Témata
Zdroj: IPG Photonics

Flexibilita ručního laserového svařování

Kromě běžných svařovacích metod TIG a MIG je v současné době možné využít také čím dál dokonalejší technologii svařování laserem. Vyznačuje se značnou přesností a flexibilitou; lze ji využít i pro hliník, měď či další barevné kovy. Specifickou oblastí jsou pak systémy ručního laserového svařování, které se krom stabilně vysoké kvality svaru vyznačují i snadným ovládáním a instalací.

Roman Švábek

Je absolventem oboru Materiálové inženýrství Fakulty strojní ČVUT v Praze. Od roku 2005 se věnuje laserům a průmyslovým laserovým technologiím. Je jednatelem české pobočky společnosti IPG Photonics, která zajišťuje prodej a servis produktů IPG na českém, slovenském a maďarském trhu.

Reklama

Laserové svařování se ve výrobě používá již desítky let, přičemž rychle získává na popularitě napříč různými obory. První vláknový laser s výkonem v řádech kW byl představen společností IPG Photonics na začátku roku 2002, načež se tato technologie záhy dočkala začlenění do různých průmyslových aplikací. Následný vývoj umožnil dosažení ještě větší účinnosti a snížení nákladů, díky čemuž se vláknové lasery staly dostupnějšími. Spolu s nimi vzrostl zájem i o všestranné ruční řešení svařování, které poslouží jako alternativa ke svařování MIG a TIG, a díky velké flexibilitě jím lze nahradit i odporové bodové svařování.

Ruční laserové svářečky IPG LightWELD. (Zdroj: IPG Photonics)

V dnešní době je možné se běžně setkat s lasery integrovanými ať už v robotických systémech, nebo v jednoúčelových strojích se sofistikovaným řízením pohybu, u nichž jako zdroj energie nutné k přímému vytvoření svarové lázně slouží přesně zaostřený laserový svazek. V případě ručního laserového svařování je laserový zdroj připojen ke svařovací hlavě pomocí ohebného „kabelu“, podobně jako je tomu u zařízení MIG nebo TIG. Výstup vlákna do svařovací hlavy umožňuje vysokou koncentraci energie na malou plochu, což má za následek velmi vysokou hustotu výkonu. Oproti tradičním metodám je tak možné svařovat až čtyřikrát větší rychlostí, přičemž díky bodovému zaostření vznikají velice kvalitní svary. Tepelně ovlivněná oblast je výrazně menší, přičemž tato metoda umožňuje svařování i rozdílných a vysoce odrazivých materiálů.

Přínosy ručního laserového svařování

Svařování laserem představuje možnost vyhnout se komplikacím, které s sebou nesou tradičnější metody MIG a TIG. Laserová technologie klade velmi nízké nároky na operátora a jeho kvalifikaci, přičemž zároveň dosahuje vynikající opakovatelnosti – i méně zkušený operátor tak může docílit větší produktivity, zatímco vysoce kvalifikovaní svářeči se naopak mohou zaměřovat na složitější svařence s vyšší přidanou hodnotou.

Součástí dodávky zařízení může být i praktický vozík. (Zdroj: IPG Photonics)

Laserový svazek je extrémně stabilní v širokém rozsahu parametrů. Poskytuje tak flexibilitu nejen pro svařování materiálů různé tloušťky, ale i svařování vysoce reflektivních materiálů, jako jsou hliník, měď a další barevné kovy. Při požadavku na hluboký průvar lze laser provozovat v kontinuálním režimu (CW), a naopak pokud je materiál extrémně tenký a citlivý na přívod tepla, lze laser provozovat v režimu pulzním.

Nevýhodou laserového svařování může být nutnost přesnějšího lícování dílů. Zde je však možné pomoci si svařováním přídavným drátem, jako je tomu u klasických metod, nebo použitím tzv. wobblingu. Při něm se – díky rozkmitu svazku kolmo na směr pohybu pistole – vytváří spojitý, dynamický a širší svar, který zároveň zaručí vyšší kvalitu a homogenitu. Svařování s přídavným materiálem ve formě drátu pak funguje tak, že se kovový drát pomocí podavače přivádí ke špičce laserové svařovací pistole. Přídavný drát se teplem laseru roztaví, a v případě, že je slícování kusů nepřesné, se svarová mezera tímto roztaveným kovem vyplní.

Reklama
Reklama
Reklama

Některé laserové svařovací systémy, například LightWELD XC nebo LightWELD XR od IPG Photonics, nabízejí rovněž možnost laserového čištění. Předčištěním lze eliminovat vměstky a jiné vady způsobené nečistotami na povrchu materiálu, čištění po svařování odstraní šmír a při čištění nerezové oceli laser eliminuje tepelně ovlivněnou oblast a zajistí pasivaci povrchu. Touto metodou tak lze nahradit chemické či mechanické čištění povrchů svarů, a tím ušetřit na čisticích médiích.

Implementace a bezpečnost

Zapojit do výroby proces laserového svařování nemusí být složité. Vzduchem chlazené systémy, jako je například LightWELD, je možné nainstalovat snadno a rychle, a k dostatečnému proudění vzduchu jim postačí pouhých 100 mm volného prostoru kolem jednotky. Jejich nízká hmotnost krom toho umožňuje i instalaci na pojízdný vozík nebo skříň, přičemž k dispozici jsou s vláknem délky 10 m.

Zatímco problematika bezpečnosti je v případě klasického svařování obecně známou věcí, v případě laseru může být pro mnoho firem novinkou. Svařovací laser třídy IV je pouhým okem neviditelný, takže nedodržení správného postupu svařování může vést k nepředvídanému zranění. Laserové svařování také vyžaduje kromě speciální svářečské kukly i speciální laserové ochranné brýle. Systémy musí být instalovány v odděleném prostoru (LCA) a napojeny na interlocky, které zabrání ve vstupu do prostoru, kde by hrozilo vystavení laserovému záření. Krom toho je vhodné jmenovat pracovníka zodpovědného za bezpečnost laseru, který bude zajišťovat důsledné dodržování všech bezpečnostních pravidel. Obecně lze říci, že pokud jsou dodrženy veškeré uvedené podmínky, je technologie ručního laserového svařování velmi bezpečná a nepředstavuje oproti zavedeným metodám MIG a TIG žádné další riziko.

Svařování pomocí zařízení IPG LightWELD. (Zdroj: IPG Photonics)

Co se týče svařovacího výkonu, ten lze snadno nastavit pomocí intuitivních ovládacích prvků umožňujících rychlé navolení optimálních parametrů pro jednotlivé materiály a tloušťky. Díky 74 uloženým a přednastaveným předvolbám parametrů lze i začínající operátory proškolit rychle a efektivně, takže jsou připraveni svařovat během několika málo hodin. Požadavky na údržbu zařízení LightWELD jsou rovněž minimální, a to díky vzduchovému chlazení, kdy i koncovky v podobě trysek lze podle potřeby rychle a snadno vyměnit. Jinými slovy – ať už se jedná o samotné svařování, nebo pomocné procesy jako čištění, vše je navrženo pro maximální efektivitu a produktivitu procesu.

Reklama

Konkurenceschopná kvalita

Výrazný pokrok v laserových a výrobních technologiích umožňuje společnosti IPG nabízet zařízení LightWELD za velmi atraktivní cenu. Ruční laserové svařovací a čisticí systémy LightWELD se snadno ovládají, přičemž umožňují konzistentně kvalitní výsledky při svařování různého materiálu i tloušťky. Volitelná funkce laserového čištění optimalizuje kvalitu svaru a dále zvyšuje produktivitu. Přednastavené parametry garantují kvalitní výsledky a lze je měnit a uložit pro další použití. Obsluha může ihned přepínat mezi předvolbami a okamžitě měnit parametry pro svařování různých typů a tlouštěk materiálů. Jednoduché ovládání umožňuje zaškolit nové operátory během pár hodin a zkušení svářeči jsou díky němu schopni okamžitě zvýšit produktivitu práce. Zařízení LightWELD od IPG disponuje oproti konkurenčním systémům řadou jedinečných technických parametrů, díky kterým se jedná o jediné opravdu bezpečné zařízení pro ruční laserové svařování na trhu.

Zařízení IPG LightWELD umožňuje čištění povrchu před svařováním i po něm. (Zdroj: IPG Photonics)

• evropská certifikace CE a aplikační i technická podpora produktu;

• pokročilé bezpečnostní prvky oproti konkurenci
    – klíč pro aktivaci zařízení, tlačítko E-stop na čelním panelu,
    –  připojení interlockových obvodů pro LCA,
    – svorka pro uzavřený vodivý obvod při svařování,
    – dvoustupňový spínač na pistoli,
    – detektor zpětného odrazu – nedovolí spustit emisi laseru, pokud se skutečně nesvařuje;

• vzduchem chlazený, kompaktní laserový systém s vysokou účinností;

• 74 přednastavených programů pro svařování různých druhů a tlouštěk materiálů;

• možnost tvorby vlastních programů;

• 100 % Duty Cycle bez nutnosti přerušování práce.

Související články
Automatizované laserové svařování hliníku

Několik zemí už oznámilo plány na postupné ukončení výroby automobilů se spalovacími motory ve prospěch elektromobilů. Stejně jako u každé nové technologie jsou však i zde několikerá úskalí. Jedním z nich jsou vysoké náklady na výrobu baterií. Akumulátor je jednou z nejdražších součástí pohonného ústrojí elektromobilu. Ke snížení celkových nákladů je zapotřebí co nejúčinnější výrobní technologie.

Efektivní laserové svařování konektorů

Neustálý nárůst elektrifikace v automobilovém průmyslu výrazně zvyšuje spotřebu kvalitních konektorů mnoha různých typů. To klade vysoké nároky na spolehlivou a pružnou výrobu s minimální dobou seřizování a nastavování výrobních strojů. Požadavkům na snadnou integraci, kompaktnost a vysokou produktivitu odpovídá technologie vláknových laserů.

Laserové svařování pro Průmysl 4.0

Vláknové lasery jsou významným nástrojem pro svařovací aplikace, které slouží mnoha zavedeným odvětvím i novým rychle rostoucím oborům. Pro progresivní výrobce, kteří již výhod laserového svařování využívají, zůstává otázkou, jak dále zlepšit efektivitu procesu a být krok napřed oproti konkurenci. Optimalizace jakéhokoli průmyslového procesu pro inteligentní výrobu vyžaduje vysoce kvalitní on-line sběr dat. Stále roste potřeba technologií, které pomohou lépe monitorovat proces laserového svařování.

Související články
Kompaktní laserová pracovní stanice

Laserové zpracování kovů, které bylo kdysi vyhrazeno pro drahé letecké a medicínské technologie, se postupem času stalo běžnou technologií v mnoha průmyslových odvětvích. Ve srovnání s tradičními laserovými zdroji, které vyžadují drahý spotřební materiál a pravidelnou údržbu optických součástí, jsou dnešní vláknové lasery v podstatě bezúdržbové. Kromě velmi vysoké technické úrovně a sofistikovanosti, které tyto lasery nabízejí, jsou nyní mimořádně cenově konkurenceschopné. Náklady na laserové diody se v posledních letech snížily o více než 80 , a proto se stroje používající vláknové lasery staly mimořádně cenově efektivním řešením pro mnoho aplikací zpracování materiálu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Svařování mědi vysokovýkonnými vláknovými lasery

Přesné strojírenství, automobilový průmysl a spotřební elektronika stojí za stále výraznějším rozšiřováním mědi a jejích slitin do různých výrobků a strojních součástí. S vývojem nových technologií baterií a zvyšováním jejich kapacit rostou požadavky na kvalitu a produktivitu spojování těchto materiálů. Pro spoje v oblasti spotřební elektroniky je stále nejpoužívanější technologie pájení, v aplikacích náročnějších na mechanické namáhání nebo přenos větších proudů je nutno přistoupit k procesu svařování.

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.

Obrábění laserem pro všechna odvětví

Od doby, kdy byl objeven a vyroben první laser roku 1960, se uplatnění laserů rozšířilo téměř do všech oborů lidské činnosti. Dnes se s lasery setkáváme téměř všude ? ve zdravotnictví, potravinářství, stavebnictví a logicky i ve strojírenství. Velice často se lasery uplatňují v procesech zpracování a obrábění materiálů jako výrobní nástroje. Oblibu si získaly díky svým schopnostem rychlého procesu obrábění, minimální hlučnosti, vysoké flexibilitě, minimálnímu tepelnému ovlivnění okolního materiálu a dalším.

MSV ve znamení svařování i zpracování plechů

Na letošním MSV v Brně se setkají i výrobci špičkových zařízení pro svařování a strojů pro zpravování plechů. Na naše otázky odpovídají Taťána Malá, jednatelka společnosti JC-Metal, a Jaroslav Pavlů, majitel firmy Presstechnik.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Fotonika - klíč k technologickému rozvoji

Vynález laseru, optických vláken a polovodičových optických součástek výrazně zvýšil význam využití optiky pro moderní technologie. Byl to také impulz pro rozvoj mladého vědního oboru – fotoniky –, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Místem, kde si odborníci z těchto tří na sobě závislých oborů – optika, elektronika a fotonika – sdělují svá know-how a sdílejí své úspěchy, se každoročně stává nejvýznamnější světový veletrh optických a laserových technologií Laser World of Photonics. I letos jej koncem června na mnichovském výstavišti doprovázel světový kongres World of Photonics congress.

Laserová svařovací buňka, která promíjí nepřesnosti v plechu

Vstup do oblasti laserového svařování se stává snadnějším než dříve díky tolerantnímu laserovému svařování metodou FusionLine a balíčku pro náběh výroby. Nové konstrukční prvky a softwarové komponenty zjednodušují obsluhu.

Pokročilé metody laserového svařování

V současné době existují nové metody laserového svařování, které dále zlepšují základní metodu. V současné době existují nové metody laserového svařování, které dále zlepšují základní metodu. Podstatou nových metod je laserová hlava obsahující systém dvou vychylovacích zrcadel doplněných speciální optikou. Díky tomu lze laserovým paprskem velice rychle přebíhat v dané ploše. Svařování s touto hlavou se nazývá skenerové svařování. V provedeném experimentu byla demonstrována významná časová úspora při využití této metody oproti svařování běžnou svařovací hlavou vedenou robotem. Druhou metodou, opět využívající vychylování laserového svazku zrcadly, je svařování s rozmítaným svazkem. U této metody dochází kromě posuvové rychlosti k mikropohybu laserového svazku podél svařované trajektorie. Řízením parametrů mikropohybu můžeme měnit jak šířku závaru, tak i mikrostrukturu svaru, jak je opět předvedeno v rámci několika experimentů.

Použití multifokálních stop pro zpracování materiálů

Použití laserových technologií při zpracování materiálu je pro průmyslové výrobce jedním z ukazatelů technologické vyspělosti a zvyšování produktivity výroby. Díky tomuto trendu se v poslední době velmi rozšířilo použití multifokálních laserových stop, které umožňují posunout už tak velmi efektivní laserové technologie na novou úroveň.

Vláknové lasery pro zpracování materiálu

Z důvodu razantního rozvoje v oblasti vláknových laserů v posledních letech je dnes možné těmito lasery pokrýt velmi široké spektrum aplikací. Z hlediska rozdělení podle výkonu laserových zdrojů se jedná zejména o Mid-Power (středně výkonné) lasery, které umožňují nasazení např. pro téměř všechny oblasti 3D tisku, až po lasery pro High-Power (vysoce výkonné) aplikace. Ty zaujaly své pevné místo v celé řadě technologií zpracování materiálu, jako je např. řezání, svařování nebo vrtání.

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