILT pochází nakonec většina výzkumných prací, které jsou zaměřené na kontrolu kvality svarů nebo návarů. Protože v poslední době roste zájem o navařování částí tvářecích nástrojů, stojí za zmínku vývoj kontrolních systémů pro tento druh návarů. Pro kontrolu hloubky provaření návaru, což je v některých případech možné považovat za dostačující parametr, byl vyvinut koaxiální senzorový systém s CCD kamerou s vyhodnocováním a regulací procesu přes PC. S rychlostní CMOS kamerou je pak vyvinut koaxiální senzor, sledující pro optimalizaci celého procesu navařování vztah mezi výkonem laseru a masou přídavného návarového prášku na základě emitovaného tepelného záření a závislost geometrie návarové taveniny na rychlosti posuvu a množství prášku.
Plně automatizovaná kontrola
Praktickou kontrolu polohy svarového švu i jeho profilu nabízí metody triangulace, včetně laserové triangulace. Jejím představitelem, který se jí v širší míře zabývá už řadu let, je firma MEL Mikroelektronik, která tento proces dovedla při kontrole svarů s vhodným programovým řízením až k plné automatizaci. O tom svědčí í na veletrhu Laser 2005 v Mnichově uzavřená spolupráce mezi touto firmou a výrobcem kloubových robotů Motoman Robotec. Výhodnost takového kontrolního postupu potvrzuje i jeho aplikace při svařování elektronovými paprsky. Tady může být příkladem 3D kontrola délky a profilu svarového švu dílů hliníkového kokpitu, kde kontrolní proces provádí robot s integrovaným laserovým triangulačním senzorem v rámci systému Viro wsi od firmy Vitronic.
Robotizované svařování
Svařování a kontrola svaru u 3D robotických systémů má ostatně svá další specifika, kam přistupuje nutnost prostorově náročnější kontroly dráhy svaru. To už je oblast sama o sobě trochu odlišná, a jen okrajově se proto zmiňujeme o senzorových systémech Scout firmy Dr. Barthel Sensorsysteme, vyvíjených v několika řadách, a o systému, který řeší Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT na principu triangulace pro přímé působení na výrobní proces v rámci evropského projektu CRAFT SenseLasBot. Pro kombinaci s kloubovým robotem je určen i měřicí systém Souvis 5000 od firmy Soudronic Automotive, postavený na bázi zpracování obrazu přes CMOS kameru, vestavěnou spolu se systémy zábleskového osvětlení do kompaktní senzorové hlavice. Senzor pracuje jak na principu triangulace pro profilová měření, tak i s povrchovým snímkováním při krátkém záblesku pro analýzu kvality povrchu.
Obvodové svařování
Při rostoucích požadavcích na rychlost svařování dochází často až k extrémnímu zúžení ohniska paprsku i svarové spáry, což může přinést nepřesnost při najíždění svaru. Senzor, který je schopen automaticky nastavit přesnou výchozí polohu svaru, vyvinuli tentokrát přímo ve Fraunhofer Institutu IWS. Pracuje s diodovým laserem a optikou zprostředkující vyhodnocení polohy a přes CNC nebo SPS systémy řízení polohy svařovacího zařízení. Vhodný je především pro obvodové svary u rotačních svařenců s dobrou reflexí paprsku.
Svařování plastů
Trochu odlišný je sled kontrolních operací při sledování jakosti laserového svaru u plastů, kde při jejich svařování jde většinou o metodu prozařování. Při způsobu přeplátování je vrchní spojovaný díl transparentní vůči paprsku laseru a spodní absorbující záření pro vývoj tepla potřebného pro spojení dílů. Při výskytu nekvalitních svarů se jako častá příčina ukazuje snížená transparentnost vrchního dílu, daná stárnutím materiálu nebo jeho nekvalitní výrobou u dodavatele. Pro spolehlivou a rychlou kontrolu transparentnosti plastů proto firma Prolas Produktionslaser, známý výrobce laserů a laserových systémů, vyvinula senzory transparentnosti IRSpec I a II. První typ je vhodný pro porovnávací měření, druhý pro absolutní v blízké infračervené části spektra.
-jš-
www.mmspektrum.com
060409
iia.smid@c-box.cz
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 60409
Datum: 12. 04. 2006
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Související články
Řezání vysokým tlakem

Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Metody spojování využívající principy plastické deformace

Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

Trhací nýty pro vysoké zátěže

Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

Inovovaná fiber laserová centra

Dnešní výrobci plechových dílů vyžadují vysoce flexibilní, efektivní a inteligentní řešení. Nové inovace ve výrobě vláknového laseru Prima Power byly navrženy a vyvinuty tak, aby splňovaly tato očekávání. Platino Fiber Evo je nejnovější verzí platformy Platino s více než 2 000 instalací po celém světě, vylepšenou o důležité technologické inovace.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit