Témata
Reklama

Svařování termoplastů laserem

Technologie výroby termoplastů, kam patří i rozličné způsoby spojování, prochází neustálým vývojem. Patrné je to i při pozornějším sledování svařovaných míst, kde po rozličných dosavadních postupech svařování horkým tělesem nebo horkým plynem dnes přicházejí ke slovu různé netradiční technologie, jako je svařování ultrazvukem, vysokofrekvenční svařování nebo v poslední době i svařování laserem, které se kromě jiného vyznačuje už z pouhého laického pohledu naprosto neporušeným povrchem spojovaných dílů

Bezdotykové svařování termoplastů a termoplastických elastomerů laserem, které patří mezi nové, ale dynamicky se rozvíjející laserové průmyslové technologie, je svým uspořádáním svařenců - přeplátováním nebo stykovým - obdobné jako svařování kovů. Naprosto odlišné je ale svou podstatou, spočívající na transparentnosti a absorpci plastů vůči laserovému paprsku. Ideálním řešením je v tomto směru způsob přeplátování, kde vrchní svařovaný díl je vůči laserovému paprsku transparentní a spodní absorbující.
Paprsek laseru, který je zaostřen do spáry mezi spojovanými díly, projde bez jakékoliv reakce transparentním plastem a v místě spáry je absorbován povrchem spodního dílu za vzniku teploty, potřebné pro jeho natavení, odpovídající stupni absorpce, druhu použitého laseru a tedy i rozdílné fokusaci paprsku. Sdílením tepla se od spodního dílu v mžikovém intervalu nataví i povrchová vrstva transparentního materiálu a za určitého tlaku dojde ke svaření obou dílů. Přítlačný tlak, který musí být větší, než je tepelná roztažnost materiálů, je potřebný pro dosažení bezchybné kvality svaru, bez jakékoliv deformace povrchů obou svařovaných částí. Vzhledem k možnosti přesného přivedení potřebné energie do svaru se nikterak tepelně nezatěžuje okolí spojované zóny. To umožňuje svařovat i díly, které se nacházejí v bezprostřední blízkosti citlivých elektronických prvků, ale na druhou stranu dává i možnost makrosvařování při metrových délkách svaru, a to nejen při jeho plošném, ale i prostorovém průběhu.
Reklama
Reklama
Reklama

Postupy prozařovacího svařování

V konkrétním provedení lze volit na principu prozařování hned několik postupů. Obvyklý je postup konturového svařování, kdy lze vytvářet svary téměř libovolné geometrie. Zde se vede bodový laserový paprsek podél volně programovatelného obrysu svaru. Tento způsob představuje nejjemnější citlivou metodu, plně ohleduplnou na minimální tepelnou zátěž okolní zóny. Odlišný je způsob simultánního a kvazi-simultánního postupu, které se vyznačují extrémně krátkými časy svařování. Simultánním ozářením celého svaru je svářecí proces ukončen najednou během přibližně jedné sekundy. Tento způsob je díky tomu, že požaduje speciální uspořádání laserových diod s přizpůsobenou optikou, hospodárný, ale jen u sériové a hromadné výroby. Kvazisimultánní postup pak dává fokusovanému laserovému paprsku s vyšší energií možnost mimořádně vysoké rychlosti pro pohyb podél linie svaru, kterou se dociluje prakticky současného natavení celého konturového svaru.

Prozařovací svařování s použitím masky

Zatím nejnovější metodou je prozařovací svařování s použitím masky, která odstíní místa, jež nemají být zasažena laserovým paprskem. V tom případě je možné dosáhnout jemných svarových švů o šířce i pouhých 100 (m a na jednom dílu lze volit v jedné pracovní operaci i kombinace přímých a zakřivených svarů různé šířky nebo svařovat i plošné partie.
Při svařování prozářením se volí styčná plocha obou svařovaných dílů o poznání větší, než je plocha potřebná pro samotné svaření. To při už zmíněném přítlaku spojovaných dílů bezpečně zabraňuje jakémukoliv výronu taveniny.
Při prozařovací metodě svařování termoplastů je podstatná rozdílná transparentnost a tedy i absorpce obou svařovaných dílů. Přitom tam, kde je potřeba absorpci zvýšit, lze použít i různých vhodných pigmetů nebo třeba i jen povlaku sazí. Tím, že se používá pro svařování buď diodových výkonových laserů s vlnovou délkou v blízké infračervené oblasti 780 až 980 nm (NIR), nebo pevnolátkových Nd:YAG laserů s vlnovou délkou 1064 nm, může i vizuálně zdánlivě neprostupný plastický materiál být transparentní vůči infračerveným paprskům. Tady záleží pak i na volbě laseru s vhodnou vlnovou délkou. Vhodnou pigmentací lze upravit jednotlivé díly jak ve smyslu dobré transparentnosti, tak i absorpci vůči IR záření, což umožňuje i svařování oboustranně černých dílů.
Svařování dvou transparentních dílů umožňuje i tzv. 2(-laserový způsob, založený na využití laseru s vyzařováním na vlnové délce 2 (m. Oproti CO2 laseru, jehož záření na vlnové délce 10,6 (m je absorbováno jen na povrchu takovýchto dílů, a oproti klasickým diodovým laserům, pro něž jsou tyto materiály transparentní, je záření 2 (m laseru absorbováno rovnoměrně po celé tloušťce plastu. Přítlakem, obdobným jako u jiných prozařovacích metod, dojde pak ke svaření i těchto transparentních materiálů. Tohoto způsobu se využívá vedle svařování fólií i ke svařování tlustších dílů.
V jednotlivých případech je možné na způsobu prozařování adhezivně spojit termoplast i s kovovým dílem, kdy kov přebírá funkci absorpčního dílu, ohřívá se a sdílením tepla se nataví i plastická složka. Stupeň adheze lze zesílit vložením tavného lepidla v podobě fólie mezi oba spojované díly, kdy po absorpci energie paprsku povrchovou vrstvou kovového dílu se ve spáře nataví i pomocná fólie.

Metody spojování plastů

Pokud se podíváme na četnost případů stykového svařování a svařování přeplátováním, pak asi v 90 % případů svařování plastů se používá způsob spoje přeplátováním a jen asi 10 % zbývá na stykové svařování. Obě tyto metody dovolují oproti jiným způsobům spojování plastů, ať už jde o lepení nebo svařování ultrazvukem, vibrační svařování nebo svařování horkým vzduchem či horkým tělesem, dosáhnout výborné kvality i vysoké produktivity při minimalizaci nákladů. Laserová metoda svařování je metodou bezdotykovou s možností snadné libovolné geometrie svaru. Vedle minimálního tepelného zatížení okolí svaru nedochází ani k žádnému mechanickému zatížení, spoje vynikají vysokou jakostí, nejsou pórovité a jejich pevnost dosahuje většinou pevnosti základních materiálů.

Plasty v automobilovém průmyslu

Tak jako hnacím motorem špičkových technologií bývá obecně vojenská technika, tak v civilním sektoru podobnou roli přebírá automobilový průmysl. Platí to i u polymerů, kdy ještě v roce 1970 byl podíl plastů u vozidel evropských západních firem kolem 27 kg na vozidlo, dnes už představuje kolem 100 kg, navíc daleko jakostnějších plastických dílů. To všechno bylo i jednou z příčin hledání jejich kvalitnějšího zpracování a s tím i rychlého rozvoje výkonových diodových laserů.
Po dosažení dostatečného výkonu i u této skupiny laserů je dnes otázkou, který typ laseru v kterém případě zvolit. Přednosti výkonových diodových laserů leží především v jejich vyšší efektivnosti, minimálních nákladech na údržbu a malých stavebních rozměrech. U obou typů těchto laserů je možné převést výkon vyzařování od jeho zdroje až na místo užití optickým kabelem, což oba předurčuje i pro užití u výrobních linek nebo robotizovaných pracovišť. Malá hmotnost i malé rozměry diodového laseru dovolují u robotizovaných systémů v mnoha případech i přímé umístění diodového laseru na rameno robota. Podstatné pro volbu typu laseru jsou ale především vlastnosti spojovaných termoplastů, jejich transparentnost a absorpce vůči odlišné vlnové délce 780 - 980 nm u diodových laserů a 1064 u Nd:YAG laserů. Pro diodové lasery hovoří nižší pořizovací cena laseru i nižší provozní náklady, ale na druhou stranu jakost laserového paprsku, která je podstatná zvláště pro svařování v oblasti mikroelektroniky, je příznivější u pevnolátkových Nd:YAG laserů.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 31013
Datum: 08. 10. 2003
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.

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.

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
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.

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.

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.

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.

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.

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