Geometrie laserových svarů
Vysoká rychlost svařování se projevuje řadou pozitivních důsledků. Kromě menšího vneseného tepla s rostoucí rychlostí klesá šířka spoje, hrubnutí struktury je minimalizováno stejně jako zbytková pnutí a deformace svařence. Při rychlostech nad 2 m.min-1 klesá náchylnost k tvorbě trhlin za horka. Také vrubová houževnatost je ve srovnání s obloukovými metodami vysoká. Svary korozně odolných materiálů vykazují vyšší odolnost koroznímu prostředí atd.
Při konstantním výkonu laseru je pochopitelný nárůst energie při použití menšího průměru vlákna. Podle zkušeností ale průměry vlákna pod 0,4 mm znamenají citlivost na vznik vad díky vysoké intenzitě svařování a dynamickým účinkům plazmy. Naopak větší průměry svazku (nad 1 mm) vyžadují přidání výkonu laseru pro dosažení hlubších průvarů, což zvyšuje cenu zařízení.
Kvalita svazku je dána jeho rozbíhavostí po opuštění světlovodného vlákna. Vysoká kvalita zajišťuje rovnoběžnost paprsku na delší vzdálenost s homogenním rozložením intenzity a tím dosažení svaru s rovnoměrným průvarem. S klesající kvalitou svazku dochází k jeho rozptylu a svar je citlivý na správné nastavení ohniska, jinak klesá i hloubka maximálního provaření.
Rychlost svařování výrazně ovlivňuje šířku i hloubku svaru. Zvyšování rychlosti pochopitelně snižuje hloubku provaření díky snížení přivedené energie. To samé platí pro šířku svaru. Při pomalém svařování dochází v okolí paroplynového kanálu k ohřevu a tavení okolního materiálu a zvětšování šířky svaru i tepelně ovlivněné oblasti. Pozitivem je, že teplo je odváděno pomaleji a klesá tvrdost svarů. Proto tvrdost souvisí i s tloušťkou stěny - silnější materiály odvedou teplo rychleji a svary jsou ve srovnání např. s tenkým plechem tvrdší.
Na geometrii svaru má vliv také použitý ochranný plyn. Kromě vlastního účinku na ochranu tavné lázně plní ještě další podstatnou funkci, a to tím, že tlumí nebo naopak posiluje plazmu vzniklou nad svarem. Plazma jako ionizovaný plyn rozptyluje energii laserového paprsku. Při vzniku velkého plazmového oblaku dochází k poklesu provařené hloubky (za konstantního výkonu laseru). Naopak plyny s vysokým ionizačním potenciálem (Ar, He) plazmu utlumí a hloubka provaření je větší.
Deformace a pnutí
Deformace a pnutí jsou dány vneseným teplem a teplotní roztažností svařovaného materiálu. To platí pro všechny tavné metody svařování. Je třeba si uvědomit ale další rozdíly, které laser vzhledem ke geometrii svaru přináší.
Především poměr šířky a hloubky naznačuje možnost výrazného snížení deformací. Vztahy pro příčné a úhlové deformace obsahují štíhlostní faktor a*b. Ten je zhruba 1 pro obloukové metody, pro laserový a elektronový paprsek může být až 1/50. Další snížení deformací lze očekávat díky zmenšení rozevření svaru. Čím větší je rozevření úkosu svaru, tím větší je deformace. U laseru je ale obvyklý π svar s nulovým rozevřením, což zajišťuje rovnoměrné rozložení pnutí po svařované hloubce, a tím minimální deformace. Důsledkem je pak i omezení maximální koncentrace napětí na povrchu a v patě svaru v přechodu do tepelně ovlivněné oblasti, navíc je tato oblast velmi úzká. Proto poměrně často nedochází k lomu ve svaru a jeho těsném okolí jako u obloukových metod, ale v základním materiálu při zachování původních mechanických vlastností!
Kde se laserové svary používají
Hlavní nevýhodou laserového svařování v současnosti je malá zkušenost konstruktérů a technologů s touto technologií a nároky na přesnost sesazení svařovaných dílů. Provádí se svary velkosériové, důkladně ověřené testy, jako je tomu v automobilovém průmyslu. Provádí se malosériové laserové svary u staticky namáhaných konstrukcí a dílů, jako jsou například speciální profily pro architekturu, plechy podlah a střech u kolejových vozidel atd.
Doc. Ing. Stanislav Němeček, Ph.D.
nemecek@matexpm.com
Matex PM