Témata
Zdroj: Narran

WoGaWe: Oscilující laser mění princip hybridního svařování

Hybridní svařování Laser-MIG/MAG spojuje hluboký průvar laseru s přísunem přídavného kovu, zajištěným pomocí obloukového procesu. Metoda WoGaWe tento princip mění: oscilující laserový svazek předehřívá hrany záměrné mezery a současně dohřívá taveninu. Tím podporuje její zatečení do spáry a vytváření chemicky i strukturně homogenního svaru.

Tento článek je součástí seriálu:
MSV – Mezinárodní strojírenský veletrh v Brně 2026
Díly
Reklama

Dvě technologie v jedné svarové lázni

Konvenční hybridní svařování Laser-MIG/MAG využívá synergického působení laserového svařování a obloukového procesu MIG/MAG, které společně vytvářejí jednu svarovou lázeň. Soustředěný laserový svazek vytváří keyhole, tedy úzký kanál umožňující hluboký průvar. Při uplatnění metod MIG a MAG se přivádí do lázně přídavný materiál, který doplní objem svaru a vytvoří požadované převýšení. Výsledkem může být vysoká svařovací rychlost, malý tepelný příkon do dílů a omezené deformace.

Toto uspořádání má ale konstrukční i metalurgické meze. Spodní část svaru vzniká převážně působením laseru, zatímco horní část je více ovlivněna obloukem a přídavným kovem. Rozdílný tepelný cyklus a složení proto mohou vést k odlišné mikrostruktuře i k různému chemickému složení v průřezu. Pevná šířka ohniskového pasu navíc omezuje šířku mezery, kterou lze spolehlivě natavit.

Laser vytváří úzký hluboký průvar, zatímco proces MIG/MAG doplňuje přídavný kov do společné svarové lázně. (Zdroj: Narran)

WoGaWe využívá záměrnou mezeru

Označení WoGaWe vychází z anglického Wobble-Gap-Welding, tedy svařování do mezery s rozmítáním laserového svazku. Wobble znamená řízený oscilační pohyb svazku napříč spojem. Jeho amplitudou lze šířku oblasti ohřívané laserem přizpůsobit rozměrům vytvořené mezery; intenzitu ohřevu ovlivňují také výkon laseru, svařovací rychlost, frekvence a tvar oscilační křivky.

Svazek během pohybu plní dvě navázané úlohy. Nejprve dopadá pod malým úhlem na hrany mezery a předehřívá je. Vyšší teplota zlepšuje smáčivost, tedy schopnost kapalného kovu rozprostřít se po povrchu a vytvořit metalurgické spojení. V další části dráhy svazek zasahuje taveninu vytvořenou procesem MIG/MAG. Dodatečný ohřev snižuje její viskozitu neboli odpor proti tečení.

Teplejší a tekutější kov snáze proniká do předehřáté spáry. Při dostatečně úzké mezeře se uplatňuje kapilární vzlínavost: kapalina je vlivem povrchových sil vtahována do úzkého prostoru. Kombinace lepší smáčivosti, nižší viskozity a kapilárního účinku podporuje vyplnění mezery i růst hloubky svaru. Poměr mezi ohřevem hran a dohřevem taveniny lze měnit vzájemným offsetem laserového svazku a hořáku.

Oscilující laser předehřívá stěny mezery a v další části dráhy dohřívá taveninu, dodávanou obloukovým procesem. (Zdroj: Narran)

Rozdíl není jen v pohybu svazku

U běžného hybridního postupu zůstávají v průřezu výrazněji rozlišitelné oblasti ovlivněné laserem a procesem MIG/MAG. Při svařování WoGaWe je mezera zaplňována roztaveným přídavným materiálem, zatímco laser připravuje její stěny a upravuje tekutost lázně. Výsledkem je chemická a strukturní homogenita svaru v celém průřezu. Wobble současně dovoluje měnit šířku ohřívané oblasti a reagovat tak na konkrétní rozměr spáry. Neznamená to však libovolnou toleranci mezery: její objem musí odpovídat množství dodávaného kovu a nastavení celého procesu.

Reklama
Reklama
Reklama

Modulární hlava MoHyLaMIG

Pro technologii byla vyvinuta MoHyLaMIG, tedy modulární hybridní hlava Laser-MIG. Konstrukce spojuje laserovou wobble hlavu a hořák MIG/MAG, umožňuje jejich přesné vzájemné nastavení a připojení k robotu, portálu nebo jinému polohovacímu systému. Modulární koncepce vychází z integrace komerčně dostupných prvků a dovoluje upravit sestavu podle použitého zařízení.

Realizovaná konfigurace používá wobble hlavu IPG Photonics D30, push-pull hořák Fronius RobactaDrive a zdroj Fronius TPS320i s režimy PMC a CMT. Jiné prvky lze podle dokumentu použít tehdy, pokud vyhoví požadavkům procesu, rozměrům, hmotnosti a připojení. Praktickou podmínkou je dostatečně tuhá nosná konstrukce. Síly, jimiž působí optický kabel, svazek hořáku a chladicí hadice, mohou při pohybu změnit relativní polohu obou nástrojů a tím zhoršit rovnoměrnost svarové housenky.

Modulární nosná konstrukce s přesnými posuvy nese wobble hlavu a hořák MIG/MAG a zajišťuje jejich stabilní vzájemnou polohu. (Zdroj: Narran)

PLC koordinuje vzájemně závislé parametry

Pracoviště propojuje robot, laserový zdroj, wobble hlavu, svařovací zdroj MIG/MAG, podávání drátu a související periferie. Proto společnost Narran vyvinula nadřazenou aplikaci, založenou na PLC a HMI. PLC je průmyslový programovatelný automat, HMI je operátorské rozhraní pro zadávání údajů a pro zobrazení stavu procesu. V realizovaném systému je použito řízení Siemens.

Souvislosti mezi parametry pro svařování WoGaWe (Zdroj: Narran)
PLC řízení svařovacího systému pro svařování WoGaWe (Zdroj: Narran)

Schéma na druhém obrázku ukazuje propojení jednotlivých technologických uzlů. Operátor však s procesem pracuje prostřednictvím HMI rozhraní, které sjednocuje nastavování a kontrolu parametrů do jednoho prostředí.

Operátor zadává zejména typ a tloušťku materiálu, šířku mezery, průměr drátu a požadovanou svařovací rychlost. Operátorské rozhraní sdružuje klíčové technologické parametry na jednom místě a omezuje nutnost samostatného nastavování jednotlivých zařízení.

Přestože technologie pracuje s řadou vzájemně provázaných parametrů, z pohledu obsluhy je její používání jednoduché. Operátor zadává pouze několik základních technologických údajů a expertní systém automaticky dopočítává navazující parametry procesu. Snižuje se tak náročnost nastavování pracoviště i riziko chyb, způsobených nevhodnou kombinací hodnot.

Hlavní obrazovka systému HMI je určena pro zadávání technologických parametrů procesu WoGaWe. (Zdroj: Narran)

Systém odvozuje související parametry, kontroluje jejich kompatibilitu a při nepřípustné kombinaci upozorní obsluhu.

Funkce HMI pro kontrolu kompatibility technologických parametrů (Zdroj: Narran)

Důležitý je výpočet zaplnění mezery z jejího objemu, z rychlosti pohybu a z množství přiváděného kovu. Nedostatek materiálu se projeví v kořeni, přebytek ovlivní převýšení svaru.

Výpočet zaplnění mezery

Výpočty probíhají automaticky na pozadí, takže obsluha nemusí ručně řešit složité vazby mezi výkonem laseru, parametry wobble pohybu, přísunem přídavného materiálu a geometrií spoje.

Základní výpočet vychází z objemu mezery, který je nutné během svařování vyplnit přídavným materiálem. Systém porovnává objem vznikající spáry, daný její šířkou, tloušťkou materiálu a svařovací rychlostí, s množstvím kovu dodávaného svařovacím drátem. Na základě tohoto porovnání vyhodnocuje míru zaplnění mezery a ověřuje, zda zvolená kombinace parametrů umožní vytvoření plně vyvinutého kořene svaru bez nadměrného převýšení.

HMI zobrazení výpočtu zaplnění mezery a zobrazení souvisejících procesních parametrů (Zdroj: Narran)

Ověření na více typech materiálů a spojů

Zkoušky zahrnovaly HSLA ocel S700 v tloušťkách 5, 8 a 10 mm. U vzorků byly použity mezery 0,8 až 1,0 mm, rychlosti 10 až 30 mm/s, laserový výkon 2,5 až 4,0 kW, drát ER110LSi o průměru 1,0 mm a wobble frekvence 50 Hz. Uvedené hodnoty dokládají konkrétní ověřené konfigurace – nelze je chápat jako obecné procesní okno pro všechny aplikace.

Příklady svarů HSLA-oceli S700 při rozdílné tloušťce, různé šířce mezery i rychlosti a rozdílném výkonu laseru (Zdroj: Narran)

Další makrosnímky dokumentují tyto varianty: 1. tupý svar korozivzdorné oceli X5CrNi 18-10 o tloušťce 5 mm s drátem 308LSi; 2. heterogenní spoj ocelí S355 a X5CrNi 18-10 s drátem ER309LSi; 3. koutový svar oceli S355 o tloušťce 5 mm s drátem ER70. Jde o příklady proveditelnosti různých materiálových kombinací a geometrií, nikoli o soubor kvalifikačních výsledků.

Ověřené příklady zahrnují korozivzdornou ocel, heterogenní spoj a koutový svar. (Zdroj: Narran)

Přínosy, meze a průmyslový potenciál

Hlavním přínosem je možnost ovlivnit ohřev hran i taveniny jediným oscilujícím svazkem, přizpůsobit šířku ohřevu mezeře a zaplnění spáry řídit přídavným kovem. Zásadní je také vysoká rychlost, charakteristická pro laserové svařování, a chemicky i strukturně homogenní průřez svaru. Řízení PLC/HMI omezuje riziko neslučitelných nastavení a propojuje několik technologických uzlů do jednoho systému.

Reklama

Cena za tuto flexibilitu spočívá v instrumentační a konstrukční náročnosti. Kritické je přesné a stabilní nastavení laseru vůči hořáku, tuhost nosné konstrukce i koordinace vzájemně závislých parametrů. Pro nové materiály, jejich kombinace a typy svarů je nutné další ověřování. Předpokládá se uplatnění zejména v automobilovém průmyslu, výrobě kolejových vozidel, energetice a chemickém průmyslu; konkrétní nasazení však musí vycházet z kvalifikace postupu pro daný výrobek.

Další vývoj

Vývoj pokračuje v oblasti dalších materiálů, kombinací a geometrií svarů, konstrukce hlavy a uživatelského rozhraní HMI. Na metodu a svařovací hlavu byl udělen patent CZ 310610 Způsob a zařízení pro hybridní svařování laserovým svazkem a tavnou elektrodou“. Technologie WoGaWe je technicky odlišnou variantou hybridního svařování a její přínos spočívá v řízeném toku tepla a kovu, nikoli pouze v souběhu laseru a elektrického oblouku.


Umístění expozice firmy Narran na MSV 2026:
pavilon B, stánek 38

Vydání #10
Kód článku: 261030
Datum: 01. 10. 2026
Rubrika: Produktový článek / Spojování a dělení
Autor:
Seriál
Související články
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.

Laser jako nástroj: Dělení bez břitu

Laserové řezání je jedním z nejčastějších průmyslových využití této technologie. Na první pohled může působit jednoduše – paprsek se propálí skrze materiál a tím jej rozdělí. Kvalitní a opakovatelné výsledky však závisejí na přesném nastavení jednotlivých parametrů, jako je technika řezu, rychlost či například správná volba asistenčního plynu.

Laser jako nástroj: Specifika nekovových materiálů

Laserové zpracování nekovů se řídí odlišnými zákonitostmi než práce s kovy. Plasty mohou měnit barvu, pěnit či degradovat, sklo je průhledné jen pro určité vlnové délky a keramika kombinuje tvrdost s křehkostí. Klíčové je proto vědět, jak se tyto vlastnosti jednotlivých materiálů projevují, v čem tkví jejich úskalí a jak je naopak lze efektivně využít.

Související články
Laser jako nástroj: Kovy pod palbou fotonů

Předchozí díly popisovaly nastavení stroje a kontrolu procesu, jako by laserový paprsek byl univerzálním skalpelem. V praxi je však určujícím faktorem materiál, podle něhož se odvíjí nejen volba vlnové délky, ale i celková strategie obrábění. V tomto díle bude proto řeč o kovových materiálech a jejich proměnlivé kapacitě pohltit energii dopadajících fotonů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Laser jako nástroj: Paprsek v pohybu

Je-li řeč o laseru ve výrobní praxi, nejedná se již jen o paprsek vysílaný ze zdroje, ale o celý systém, který zajišťuje potřebné parametry i opakovatelnost požadovaných úkonů. O jejich výsledné kvalitě rozhoduje souhra výkonu, optiky, pohybu i řízení procesu. Jaké parametry se v praxi skutečně nastavují a proč nestačí mít jen „silnější zdroj“?

Laser jako nástroj: Když světlo dostane směr

Letos v květnu uběhne 66 let ode dne, kdy byl vědecké veřejnosti poprvé v praxi představen vynález laseru. V dnešní době již laserové technologie, generování a zesilování elektromagnetického záření pronikají téměř do všech oborů lidské činnosti. Od svého objevu prošla tato inovativní technologie významným vývojem, který postupuje i nadále.

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.

Laserem zpracované díly
jsou všude ve vozidle

Lasery se neodmyslitelně řadí mezi všestranné nástroje v automobilovém průmyslu, a to převážně díky schopnostem zpracovat širokou škálu materiálů, např. plasty, kovy, textilie, sklo, pryž, ale i méně konvenční materiály, jako je dřevo, kůže nebo třeba uhlíková vlákna. Laserem zpracované komponenty proto najdeme ve všech částech vozidla, a to jak v interiéru, tak v exteriéru.

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.

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.

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 30 let zkušeností s odbornou novinařinou
Předplatit