Spawanie laserowe. Jak działa spawarka laserowa

październik 25, 2023
Spawalnictwo
0 polubienia
3497 odsłony
0 komentarze
spawarka laserowa, spawanie laserem, laser do spawania

Spawanie laserowe to nowoczesna metoda łączenia materiałów, której nazwa pochodzi od akronimu "laser" - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania). W tym procesie metale lub tworzywa termoplastyczne są łączone za pomocą skupionej wiązki laserowej. Dzięki skoncentrowanej energii laserowej, możliwe jest precyzyjne i szybkie łączenie różnego rodzaju materiałów. Tę właściwość wykorzystuje się w wielu gałęziach przemysłu, od sprzętu lotniczego i medycznego, aż po produkcję biżuterii.

Na czym polega spawanie laserowe?

W technologii spawania laserowego, silna wiązka światła skupia się na wnęce między łączonymi materiałami i ich krawędziach. Wysoka koncentracja energii topi materiały, tworząc między nimi trwałe połączenie. W przypadku cienkich przedmiotów, spawanie laserowe może osiągnąć imponującą prędkość, natomiast w grubszych materiałach tworzy głębokie i wąskie spoiny.

Do przeprowadzenia spawania laserowego niezbędne są specjalistyczne urządzenia. Kluczowym elementem jest źródło laserowe, które generuje odpowiednio mocną wiązkę światła. Ponadto, systemy optyczne skupiają i kierują wiązkę do uchwytu spawalniczego i na obrabiany materiał. W zależności od zastosowania i rodzaju materiału, mogą być również potrzebne systemy podawania gazu ochronnego. Te komponenty złożone w całość tworzą spawarkę laserową.

Chociaż spawanie laserowe jest technologią zaawansowaną, stało się ono nieodłącznym elementem wielu branż. Obecnie w bardzo szybkim tempie opanowuje zakłady produkcyjne i warsztaty, które do tej pory korzystały z tradycyjnego spawania łukiem elektrycznym.

Zalety spawania laserowego

Co to jest spawanie laserowe już wiemy, ale z czego wynika jego rosnąca popularność? To jeden z najnowocześniejszych procesów łączenia materiałów, który przynosi szereg korzyści w zakresie jakości, efektywności i precyzji.

Duża prędkość spawania: Dzięki większej prędkości obróbki, spawanie laserowe gwarantuje wyższą produktywność, co przekłada się na krótszy czas realizacji.
Doskonała jakość spawu: Proces ten zapewnia wąskie, powtarzalne spoiny o dowolnym kształcie, co gwarantuje doskonałą jakość połączenia.
Wysoka precyzja i dokładność: Skoncentrowana wiązka laserowa pozwala na łączenie elementów z niezrównaną precyzją, co jest szczególnie korzystne przy spawaniu delikatnych lub cienkich metali.
Czystość procesu: Brak odprysków oraz możliwość spawania bez użycia spoiwa sprawia, że jest to proces czysty i efektywny.
Bardzo wąska SWC (strefa wpływu ciepła): Dzięki wysoce skoncentrowanej wiązce, SWC jest mniejsza, co minimalizuje ryzyko zniekształceń termicznych i naprężeń.
Wysoka gęstość mocy i wydajność urządzenia: Spawanie laserowe charakteryzuje się wysoką wydajnością przy niskich kosztach eksploatacji.
Możliwość łączenia trudno spawalnych materiałów: Elastyczność procesu pozwala na łączenie nawet tych materiałów, które tradycyjnie są trudne do spawania.
Wydajność i łatwość konserwacji: Urządzenia do spawania laserowego są nie tylko wydajne, ale także proste w obsłudze i konserwacji.
Spawanie bardzo cienkich materiałów: Proces ten pozwala na spawanie cienkich materiałów bez ryzyka odkształceń, dzięki czemu jest idealny do precyzyjnych zastosowań.

Zastosowanie spawania laserowego

Spawarki laserowe, niesamowicie precyzyjne i wszechstronne, są wykorzystywane do tworzenia produktów najwyższej jakości.

W przemyśle lotniczym, gdzie priorytetem jest nie tylko wytrzymałość, ale także ograniczenie masy, spawanie laserowe stało się kluczowym narzędziem. Możliwe jest tworzenie lekkich, ale niezwykle wytrzymałych konstrukcji, które muszą sprostać ekstremalnym warunkom podczas lotu.

Sektor motoryzacyjny, zawsze dążący do innowacji, również skorzystał z jego dobrodziejstw. Technika ta pozwala na precyzyjne łączenie elementów karoserii, tworzenie zaawansowanych układów wydechowych oraz produkcję nowoczesnych komponentów silnikowych. Spawarka laserowa dla blacharza? Spawanie wydechu laserem? To już nie pieśń przyszłości ale teraźniejszość.

Przemysł medyczny, wymagający najwyższej precyzji, również odnalazł w spawaniu laserowym idealne rozwiązanie. Precyzyjne implanty, narzędzia chirurgiczne czy zaawansowane instrumenty medyczne są często produkowane z wykorzystaniem tej technologii, co gwarantuje ich niezawodność i bezpieczeństwo użytkowania.

Z kolei branża jubilerska, w której detale mają kluczowe znaczenie, wykorzystuje spawanie laserowe do tworzenia skomplikowanych, drobnych elementów biżuterii.

Wreszcie, sektor elektroniki, w którym miniaturyzacja i precyzja odgrywają kluczową rolę. Łączenie cienkich przewodów, precyzyjne montowanie płyt drukowanych oraz tworzenie innych zaawansowanych komponentów powierza się urządzeniom do spawania laserowego.

Co można spawać laserem?

Stal: Ten metal, zarówno w postaci stali węglowej, jak i stali nierdzewnej czy innych stopów stali, doskonale nadaje się do procesu spawania laserowego. Technologia ta pozwala na osiągnięcie głębokich, czystych i precyzyjnych spoin z minimalną strefą wpływu ciepła. Spawanie laserowe stali jest szeroko wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, budownictwie, przemyśle lotniczym i wielu innych, gdzie wymagana jest wysoka jakość i trwałość połączenia.

Aluminium: Chociaż jest metalem o wyjątkowej przewodności cieplnej i odbijalności, może być skutecznie łączone za pomocą technologii spawania laserowego. Dzięki precyzyjnej kontroli procesu oraz skoncentrowanej wiązce laserowej możliwe jest osiągnięcie czystych, głębokich i powtarzalnych spoin. Spawanie laserowe aluminium jest często wykorzystywane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym oraz w innych branżach, gdzie wymagana jest wysoka precyzja i jakość połączenia. Warto jednak zwrócić uwagę, że odpowiednie parametry procesu, jak również ewentualne przygotowanie powierzchni, są kluczowe dla osiągnięcia optymalnych wyników.

Tytan: Często stosowany w przemyśle lotniczym i medycznym z uwagi na swoją wytrzymałość i lekkość nadaje się do spawania laserem.

Miedź: Pomimo trudności w spawaniu tradycyjnym, miedź może być skutecznie łączona za pomocą spawania laserowego.

Nikiel i jego stopy: Spawarka laserowa może być używana do spawania tych metali często wykorzystywanych w przemyśle lotniczym i energetycznym.

Budowa spawarki laserowej

Spawarka laserowa do metalu to zaawansowane urządzenie, które zostało zaprojektowane, aby dostarczać precyzyjną i mocną wiązkę światła do procesu spawania. Światło lasera pełni tutaj tę samą rolę co łuk elektryczny w spawaniu MIG/MAG, TIG i MMA. Centralnym i najważniejszym elementem każdej spawarki laserowej jest źródło lasera, które generuje konieczną wiązkę światła. Sterowanie całym urządzeniem jest możliwe dzięki wbudowanemu panelowi cyfrowemu, umożliwiającemu dostosowywanie parametrów spawania w zależności od potrzeb. Aby zapewnić optymalną pracę i długą żywotność urządzenia, spawarka laserowa wyposażona jest w chłodnicę, która chroni komponenty przed przegrzaniem. Istotnym elementem moze być również podajnik drutu, który dostarcza materiał spawalniczy w kontrolowany sposób jeśli proces wymaga użycia drutu spawalniczego. Ręczny uchwyt pozwala na precyzyjne kierowanie wiązką laserową i dokładne spawanie.

Parametry spawania laserowego

Kluczowe parametry charakteryzujące proces spawania laserowego, na które trzeba zwrócić uwagę podczas pracy jak i na etapie wyboru urządzenia:

Moc wiązki światła laserowego ciągłego [kW]: Ta wartość określa moc wiązki laserowej. Im dłuższy czas trwania wiązki, tym większa głębokość przetopienia złącza, co może wpływać na jakość i wygląd spoiny.
Energia impulsu światła laserowego [kJ]: Współgra ona z czasem trwania impulsu [ms] oraz częstotliwością powtarzania impulsów [Hz] w spawaniu impulsowym. Te parametry określają, jak długo i jak często laser emituje impulsy podczas spawania.
Prędkość spawania [m/min]: Określa, jak szybko proces spawania jest przeprowadzany wzdłuż złącza. Im większa prędkość, tym mniejsza głębokość przetopienia, co może wpływać na właściwości mechaniczne spoiny.
Długość ogniska wiązki laserowej [mm]: W miarę zwiększania się tej wartości, głębokość spawania również rośnie, co może być kluczowe w przypadku materiałów o zróżnicowanej grubości.
Średnica wiązki laserowej [mm]: Typowo wynosi od 0,3 do 0,4 mm i określa szerokość wiązki światła laserowego, która wpływa na powierzchnię spawania.
Położenie ogniska wiązki laserowej względem złącza [mm]: Ten parametr określa, gdzie dokładnie skupiona jest wiązka laserowa w stosunku do złącza. Może wpływać na jakość i dokładność spawania.
Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [l/min]: Gaz ochronny jest niezbędny w procesie spawania laserowego, aby chronić powierzchnię spawania przed niepożądanymi reakcjami chemicznymi. Wybór odpowiedniego gazu i jego natężenie przepływu jest kluczowe dla uzyskania optymalnych wyników.

Drut do spawania laserowego

Drut do spawania laserowego nie jest zawsze konieczny, ale w wielu zastosowaniach może być bardzo przydatny.

Spawanie bez dodatku materiału: W wielu przypadkach spawania laserowego, zwłaszcza przy cienkich materiałach i precyzyjnych zastosowaniach, proces jest przeprowadzany bez użycia dodatkowego drutu. Skoncentrowana wiązka laserowa topi krawędzie materiałów, które mają zostać połączone, a następnie łączy je razem, tworząc spoinę.
Spawanie z dodatkiem materiału: Zwłaszcza gdy wymagana jest większa ilość materiału spawalniczego lub gdy spawane materiały mają różne właściwości, drut spawalniczy jest używany jako dodatek materiałowy. Może to pomóc w wypełnieniu szczelin, wzmocnieniu spoiny lub dostosowaniu właściwości spoiny do określonych wymagań.

Jaki drut do spawania laserem? Drut spawalniczy powinien być dobrany tak, aby był zgodny z materiałem bazowym, który ma być spawany. Na przykład, jeśli spawasz stal nierdzewną, drut ze stali nierdzewnej będzie najbardziej odpowiedni. W niektórych zastosowaniach, takich jak konstrukcje nośne, ważne jest, aby drut spawalniczy miał właściwości mechaniczne zbliżone lub lepsze niż materiał bazowy. Aby zapewnić trwałość i odporność na korozję spoiny, skład chemiczny drutu spawalniczego powinien być zgodny ze składem elementu spawanego.

Gazy osłonowe w spawaniu laserowym

Podczas spawania laserem wykorzystuje się różne gazy osłonowe, które wpływają na jakość i charakterystykę uzyskanej spoiny.

Azot (N2): Ten gaz o umiarkowanej energii jonizacji, pośredniej między argonem a helem, jest użyteczny w ograniczaniu formowania plazmy. Jednakże, azot może wchodzić w reakcje z pewnymi metalami, takimi jak aluminium czy stal węglowa, tworząc azotki, które wpływają negatywnie na jakość spoiny. W kontekście stali nierdzewnej, azot potrafi wzmacniać spoinę.

Argon (Ar): Jako powszechny gaz osłonowy, argon jest stosunkowo niedrogi i łatwo dostępny. Jego niska energia jonizacji może nieco utrudniać kontrolę nad formowaniem plazmy. Jego minimalna reaktywność z większością metali czyni go idealnym do zabezpieczania jeziorka spawalniczego.

Hel (He): Hel, z najwyższą energią jonizacji spośród wymienionych gazów, jest wyjątkowo skuteczny w kontrolowaniu plazmy, ale równocześnie jest kosztowny. Jego niska reaktywność chemiczna sprawia, że nie wchodzi w interakcje z obrabianymi metalami. Z uwagi na wysoką cenę, jego użycie jest często zarezerwowane dla specjalistycznych projektów.

Dwutlenek węgla (CO2): CO2 pomaga w uzyskaniu gładkich spoin i jest szczególnie efektywny przy spawaniu stali niskowęglowych. Jego bardzo niskie koszty eksploatacji czynią go atrakcyjnym wyborem w wielu zastosowaniach. Niemniej jednak, nie chroni on przed utlenianiem stali, co jest ważne do uwzględnienia w niektórych aplikacjach.

Czy spawanie laserowe jest bezpieczne?

Głównym zagrożeniem jest ekspozycja na skoncentrowaną wiązkę laserową, która może prowadzić do poważnych obrażeń oczu i skóry. Stąd konieczność noszenia specjalistycznych okularów z filtrami dostosowanymi do długości fali używanego lasera. Dodatkowo, proces ten emituje silne promieniowanie UV i IR, które również są niebezpieczne.

Przyłbica do spawania laserowego jest nieodzownym elementem ochrony. Ważne jest, by filtr przyłbicy był dostosowany do długości fali używanego lasera, skutecznie blokując promieniowanie UV i IR, które może prowadzić do trwałych uszkodzeń wzroku. Filtr lub elementy osłonowe muszą być odporne na zarysowania, zapewniając jednocześnie czystość wizualną, co pozwala na dokładne monitorowanie procesu spawania. Dodatkowo, przyłbica powinna być wykonana z odpornych materiałów a jej konstrukcja zapewniać komfort noszenia i odpowiednią wentylację.

Aby uzyskać optymalne efekty, laser musi działać w środowisku wolnym od zanieczyszczeń, co wyklucza jego eksploatację obok tradycyjnych urządzeń spawalniczych. Ponadto, soczewki wchodzące w skład palnika mogą ulec zanieczyszczeniu, podkreślając znaczenie utrzymania czystości.

Ważne jest również, by strefa spawania laserowego była odpowiednio izolowana i zorganizowana tak, aby unikać odbić wiązki laserowej. Atmosfera w miejscu pracy nie powinna być przesycona pyłem, a temperatura nie może spaść poniżej 0°C. Zaleca się ocenę, czy dana przestrzeń pozwoli laserowi osiągnąć potrzebną temperaturę operacyjną.

Chociaż źródło lasera emituje ciepło porównywalne z łukiem spawalniczym, istotne jest, że źródłem tego ciepła jest samo urządzenie, a nie łuk - co umożliwia jego odprowadzenie, np. przez wentylację.

Gdzie kupić akcesoria do spawania laserowego?

Centrum Spawalnicze SPIDWELD to sklep, który posiada w ofercie duży wybór akcesoriów do spawania laserowego. Dobrze dobrane akcesoria eksploatacyjne odgrywają ważną rolę w procesie spawania laserowego, gwarantując jego precyzję i niezawodność.

Jest to także odpowiednie miejsce, jeśli masz zamiar kupić spawarkę laserową lub dowiedzieć się jakie urządzenie do spawania laserowego sprawdzi się w Twojej pracy.