Aké sú obmedzenia laserových zváracích strojov?

Laserové zváracie stroje sú druhom spracovateľského zariadenia, ktoré využíva laserové lúče s vysokou hustotou energie na spojenie materiálov. Vďaka sústredenej energii, riaditeľnému tepelnému príkonu a stabilnému tvaru zvaru sa široko používajú na spájanie kovových konštrukčných dielov a presných komponentov. Pri praktickom použití ponúkajú laserové zváranie významné výhody, ale zároveň majú určité obmedzenia.

I. Výhody laserového zvárania
1. Vysoká hustota energie

Laserový lúč má vysokú hustotu výkonu, ktorá môže generovať okamžitú taviacu lázeň v lokálnej oblasti na dosiahnutie hlbokého prevaru alebo vodivostného zvárania. Je vhodný pre pracovné predmety, ktoré vyžadujú prísne riadenie tepelne ovplyvnenej zóny.

2. Nízky tepelný príkon a minimálna deformácia

Laserové zváranie má nízky celkový tepelný príkon a úzku tepelne ovplyvnenú zónu (TOZ), čo znižuje deformáciu pracovných predmetov a robí ho vhodným pre tenkostenné diely a presné komponenty.

3. Vysoká rýchlosť zvárania

Laserové zváranie ponúka vysokú rýchlosť zvárania, je vhodné pre automatizované výrobné linky a zvyšuje výrobnú efektívnosť.

4. Vysoká kvalita zvárania

Zvar je úzky, má vysoký pomer hĺbky ku šírke a ukazuje konzistentný prepich, čo spĺňa požiadavky na zvary s vysokou pevnosťou.

5. Spracovanie bez kontaktu

Zváracia hlava sa počas zvárania nemusí dotýkať pracovného predmetu, čo je vhodné pre komplexné konštrukcie alebo zvarové spoje, ku ktorým je ťažký prístup.

II. Obmedzenia laserových zváracích strojov
1. Vysoké nároky na presnosť montáže

Laserový lúč má malú veľkosť skvrny a je citlivý na zvarové medzery, presnosť polohovania a rozmerové tolerance. Príliš veľká medzera môže spôsobiť nestabilnú taviacu sa láku, neúplné zvarenie alebo kolaps.

2. Citlivosť na stav povrchu materiálu

Materiály s vysokou odrazivosťou (napr. meď, hliník, zlato a striebro) vykazujú nízku absorpciu infračervených laserov, čo ľahko spôsobuje odraz a nedostatočné viazanie energie. Olejové nečistoty a oxidické vrstvy na povrchu tiež ovplyvňujú konzistenciu zvárania.

3. Vysoké náklady na vybavenie

Zdroj lasera, optické komponenty a chladiace systémy sú drahé. Náklady na údržbu a výmenu optických komponentov sú vyššie ako u tradičných zváracích zariadení.

4. Vysoké požiadavky na pracovné prostredie

Laserové systémy vyžadujú prostredie s konštantnou teplotou a je potrebné zabrániť vnikaniu prachu a olejového aerosólu do optického lúča. Vysokovýkonné stroje vyžadujú chladiace systémy a stabilný elektrický prívod.

5. Prísne požiadavky na bezpečnostnú ochranu

Laserové žiarenie, rozstrekovanie a odrazené svetlo predstavujú potenciálne riziká. Operátori musia používať ochranné okuliare a uzatváracie kryty alebo bezpečnostné svetelné záclony.

6. Ťažká kontrola zvarov

Zváranie s hlbokým preniknutím vytvára úzke a hlboké zvary, čo sťažuje vizuálnu detekciu vnútorných chýb – ako napríklad pórovitosť, trhliny zmršťovania alebo nedostatočné preniknutie. Vyžaduje sa rentgenové alebo ultrazvukové nedestruktívne testovanie.

7. Obmedzenia pri zváraní hrubých plechov

U materiálov, ktoré presahujú určitú hrúbku, nie je možné jednopriechodovým zváraním dosiahnuť úplné preniknutie. Možno vyžadovať viacpriechodové zváranie alebo hybridné laserovo-oblúkové zváranie.

8. Náchylnosť na trhliny u určitých materiálov

Vysokouhlíkové ocele, kalené ocele a liatina majú sklon k horúcemu alebo studenému trhaniu počas laserového zvárania. Vyžaduje sa predohrev, riadené ochladzovanie alebo úprava vlnovej formy.

III. Použiteľné materiály a obmedzenia materiálov
Použiteľné materiály:

1.Nerdzavějúcí ocel

2.Uhlíkova ocel

3.Aluminium a aluminióve ligatúry

4. Meď a meďové zliatiny

5. Zliatiny na báze niklu

6. Zliatiny titánu

7. Tenké kovové plechy

Obmedzenia materiálu:

1. Vysoko odrazné materiály (meď, hliník) vyžadujú modré/zelené lasery alebo vyššiu hustotu výkonu.

2. Vysokouhlíková oceľ a tvárna liatina vyžadujú predohrev alebo zváranie s riadeným priebehom vlny.

3. Nehkové materiály (plasty, keramika) vyžadujú iné typy laserov (napr. CO₂ alebo pikosekundové lasery).

IV. Typické oblasti použitia laserového zvárania

1. Presná výroba: zváranie elektronických súčiastok, tesnenie snímačov, zváranie vývodov lítiových batérií.

2. Výroba automobilov: zváranie karosérií, zváranie vysokopevnostnej ocele, zváranie skriniek batérií.

3. Letecký a kozmický priemysel: zváranie tenkostenných súčiastok z niklových zliatin a zliatin titánu.

4. Zdravotnícke prístroje: zváranie mikroinštrumentov zo nehrdznúcej ocele a titánu.

5. Výroba hardvéru: kuchynský riad, kovové skrine, kľučky a iné tenké plechové komponenty.

6. Odvetvie nových zdrojov energie: zváranie medno-hliníkových vodivých komponentov, zváranie laminácií motora statora.

V. Požiadavky na pracovné prostredie

1. Stabilná teplota v interiéri (zvyčajne 15–30 °C)

2. Mierna vlhkosť na zabránenie tvorbe kondenzátu

3. Čistý vzduch bez prachu a olejového kvapôdobia

4. Stabilné napájanie bez kolísania napätia

5. Chladiaci systém na udržiavanie teploty lasera a zváracej hlavy

6. Oblasť s ochranou pred laserom s vhodným ochranným vybavením

Laserové zváracie stroje ponúkajú vysokú rýchlosť, vysokú presnosť, malé tepelne ovplyvnené zóny a vhodnosť pre automatizáciu. Podporujú širokú škálu kovových materiálov a sú účinné pre aplikácie vysokopresného zvárania. Vyžadujú však vysokú presnosť montáže, špecifické podmienky materiálu a kontrolované prevádzkové parametre, ako aj vyššie náklady na zariadenia a údržbu. Niektoré materiály majú sklon k vzniku trhlín alebo problémov s viazaním energie. V praxi je potrebné vybrať vhodný typ lasera a zvárací proces na základe vlastností materiálu, konštrukcie súčiastky, hrúbky a výrobných požiadaviek