Témata
Reklama

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.

Snížení doby cyklu a zvýšená produktivita hrají stále důležitější úlohu v současné průmyslové výrobě. Zejména v automobilovém průmyslu, kde celková délka laserem svařovaných švů může dosahovat až šedesát metrů na vozidlo, je důležité minimalizovat dobu zpracování použitím vysokých rychlostí svařování. Perfektním základem jsou vláknem vedené pevnolátkové lasery, např. diskové lasery s vysokou kvalitou paprsku při laserovém výkonu v rozsahu několika kW. Avšak použití moderních pevnolátkových laserů není zadarmo; je zapotřebí překonat překážky, tj. velký rozstřik a znečištění obrobků a upínacích zařízení.

Reklama
Reklama

Svařování laserem

V porovnání s konvenčním svařováním laserové svařování umožňuje svařování s vedením tepla (konvekční) a rovněž svařování s hlubokým průvarem. Tenké a hluboké svarové švy jsou zhotoveny bezdotykově a při vysokých rychlostech posuvu. Malá teplotně ovlivněná zóna (HAZ) minimalizuje tepelné deformace dílů. Hloubka svaru může být až desetkrát větší než šířka svaru a může dosahovat až 25 mm. Avšak rychlosti posuvu jsou u laserového svařování omezené. Jedním z důležitých faktorů je rozstřik a následkem toho ztráta objemu svarového švu. Všeobecně oba tyto aspekty se zvyšují s rychlostí posuvu a s použitým výkonem laseru. Při svařování konstrukční oceli pevnolátkovým laserem obvykle dochází ke zvýšené ztrátě hmotnosti od rychlosti posuvu 5 m.min-1. Obrázek z hlediska kvality ilustruje typické rozstřikování u laserového svařování konstrukční oceli při rychlosti posuvu 10 m.min-1.

Aktuální situace: značné rozstřikování při svařování konstrukční oceli s částečným průvarem při rychlosti posuvu 10 m.min

-1.

Minimální rozstřikování při svařování konstrukční oceli použitím technologie BrightLine Weld při rychlosti posuvu 10 m.min-1.

Meze svařování pomocí pevnolátkových laserů

Zvýšené rozstřikování při vyšších rychlostech posuvu:

  • nebezpečí ztráty objemu materiálu při vysokých rychlostech posuvu má za následek boční rýhy a vruby, které snižují mechanické pevnosti a kvalitu svarového švu;
  • upínací zařízení jsou znečištěna a vyžadují čištění, což má za následek neproduktivní časy stroje;
  • krycí ochranná skla je nutné měnit, což má za následek zvýšené náklady.

Doposud bylo možné dosáhnout přijatelného rozstřikování pouze při rychlostech svařování do 5 m.min-1, výsledkem je nízká produktivita. To je v rozporu se stávajícím požadavkem na snížení doby cyklu v průmyslových výrobních zařízeních. S novou technologií svařování BrightLine Weld firma Trumpf nabízí řešení splňující tyto požadavky.

Svařování s nízkým rozstřikováním

Pomocí technologie BrightLine Weld jsou zhotovovány tenké a hluboké švy vysoké kvality. Nižší tvorba stříkanců umožňuje vyšší rychlosti posuvu. Graf znázorňuje hloubku svařování v závislosti na rychlosti posuvu při výkonu laseru 5 kW u konstrukční oceli jak pro současné laserové svařování, tak pro BrightLine Weld. Barva referenčních bodů v grafu znázorňuje dosaženou kvalitu švu:

  • zelená – svarový šev vysoké kvality, který splňuje současné požadavky;
  • žlutá – svarový šev střední kvality, který nesplňuje všechny požadavky, ale je přijatelný pro různé aplikace;
  • červená – svarový šev špatné kvality, který již není přijatelný;
  • fialová – od této rychlosti svařování se objevuje tvorba nerovností, Výsledná kvalita svarového švu je nedostatečná.
Hloubka svařování v závislosti na rychlosti svařování. Porovnání současného stavu techniky s technologií BrightLine Weld.

Referenční body křivky BrightLine Weld jsou zelené až do rychlosti 20 m.min-1. Až do této rychlosti vznikají svarové švy vysoké kvality. U současného stavu techniky jsou referenční body žluté při rychlosti svařování 5 m.min-1. Pro vyšší rychlosti svařování jsou tyto body červené nebo fialové. Takže kvalita svarového švu při 5 m.min-1 je pouze střední a špatná nebo nedostatečná při vyšších rychlostech. To znamená, že s technologií BrightLine Weld by bylo možné zvýšit maximální rychlost posuvu u konstrukční oceli o přibližně 300 % až na 20 m.min-1 při porovnatelné hloubce svařování. U nerezové oceli testy prokázaly možnost zvýšení maximální rychlosti posuvu o 100 % na 10 m.min-1.

Další graf ukazuje detailně úbytek materiálu svarů s částečným průvarem u nerezové oceli svařené technologií BrightLine Weld. Pro porovnání výsledků je rovněž znázorněna ztráta hmotnosti naměřená při konvenčním laserovém svařování s pevnolátkovými lasery. Červené referenční body opět označují nedostatečnou kvalitu svaru u testovacích svarů. Konvenční laserové svařování ukazuje zvýšenou ztrátu hmotnosti od rychlosti posuvu 5 m.min-1. Naproti tomu je ztráta hmotnosti u svarových švů zhotovených technologií BrightLine Weld až do rychlosti posuvu 20 m.min-1 v rozsahu, který může být charakterizován jako téměř bez rozstřiku (<0,4 mg.mm-1). Současně všechny svarové švy zhotovené technologií BrightLine Weld vykazují vysokou kvalitu, a navíc nemají žádné nepravidelnosti až do rychlosti posuvu nejméně 20 m.min-1.

Ztráta hmotnosti svarového švu v závislosti na rychlosti svařování u konvenčního laserového svařování s pevnolátkovými lasery a s technologií BrightLine Weld.

Svařování s technologií BrightLine Weld

Použití technologie BrightLine Weld přináší uživateli následující hlavní výhody:

  • Podstatně vyšší rychlosti procesu při konstantní kvalitě švu zvyšují produktivitu. U konstrukční oceli může být max. rychlost svařování zvýšena bez problémů o 300 %, a u nerezové oceli o 100 %.
  • Minimální tvorba stříkanců a méně znečištění snižují procesní náklady: snížení prostojů stroje, méně oprav dílů a nižší spotřeba ochranných skel svařovací optiky za stejnou dobu.
  • Na stejnou hloubku svařování je zapotřebí nižší výkon laseru. Vysoká účinnost umožňuje až 50% úsporu energie při stejné hloubce svařování a stejné kvalitě.
  • BrightLine Weld poskytuje svarové švy vysoké kvality. V příznivých případech svarové švy nevykazují propadliny ani krátery. V důsledku sníženého příkonu je teplotní deformace dílů velice malá.

BrightLine Weld ve výrobě převodovek

Typickým použitím u hnací jednotky je svařování ozubených kol. Tabulka sumarizuje parametry a výsledky při svařování ozubených kol za současného stavu techniky. Podle typu jsou ozubená kola např. svařována při rychlosti posuvu 5 m.min-1 a výkonu laseru 3,4 kW. Rozstřik, který vzniká během svařování, musí být odstraňován (viz obrázek na levé straně tabulky).

U takových svarů poskytuje technologie BrightLine Weld podstatné zlepšení. Přitom může být použita flexibilně – buď za účelem optimalizace energetické účinnosti, nebo za účelem optimalizace produktivity stroje. Jestliže je technologie BrightLine Weld použita za účelem optimalizace energe-tické účinnosti, jak je uvedeno v další tabulce vlevo, shodné díly mohou být svařovány při stejné rychlosti posuvu s o 40 % nižším výkonem laseru 2 kW. Jestliže si prohlédneme podrobněji zobrazený svarový šev, rovněž pochopíme důvod. S technologií BrightLine Weld jsou zhotovovány mírně užší svarové švy, což je důvod, proč je zapotřebí nižší výkon laseru pro dosažení stejné hloubky svařování. Současně je dosaženo nižší tvorby stříkanců, takže není požadováno žádné odsávání, což má za následek snížení nákladů. Lze rovněž zvýšit rychlost posuvu při vyšším výkonu laseru. Tento případ je uveden v pravém sloupci tabulky.

Parametry, technologie a příčné řezy svarem pro svařování ozubených kol pomocí pevnolátkových laserů za současného stavu techniky.
Parametry, technologie a příčný řez svarem pro svařování ozubených kol technologií BrightLine Weld. Technologie může být použita buď pro optimalizaci energetické účinnosti, nebo pro optimalizaci produktivity stroje.

Výhled

V budoucnosti by neměla být technologie BrightLine Weld používána pouze ve výrobě převodovek, nýbrž také v jiných průmyslových odvětvích, jako jsou trubky nebo profily. Trubky a profily jsou obvykle ohýbány a svařovány z velice dlouhých plechů (tzv. kontinuální proces). Na rozdíl od aplikací hnací jednotky jde u těchto svarů o svary s úplným průvarem. Obvykle jsou používány velice vysoké rychlosti posuvu, např. 30 m.min-1, které nemohou být v dnešní době dosaženy pevnolátkovými lasery. Tyto požadavky zvyšují náročnost procesu, ale již bylo dosaženo slibných výsledků. První testy ukazují, že s technologií BrightLine Weld je možné svařovat svarové švy s úplným průvarem při vysokých rychlostech posuvu. Jako ukázka je na obrázku zobrazen výsledek svaru při svařování 2 mm silného profilu z nerezové oceli s úplným průvarem. Tento test byl proveden s TruDisk 5001 s výkonem laseru 5 kW při rychlosti posuvu 20 m.min-1.

Závěr

Nová technologie BrightLine Weld má potenciál způsobit revoluci ve svařování pevnolátkovými lasery. Umožňuje konstantní vysokou kvalitu švu nezávisle na rychlosti svařování. Uživatel má možnost volby mezi optimalizacemi, tj. minimalizací spotřeby energie nebo maximalizací produktivity svého stroje. Navíc rychlost posuvu s BrightLine Weld již není parametrem, který musí být optimalizován. To usnadňuje optimalizaci parametrů a zrychluje průběh procesu.

Balík firmy Trumpf obsahuje laser TruDisk způsobilý pro technologii BrightLine Weld, optický laserový kabel, svařovací optiku a softwarový modul, který zjednodušuje používání technologie.

Trumpf

Marcela Náhlovská

Marcela.Nahlovska@cz.TRUMPF.com

https://www.trumpf.com/cs_CZ/

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 180130
Datum: 07. 02. 2018
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.

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.

Související články
Navařování metodou WAAM

Aditivní výroba (AM – Additive Manufacturing, 3D print apod.) je inovativní výrobní proces, kterým je možné vytvářet trojrozměrné objekty tak, že se postupně skládá vrstva po vrstvě určitého materiálu a tím se vytvářejí rozličné finální tvary podle CAD předlohy (zatímco u konvenčních způsobů výroby, jako např. obrábění, se odstraňuje nežádoucí materiál z plného průřezu).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

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.

Průmyslové lasery (5) - Laserové řezání

Řezání je nerozšířenější laserovou technologií. Průmyslové využití laserů se datuje do roku 1965, kdy firma Western Electric Company postavila funkční laserový systém pro vrtání diamantových raznic. V roce 1967 byl pak ve Velké Británii uveden do provozu laserový systém na řezání ocelových plechů s použitím kyslíku jako asistenčního plynu. Záhy poté následovaly systémy pro řezání nekovových materiálů.

Průmyslové lasery (2) - svařovací lasery

První laboratorní pokusy svařování pomocí laseru se objevily záhy poté, co byly postaveny první prototypy laseru na počátku šedesátých let. Výrazněji se však aplikace laserového svařování začaly uplatňovat po vynálezu Nd:YAG laseru v roce 1964 a s postupným zvyšováním dosahovaných výkonů CO2 laserů, zpočátku v laboratořích a ke konci šedesátých let i v průmyslovém nasazení.

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.

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.

O úspěchu v průmyslovém lepení rozhodují zkušenosti

Málokterý obor ve strojírenských technologiích je závislý na tolika okolnostech, jako je tomu v průmyslovém lepení. Je to dáno množstvím vlivů, které ovlivňují konečný výsledek. Od samotného lepidla, vhodně zvoleného typu a konkrétních vlastností přes způsob aplikace lepidla, rychlost nanášení, čas na nanesení a ztuhnutí lepidla, přesnost nanášení, čistotu, bezpečnost a ekologii až po cenu. Pohybujeme se v rozsahu od jednoduchého lepení krabic housenkou lepidla nanášenou ruční pistolí až po automatické linky s množstvím servopohonů a čidel, příp. s robotem v ceně několika milionů korun.

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