Spawarka laserowa - spawanie laserowe metalu

Spawanie laserowe polega na łączeniu materiałów za pomocą skoncentrowanej wiązki światła laserowego o wysokiej mocy, która topi materiał w miejscu skupienia.

Charakteryzuje się zdolnością do osiągnięcia głębokich, ale wąskich połączeń. W zależności od aplikacji stosuje się różne źródła laserowe, takie jak lasery CO2, diodowe czy włóknowe. Proces ten często integruje się z automatycznymi systemami produkcyjnymi, oferując wysoką prędkość, precyzję i minimalne zniekształcenia. Jest stosowany w branżach wymagających precyzyjnych połączeń, jak motoryzacja czy elektronika. Właściwe ustawienie parametrów jest kluczem do jakości spoiny, błędy mogą prowadzić do pęknięć czy porowatości.

Spawanie laserowe, choć może wydawać się skomplikowane z technicznego punktu widzenia, jest w rzeczywistości łatwe w obsłudze dzięki nowoczesnym spawarkom laserowym. Współczesne urządzenia są często wyposażone w intuicyjne interfejsy oraz systemy automatycznego ustawiania parametrów, co ułatwia proces spawania. Jednakże kluczem do osiągnięcia wysokiej jakości spoin jest nie tylko odpowiednie ustawienie maszyny, ale także odpowiednie przygotowanie materiałów oraz dokładność w prowadzeniu procesu.

Niewątpliwie, spawarki laserowe stanowią rewolucję w branży spawalniczej ze względu na ich precyzję, czystość oraz zdolność do spawania różnorodnych materiałów. Chociaż sama obsługa spawarki może być prostsza niż tradycyjnych metod spawania, wciąż konieczne jest przeszkolenie w zakresie bezpieczeństwa oraz zrozumienie specyfiki procesu laserowego. Po odpowiednim szkoleniu, nawet osoby nieposiadające wcześniejszego doświadczenia w spawaniu mogą osiągnąć zadowalające wyniki w stosunkowo krótkim czasie.

Spawanie laserowe pozwala na łączenie szerokiej gamy metali, dzięki czemu technologia ta znajduje zastosowanie w wielu branżach przemysłowych. Oto niektóre z metali, które można spawać laserowo:

• Stal węglowa: Powszechnie stosowana w wielu sektorach przemysłu, stal węglowa doskonale nadaje się do spawania laserowego.
• Stale nierdzewne i kwasoodporne: Stosowane w przemyśle spożywczym, medycznym, chemicznym i innych ze względu na ich odporność na korozję.
• Stale stopowe: W zależności od składu, wiele stali stopowych może być spawanych laserem.
• Aluminium i jego stopy: Spawanie laserowe jest powszechnie stosowane przy łączeniu cienkich blach aluminiowych, zwłaszcza w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.
• Miedź i jej stopy: Chociaż miedź ma wysoką przewodność cieplną, która może utrudniać spawanie, odpowiednie parametry lasera umożliwiają jej efektywne łączenie.
• Tytan i jego stopy: Często stosowany w przemyśle lotniczym i medycznym, tytan jest doskonałym kandydatem do spawania laserowego ze względu na swoje właściwości mechaniczne.
• Nikiel i jego stopy: Stosowane w branżach, które wymagają odporności na wysokie temperatury i korozję.
• Złoto, srebro i inne metale szlachetne: Mogą być spawane laserowo, zwłaszcza w przemyśle jubilerskim i elektronicznym.
• Cynk, ołów i inne miękkie metale: Mogą być spawane laserem, ale wymagają specjalnej uwagi ze względu na ich niskie temperatury topnienia.
• Materiały mieszane: Technologia laserowa pozwala na spawanie różnych metali ze sobą, co w wielu tradycyjnych metodach spawania byłoby trudne lub niemożliwe.

Warto podkreślić, że choć wiele metali można spawać laserowo, każdy metal i stop wymaga indywidualnego podejścia w zakresie parametrów spawania. Ponadto, w zależności od zastosowania, pewne kombinacje metali mogą wymagać dodatkowych kroków przed- lub poobróbki w celu uzyskania odpowiedniej jakości i trwałości połączenia.

Moc wiązki w spawaniu laserowym odnosi się do ilości energii dostarczanej przez źródło laserowe w jednostce czasu. Jest to zazwyczaj wyrażane w watach (W) lub kilowatach (kW). Wiązka laserowa skupia światło w bardzo wąskim promieniu, co pozwala na dostarczenie dużej ilości energii na niewielki obszar. To skupienie pozwala na szybkie topienie i łączenie materiałów, takich jak metale.

Moc wiązki determinuje głębokość przetopienia oraz prędkość spawania. Wyższa moc pozwala na spawanie grubszych materiałów i osiąganie większych prędkości, ale jednocześnie wymaga precyzyjnej kontroli, by unikać negatywnych skutków, takich jak nadmierne przetopienie czy uszkodzenie materiału.

Wyższa moc pozwala na efektywne spawanie grubych materiałów, podczas gdy mniejsza moc jest bardziej odpowiednia dla cieńszych materiałów. Na przykład, spawarki o mocy 3000 W są bardziej odpowiednie dla grubych materiałów i wymagających aplikacji, gdzie konieczne jest głębokie przetopienie. Z kolei spawarki o mocy 1000 W są idealne do cieńszych materiałów, które wymagają delikatniejszego podejścia. 

Moc spawarki laserowej odgrywa kluczową rolę w określeniu grubości materiału, jaki może być skutecznie spawany. Wyższa moc pozwala na spawanie grubszych materiałów, podczas gdy niższa moc jest bardziej odpowiednia dla cieńszych elementów. Podane specyfikacje dla różnych mocy źródeł jasno wskazują na tę zależność:

Dla spawarki o mocy 1000 W:

Stal węglowa i nierdzewna mogą być spawane do grubości 3 mm.

Aluminium do 2 mm.

Mosiądz mieści się w przedziale 0,8–1 mm.

Dla spawarki o mocy 1500 W:

Grubości stali węglowej i nierdzewnej zwiększają się do 4 mm.

Aluminium można spawać do grubości 3 mm.

Mosiądz ma jednolitą grubość 1 mm.

Dla spawarki o mocy 2000 W:

Stal węglowa i nierdzewna mogą być spawane do grubości 5 mm.

Aluminium do 4 mm.

Grubość mosiądzu zwiększa się do 2 mm.

Dla spawarki o mocy 3000 W:

Stal węglowa i nierdzewna osiągają maksymalną grubość 8 mm.

Aluminium można spawać do 7 mm.

W spawaniu laserowym nie zawsze jest potrzebny materiał dodatkowy w postaci drutu. Często spawanie laserowe jest realizowane bez dodatku materiału, gdzie energia laserowa topi brzegi łączonych elementów, tworząc połączenie. Jednak w pewnych sytuacjach, kiedy wymagana jest dodatkowa ilość materiału lub konieczne jest zastosowanie materiału o specjalnych właściwościach, stosuje się druty spawalnicze.

Jeśli chodzi o specyfikę drutów do spawania laserowego ważna jest:

• Kompatybilność z materiałem podstawowym: Drut musi być kompatybilny z materiałem podstawowym pod względem składu chemicznego i właściwości mechanicznych.
• Średnica drutu: Druty używane do spawania laserowego są zazwyczaj cieńsze niż te używane w tradycyjnych metodach spawania, aby umożliwić precyzyjne dostarczenie materiału w obszar spawania.
• Czystość: Druty do spawania laserowego powinny być bardzo czyste, aby uniknąć wszelkich zanieczyszczeń, które mogłyby wpłynąć na jakość spoiny.
• Prowadzenie drutu: W spawaniu laserowym, gdzie stosuje się drut, wymagane jest precyzyjne prowadzenie drutu w odpowiednie miejsce, co często realizowane jest za pomocą specjalnych mechanizmów podających.

Chociaż wiele drutów spawalniczych używanych w tradycyjnych metodach może być również używane w spawaniu laserowym, istnieją pewne specyfikacje i wymagania dotyczące drutów stosowanych w tej technologii, które muszą być spełnione, aby zapewnić optymalną jakość połączenia. W praktyce wybór odpowiedniego drutu zależy od specyfiki zadania i wymagań dotyczących połączenia.

Gazy ochronne odgrywają kluczową rolę w spawaniu laserowym. Używane są do ochrony powierzchni spawanej przed negatywnym wpływem otoczenia, takim jak utlenianie czy zanieczyszczenie. Odpowiedni gaz ochronny może również wpływać na kształt i jakość spoiny, a także na jej właściwości mechaniczne.

Oto niektóre gazy i mieszanki gazów używane w spawaniu laserowym:

• Argon (Ar): Jest to jeden z najczęściej używanych gazów ochronnych w spawaniu laserowym. Jest inertny, co oznacza, że nie reaguje z metalami w temperaturze spawania. Jest szczególnie polecany do spawania tytanu, stali nierdzewnej, aluminium i wielu innych metali.
• Hel (He): Często używany do spawania metali o wysokiej przewodności cieplnej, takich jak miedź czy aluminium. Może być również mieszany z argonem w różnych proporcjach.
• Azot (N2): W pewnych sytuacjach może być używany jako gaz ochronny, zwłaszcza w spawaniu stali nierdzewnych o niskiej zawartości węgla. Jednak należy zachować ostrożność, ponieważ azot może powodować azotowanie niektórych metali.
• Tlen (O2): Choć rzadko stosowany w czystej formie jako gaz ochronny w spawaniu laserowym, może być dodawany w niewielkich ilościach do innych gazów w celu poprawy kształtu spoiny.
• Mieszanki gazów: W zastosowaniach specjalistycznych mogą być używane mieszanki gazów, takie jak argon z niewielką ilością tlenu lub helu, aby uzyskać pożądane właściwości spoiny i zapewnić optymalną ochronę.

Wybór odpowiedniego gazu ochronnego zależy od rodzaju spawanego materiału, typu lasera, parametrów procesu spawania oraz pożądanych właściwości końcowego połączenia. Ważne jest również, aby stosować gazy wysokiej czystości, aby zapobiec wszelkim niepożądanym reakcjom i zanieczyszczeniom w trakcie spawania.