Zváranie laserom
Existuje viacero spôsobov zvárania, avšak laserové zváranie patrí medzi najnovšie a najefektívnejšie metódy. Vďaka laseru je možné dosiahnuť kvalitné zvary s výrazne menším rozptylom a omnoho vyššou efektivitou v porovnaní s bežnými postupmi (napríklad oproti metóde TIG má laser približne desaťnásobne vyššiu efektivitu). Poďme sa bližšie pozrieť na základné princípy, typy a výhody laserového zvárania a zistíme, prečo je táto metóda výnimočná.
Čo presne znamená pojem „laser“?
Laser je zariadenie, ktoré generuje silný a sústredený lúč svetla v úzkom spektre. Skratka „laser“ vychádza z anglického „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (Zosilňovanie svetla stimulovaným vyžarovaním žiarenia). V jednoduchosti povedané, laserové zariadenie postupne zosilňuje svetlo vo vybraných frekvenciách a vytvára tak špecifický svetelný lúč. V porovnaní s obyčajným rozptýleným svetlom môže toto laserové svetlo prenášať vysokú energiu na veľké vzdialenosti. Táto vlastnosť je využívaná v mnohých odvetviach, vrátane oblasti zvárania.
Porovnanie s tradičnými postupmi zvárania
Laserové zváranie prináša množstvo výhod v porovnaní s konvenčnými metódami zvárania, ako sú TIG (Tungsten Inert Gas), MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) a MMA (Manual Metal Arc). V zásade sa laser odlišuje od tradičných metód tým, že na generovanie tepla nepoužíva elektrický oblúk, ale intenzívny svetelný lúč s vysokou energetickou úrovňou.
Laserové zváranie je výrazne rýchlejšie a efektívnejšie. Dokonca aj neskúsení zvárači môžu dosiahnuť pevné a esteticky príjemné zvary v krátkom čase. Po zváraní nie je nutné dodatočné čistenie zvarov brúsením alebo chemickými postupmi. To znamená, že laserové zváranie eliminuje niektoré kroky, čo zvyšuje efektivitu a znižuje náklady na zváračov a spotrebný materiál.
Laserové zváranie ponúka výhodu optimálneho pomeru šírky a hĺbky zvaru. Schopné je zahrievať materiál do značnej hĺbky aj pri úzkom zvare. Vďaka tomu je teplom ovplyvnená zóna menšia, čo vedie k menšej deformácii materiálu.
Ďalej je možné vykonávať laserové zváranie bezkontaktne a z diaľky, čo je výhodné pri zváraní na ťažko prístupných miestach. Rýchle stvrdnutie materiálu umožňuje zváranie v rôznych polohách.
Zváranie laserom – Výhody a nevýhody
Laserové zváranie prináša množstvo výhod, ale sú tu aj nevýhody, ktoré je potrebné zvážiť.
- Výhody:
- Vysoká rýchlosť a efektivita zvárania.
- Vytvára silné a esteticky príjemné zvary.
- Nie je potrebné ďalšie brúsenie a čistenie zvarov.
- Hlbší prievar pri menšej teplom ovplyvnenej oblasti.
- Možnosť bezkontaktného zvárania.
- Rýchle stvrdnutie materiálu, čo umožňuje zváranie v rôznych polohách.
- Nevýhody:
- Vyššie požiadavky na presnosť pri príprave zváraných dielov, aby nedochádzalo k vzniku medzier.
- Vyššia počiatočná investícia do laserového vybavenia.
- Zvýšené požiadavky na bezpečnosť vzhľadom na nebezpečné žiarenie.
Zváranie laserom – ohrev pomocou energie
Laserové zváranie predstavuje proces spojovania dvoch materiálov prostredníctvom vyžarovania intenzívneho svetelného lúča. Laserový lúč je sústredený na malú oblasť povrchu materiálu, čo vytvára vysokú teplotu.
Pri interakcii medzi laserom a povrchom materiálu sa časť laserového lúča odráža, zatiaľ čo iná časť je absorbovaná materiálom a premenená na tepelnú energiu (čo vyžaduje vyšší výkon pri zváraní vysokoreflektívnych materiálov). Tento proces spôsobuje roztavenie materiálu, nasledované jeho ochladením a krystalizáciou, čím vzniká zvarový spoj.
Keď laser dopadne na povrch materiálu, začne sa materiál ohrievať, topiť a odparovať. Reflektivita materiálu sa mení s rastúcou teplotou (čím vyššia teplota, tým menšia reflektivita). Materiál sa tiež odparuje, vytvárajúc „jamu“ a umožňujúc laserovému lúču preniknúť do hĺbky. Pri pokračujúcom osvetľovaní laserom sa jamy prehlbujú. Po ukončení ožarovania lúčom sa roztavený kov okolo jamy vráti späť, a po ochladení a stuhnutí materiálu sa oba kusy spoja dohromady.
Materiály vhodné pre zváranie laserom
Laserové zváranie sa uplatňuje pri precíznom a rýchlom spojovaní kovových a termoplastických materiálov, často v prípade tenkých, citlivých a ťažko zvárateľných kovov, pre ktoré nie je ideálne použiť oblúkové metódy.
Táto technika je aplikovateľná na široké spektrum materiálov. Medzi ne patria konštrukčné ocele, legované ocele, duplex, Cr/Ni, vysokopevnostné nízkolegované ocele, ocele s obsahom uhlíka, žiaruvzdorné kovy, chemicky aktívne kovy, hliník, titán, nikel, horčík a dokonca aj medi, mosadze, striebro a zlato. Laserové zváranie sa taktiež osvedčuje pri materiáloch s vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou, ako aj pri elektricky nevodivých materiáloch a látkach s rozmanitými fyzikálnymi vlastnosťami.
Zváranie laserom s a bez prídavného materiálu
Laserové zváranie ponúka možnosť spojenia materiálov bez prídavného materiálu.
Zváranie s prídavným materiálom: V tomto prípade sa do spojovanej oblasti pridáva dodatočný materiál vo forme drôtu. Tento prídavný materiál slúži na vyplnenie medzery medzi materiálmi a vytvorenie pevného zvaru. Príkladom môže byť vytvorenie kútového zvaru s hrubším materiálom z vnútornej strany.
Zváranie bez prídavného materiálu: Pri tomto type zvárania sa materiály spojujú priamo, bez použitia dodatočného materiálu. Tento proces je ideálny pre tenké materiály a umožňuje vytváranie presných a jemných zvarov. Príkladom môže byť vonkajší kútový zvar tenkých plechov.
Bezpečnostné opatrenia pre zváranie laserom
Zabezpečenie bezpečnosti pri práci s laserom, najmä pri používaní laserových zváračiek, je nevyhnutné. Laserové zváračky patria do najvyššej triedy lasera, trieda 4, kde existuje riziko nevratného poškodenia sietnice oka a popálenia kože.
Na ochranu očí je preto nevyhnutné používať špeciálne okuliare navrhnuté pre prácu s laserom, ktoré filtrujú príslušné spektrum. Alternatívne je možné použiť zváračskú kuklu so zabudovaným filtrom.