Laserové svařování
U metody laserového svařování se ke spojení dílů používá koncentrovaný světelný paprsek s vysokou hustotou energie (průměr paprsku 0,1 ... 2 mm). Podle typu světelného paprsku může být laserové svařování pulzní a kontinuální. Bodové spoje se svařují pulzně, pro spojité švy se používá pulzně periodické nebo spojité záření. Pulzní svařování se používá i tam, kde je potřeba zajistit minimální deformace od teplotního ohřevu a vysokou přesnost, kontinuálně — pro vysokorychlostní svařování v sériové nebo hromadné výrobě.
Laserové svařování se používá ke spojování různých materiálů: oceli, titanu, hliníku, žáruvzdorných kovů, mědi, kovových slitin, drahých kovů, bimetalů, o tloušťce desítek až několika milimetrů. Laserové svařování reflexních kovů, jako je hliník a měď, je však poněkud obtížné. Laserové svařování kovů je znázorněno na Obr. 2.
Svařování aktivních kovů se provádí pomocí ochranného plynu ve formě paprsku směrovaného do oblasti expozice světelnému paprsku.
Fotografie 1 — Svařování v pevnolátkovém laseru: 1 — aktivní médium (rubín, granát, neodym), 2 — výbojka, 3 — neprůhledné zrcadlo, 4 — průsvitné zrcadlo, 5 — optické vlákno, 6 — optický systém, 7 — detail, 8 — laserový paprsek v bodě zaostření, 9, 10 — děliče laserového paprsku.
Fotografie 2 — Svařitelnost materiálů
Podle hloubky průniku existují tři typy laserového svařování:
1) mikrosvařování (méně než 100 mikronů),
2) mini-svařování (0,1 ... 1 mm),
3) makro svařování (více než 1 mm).
Vzhledem k tomu, že hloubka průniku obvykle nepřesahuje 4 mm, je laserové svařování široce používáno především ve výrobě přesných nástrojů, při výrobě elektronických zařízení, hodinek, v konstrukci letadel, v automobilovém průmyslu, při svařování trubek a široce se používá také v šperkařský průmysl.
Před svařováním natupo a překrýváním zajistěte mezeru 0,1 ... 0,2 mm. Při velkých mezerách může dojít k vyhoření a nedostatku syntézy.
Hlavní parametry režimu laserového svařování jsou:
1) trvání pulsu a energie,
2) pulzní frekvence,
3) průměr světelného paprsku,
4) vzdálenost od nejmenší části zaostřeného paprsku k povrchu,
5) rychlost svařování. Dosahuje rychlosti 5 mm/s. Pro zvýšení rychlosti se zvýší pulzní frekvence nebo se použije kontinuální režim.
Průmysl používá pro laserové svařování 2 typy laserů:
1) pevnolátkové - rubínové, neodymové a YAG lasery (na bázi yttrium-hliníkového granátu);
2) plynové CO2 lasery.
V poslední době se objevují i laserové svařovací stroje, jejichž aktivním prvkem je optické vlákno z křemene.Takové lasery umožňují svařování „problematických“ materiálů — mědi a mosazi s vysokou odrazivostí, titanu.
Možnosti různých laserových svařovacích strojů jsou uvedeny v tabulkách 1 a 2.
Příklady režimů svařování CO2 plynovým laserem jsou uvedeny v tabulce 3.
Tabulka 1 – Tloušťka plechu a výkon svařovacího laseru
Tabulka 2 — Použitelnost laserů
Tabulka 3 — Režimy laserového svařování na tupo pomocí plynového laseru
Průměr laserového paprsku je obvykle 0,3 mm. Tupé svary svařované paprskem menším než 0,3 mm mohou mít nedostatečnou přilnavost a nedostatek průvaru. Svařování lasery do 10 kW se obvykle provádí bez plniva.
Vzhledem k malé ploše ovlivněné teplem při laserovém svařování se svar velmi rychle ochlazuje. To může mít negativní i pozitivní důsledky pro kvalitu svarového spoje. Mnoho kovů poskytuje nejlepší fyzikální a mechanické vlastnosti s rychlým ochlazením spojů. Při svařování nerezové oceli to však může vést k prasknutí svaru. Tento jev pomáhá eliminovat zvýšení šířky pulzu na 10 ms a předehřev.
Při správné volbě svařovacích materiálů a režimů vytváří laserové svařování švy nejvyšší kvality.
Laserové systémy lze rozdělit do 3 kategorií:
1) Krycí zařízení. V takových zařízeních jsou obrobky umístěny ve speciálním uzavřeném prostoru obsahujícím ochrannou neutrální atmosféru a laserový paprsek. Svářeč může řídit a monitorovat svařovací proces pomocí speciálního optického systému.
2) Zařízení určená pro venkovní svařování.Laserový paprsek má několik stupňů volnosti a vytváří naprogramované pohyby. Svařovací zóna je chráněna proudem plynu.
3) Zařízení určená pro ruční laserové svařování. Laserové hořáky jsou velmi podobné svařovacím hořákům TIG. Laserový paprsek je přenášen do hořáku pomocí optického vlákna. Při svařování drží svářeč v jedné ruce laserový hořák a v druhé přídavný materiál.
Tabulka 4 — Porovnání různých typů laserového svařování
Mezi výhody laserového svařování patří:
1) malá oblast tepelného účinku laserového paprsku na materiál a v důsledku toho nevýznamné tepelné deformace;
2) možnost svařování na těžko dostupných místech, v prostředí propustném pro laserové záření (sklo, kapaliny, plyny);
3) svařování magnetických materiálů;
4) malý průměr světelného paprsku, možnost mikrosvaření, úzký svar s dobrými estetickými vlastnostmi;
5) schopnost automatizovat proces;
6) flexibilní manipulace se světelným paprskem prostřednictvím optického přenosu;
7) všestrannost laserového zařízení (možnost použití pro laserové svařování a řezání, značení a vrtání);
8) možnost svařování různých materiálů.
Nevýhody laserového svařování:
1. Vysoká cena a složitost laserového zařízení.
2. Vysoké nároky na přípravu, čištění svarových hran.
3. Nemožnost svařování silnostěnných dílů, nedostatečný výkon.Zvyšování výkonu svařovacích laserů je limitováno tím, že při silnějším působení laserového paprsku na kov dochází k jeho aktivnímu rozptylu ve svařovací zóně, což poškozuje optický systém zařízení a deaktivuje laser v řádu hodin. .