Přesné bodové svařování s pulzním laserem

Svařování a estetika patří u firmy Reichle v Bissingenu, která lasery využívá, neroz-lučně k sobě. Na firmu se obracejí se svými problémy jak výrobci nástrojů a forem, tak také podniky zpracovávající plasty, vyrábějící automobily, letadla nebo medicín-skou techniku. Strojní park firmy Reichle v Bissingenu byl rozšířen o poloautomatic-ký laserový stroj typu PSM 400 od firmy Schunk. Stroj je vybaven Nd:YAG laserem s nastavitelným tvarem a dobou pulzu až 100 ms, jakož i efektivní funkcí, která umožňuje opracovávat jinak náročně opracovatelné materiály. V minulosti byla firma schopna také uspokojovat své zákazníky použitím jiných laserů, ale nový stroj PSM 400 značně zlepšil kvalitu prováděných prací. Jedná se zejména o perfektní prove-dení každého detailu opracování, ne pouze o splnění požadavků zákazníka. Pomocí tohoto nového laserového stroje je možné kvalitně svařovat náročné materiály a sliti-ny. Lze vytvářet tlakové a korozi odolné svary bez trhlin.

Vestavěný pulzní Nd:YAG laser typ SLS 200 CL60 firmy Lasag má střední výkon 220 W. Pomocí modulace pulzu se dosahuje kontrolovaného řízení množství tepla vneseného do materiálu a proces svařování tak lze optimalizovat podle průběhu tuhnutí daného materiálu – zejména při svařování křehkých materiálů, jako jsou např. součásti z litiny, ocelí s vysokým obsahem uhlíku a superslitin. Použitím velmi dlouhých pulzů laseru uživatel získává lepší svařitelnost a dosáhne se minimalizace následného opracování svaru.

Zatímco většina Nd:YAG laserů nabízených na trhu má trvání pulzu mezi 20 až 60 ms, má PSM 400 až 100 ms. Aby se tavenina stabilizovala, může být nastaven a op-timalizován také tvar pulzu podle absorpce záření svařovaného materiálu. Ve srov-nání s konvenčním pravoúhlým tvarem pulzu se zde dosahuje lepších výsledků sva-řování. Modulován může být i průběh pulzu, a tak lze řídit rovněž promíchání taveni-ny ve svaru. Stroj je vybaven také adaptivním řízením Closed-Loop, které zajišťuje stabilní výkon laseru a jeho práci v optimálních pracovních podmínkách.

Nástrojovou ocel 1.2379, která se používá na řezné hrany vysokovýkonných střiž-ných a lisovacích nástrojů, můžeme na PSM 400 svařovat dokonale a bez trhlin. Za-řízení pracuje přesně a vytváří značně lepší tvar svaru než dosud používané kon-venční laserové stroje. Na stroji se provádí rovněž navařování materiálu z drátu, což dává podstatně lepší výsledky než použití prášku jako přídavného materiálu.

V paměti řídicího systému stroje jsou uloženy pracovní podmínky pro všechny běžně používané materiály a průměry drátů. Doporučení firem Lasag a Schunk jsou stále vylepšována a optimalizována podle požadavků zákazníků. Optimalizován je tvar svaru a současně jsou eliminovány možné chyby. Na základě řady pokusů specialistů na lasery a na opracování povrchů firmy Reichle byly definovány pracovní parametry laseru, při kterých po přebroušení nevznikají žádné „stíny“. Podniku se rovněž vyplatilo spojit všechny technologie svařování pod jednu střechu. To umožňuje vzájemně porovnávat vhodnost použití metody WIG, svařování laserem, leštění, gravírování a pískování.

U firmy Reichle zvažují velmi podrobně, jaký průměr přídavného drátu mají pro daný případ použít. Pracovní parametry mohou být nastaveny tak, že lze použít i drát o větším průměru a tím zrychlit práci. Na stroji PSM 400 lze na jednom místě vytvořit výšku návaru mezi 0,1 až 0,7 mm. Je-li nutné vytvořit vyšší návar, je po dohodě se zákazníkem použito kombinace navařování metodou WIG a laserem. Tím se dosáh-ne optimálního poměru náklady – užitek. Důležitou roli hraje také absolutní délka času opravy nástroje, neboť se často jedná o opravu nástroje používaného v probíhající výrobě.

Při vývoji laserového stroje PSM 400 byly zvažovány také dva důležité faktory –kvalita a čas. Snadno ovladatelné zařízení Lock-ahead obsahuje funkci, pomocí níž lze generovat velmi rychle přímo dráhu navařování ve 3D. Např. pro naprogramování kružnice stačí zadat pouze její tři body. Na monitoru se zobrazuje počet, vzdálenost a dělení drah navařování.

Naprogramovat lze také libovolně tvarované plochy, které nelze vyjádřit matematicky. Pomocí funkce zabudované v řídicím modulu lze rovněž ovlivnit plynulý a harmonický průběh prostorové křivky. Systém programování zabudovaný v řídicím panelu umožňuje pracovat velmi rychle, bez časově náročného externího programo-vání. Plošné nanášení materiálu v prostoru se tak značně zjednoduší. Průběh navařování lze sledovat na monitoru. Zařízení objíždí dráhy spojitě. U malých sérií, jako je tomu např. u lékařské techniky, lze tímto způsobem vytvořit opakovaně přesné dráhy navařování. Při bodovém svařování si v programovacím systému svářeči vytvářejí šablony, podle kterých potom mohou snadno, velmi rychle a s vysokou přesností opracovávat opakovaně dané součásti. U tohoto stroje není nutné použít dodatečné automatické ostření paprsku nebo jiný pomocný prostředek. Pouze přívod drátu se zde provádí ručně.

Speciálně pro nanášení a opravárenské svařování má firma Schunk koncipován svůj laserový svařovací stroj velmi flexibilně. Ve směru os X, Y a Z činí řízená dráha 400 mm. Aby se změna velikosti dráhy provedla podle velikosti obrobku velmi rychle, může být osa Y2 přesunuta ručně o 700 mm a rovněž natočena o ±16°. Osa Z3 je posuvná a otočná ve vertikálním směru a lze ji v každé poloze zpevnit.

Obsluha může velmi pohodlně vytvářet pracovní funkce obrábění, programování a jejich kontrolu bez ohledu na velikost obrobku. Ovládací panel je pohyblivý a lze ho jednoduše polohovat. Na přání zákazníka může být ovládání doplněno ručním kolečkem, které umožňuje velmi přesné polohování. Výkonný binokulár s 10-, 15- nebo 20násobným zvětšením umožňuje přesnou práci v rozsahu naklonění mezi 10° až 50°. Elektricky výškově stavitelný a oboustranně sklopný pracovní stůl stroje, jakož i posuvná a výškově stavitelná svařovací hlava laseru zaručují vysokou míru flexibility pracovního rozsahu. Bez ohledu na tvar obrobku, jeho velikost a polohu navařovaného místa může obsluha provést přesné ustavení obrobku v pracovním prostoru stroje. Pomocí pilotního laseru lze před vlastním navařováním ještě jednou zkontrolovat pracovní dráhu paprsku laseru.

Michael Schneider

Zdroj: MM Das Industriemagazin, č. 33/ 2011

Zpracoval -VŘ-

Obr. Na str.36:
Obr. 1.
Obr. 2. Pomocí magnetického upínacího systému lze v prostoru ustavit obrobky velmi rychle.
Obr. 3. Na laserovém obráběcím stroji PSM 400 lze přesně opravit i velmi jemné tva-ry.
Obr. 4. Na mikroskopu může pracovník kontrolovat a dokumentovat provedení i těch nejmenších detailů.