Jaká jsou omezení laserových svařovacích strojů?

Laserové svařovací stroje jsou druhem zpracovatelského zařízení, které využívá laserové paprsky o vysoké hustotě energie k spojování materiálů. Díky soustředěné energii, řiditelnému přívodu tepla a stabilnímu tvaru sváru se široce používají pro spojování kovových konstrukčních dílů a přesných komponentů. V praxi nabízí laserové svařování významné výhody, ale zároveň přináší určitá omezení.

I. Výhody laserového svařování
1. Vysoká hustota energie

Laserový paprsek má vysokou hustotu výkonu, která může v lokální oblasti generovat okamžitou taveninu pro dosažení hlubokého průvaru nebo sváření vedením tepla. Je vhodný pro součásti vyžadující přísnou kontrolu tepelně ovlivněné zóny.

2. Nízký tepelný příkon a minimální deformace

Laserové svařování má nízký celkový tepelný příkon a úzkou tepelně ovlivněnou zónu (TOZ), čímž se snižuje deformace součástí a je vhodné pro tenkostěnné díly a přesné komponenty.

3. Vysoká rychlost svařování

Laserové svařování nabízí vysokou rychlost svařování, je vhodné pro automatizované výrobní linky a zvyšuje výrobní efektivitu.

4. Vysoká kvalita svaru

Svar je úzký, má vysoký poměr hloubky k šířce a vykazuje konzistentní průvar, čímž splňuje požadavky na vysokopevnostní svarové spoje.

5. Bezkontaktní zpracování

Svařovací hlava se během svařování nemusí dotýkat svařované součásti, což je vhodné pro složité konstrukce nebo svarové spoje obtížně přístupné.

II. Omezení laserových svařovacích strojů
1. Vysoké požadavky na přesnost montáže

Laserový paprsek má malý průměr skvrny a je citlivý na mezery ve svaru, přesnost polohování a rozměrové tolerance. Nadměrná mezera může způsobit nestabilní taveninu, neúplné splynutí nebo kolaps.

2. Citlivost na stav povrchu materiálu

Materiály s vysokou odrazivostí (např. měď, hliník, zlato a stříbro) vykazují nízkou absorpci infračervených laserů, což snadno způsobuje odrazy a nedostatečné svářecí energie. Olejové kontaminace povrchu a oxidové vrstvy také ovlivňují konzistenci svařování.

3. Vysoké náklady na zařízení

Zdroj laseru, optické komponenty a chladicí systémy jsou drahé. Náklady na údržbu a výměnu optických součástek jsou vyšší než u tradičního svařovacího zařízení.

4. Vysoké požadavky na pracovní prostředí

Laserové systémy vyžadují prostředí s konstantní teplotou a musí být chráněny před vnikáním prachu a olejové mlhy do optické dráhy. Výkonné stroje vyžadují chladicí systémy a stabilní napájení.

5. Přísné požadavky na bezpečnostní ochranu

Laserové záření, rozstřik a odražené světlo představují potenciální rizika. Obsluha musí používat ochranné brýle a uzavřené ochranné kryty nebo bezpečnostní světelné závory.

6. Obtížná kontrola svaru

Svařování s hlubokým průnikem vytváří úzké a hluboké svary, u nichž je obtížné vizuálně detekovat vnitřní vady – jako jsou pórovitost, smrštěniny a nedostatečný průvar – a vyžaduje se rentgenová nebo ultrazvuková nedestruktivní zkouška.

7. Omezení při svařování tlustých plechů

U materiálů přesahujících určitou tloušťku nelze jednoprahovým svařováním dosáhnout plného průniku. Může být nutné víceprahové svařování nebo hybridní laserově-obloukové svařování.

8. Náchylnost k trhlinám u některých materiálů

Vysokouhlíková ocel, kalená ocel a litina mají sklon k horkým nebo studeným trhlinám během laserového svařování. Vyžaduje se předehřátí, řízené chlazení nebo úprava průběhu vlny.

III. Použitelné materiály a jejich omezení
Použitelné materiály:

1.nerez ocel

2.Uhlíková ocel

3.Hliník a hlininné slitiny

4. Měď a měděné slitiny

5. Slitiny na bázi niklu

6. Titanové slitiny

7. Tenké kovové plechy

Materiální omezení:

1. Vysoce odrazivé materiály (měď, hliník) vyžadují modré/zelené lasery nebo vyšší hustotu výkonu.

2. Vysokouhlíková ocel a litina s kuličkovým grafitem vyžadují předehřev nebo svařování řízené vlnovým tvarem.

3. Nekovové materiály (plasty, keramika) vyžadují jiné typy laserů (např. CO₂ nebo pikosekundové lasery).

IV. Typické aplikační scénáře laserového svařování

1. Precizní výroba: svařování elektronických součástek, těsnění senzorů, svařování vývodů lithiových baterií.

2. Výroba automobilů: svařování karoserií, svařování vysokopevnostní oceli, svařování skříní baterií.

3. Letecký a kosmický průmysl: svařování tenkostěnných dílů z niklových a titanových slitin.

4. Lékařské přístroje: svařování mikronástrojů z nerezové oceli a titanu.

5. Výroba hardwaru: kuchyňské potřeby, kovové skříně, úchyty a další součásti z tenkého plechu.

6. Odvětví nových zdrojů energie: svařování měděno-hliníkových vodivých komponentů, svařování lamelatoru elektromotoru.

V. Požadavky na pracovní prostředí

1. Stabilní vnitřní teplota (obvykle 15–30 °C)

2. Střední vlhkost, aby nedošlo ke kondenzaci

3. Čistý vzduch, bez prachu a olejové mlhy

4. Stabilní napájení bez kolísání napětí

5. Chladicí systém pro udržování teploty laseru a svařovací hlavy

6. Ochranná zóna laseru s vhodným ochranným vybavením

Laserové svařovací stroje nabízejí vysokou rychlost, vysokou přesnost, malé tepelně ovlivněné zóny a vhodnost pro automatizaci. Podporují širokou škálu kovových materiálů a jsou účinné pro aplikace vysoce přesného svařování. Vyžadují však vysokou přesnost montáže, specifické podmínky materiálu a kontrolované provozní parametry a mají vyšší náklady na zařízení a údržbu. Některé materiály mají sklon k vzniku trhlin nebo problémům se spřažením energie. V praxi je nutno vybrat vhodný typ laseru a svařovací proces na základě charakteristik materiálu, konstrukce dílu, tloušťky a výrobních požadavků