Laserowe spawanie

Spawanie laserowe należy do najnowocześniejszych metod spawania, swymi cechami konkuruje z procesami spawania elektronowego.  Jest to proces spawania o bardzo dużej efektywności i możliwościach łączenia najrozmaitszych kształtów we wszystkich pozycjach spawania,  przez co podnosi wydajność procesów produkcyjnych.

W LASERTRADE za pomocą jednego zlecenia skontaktujesz się z firmami świadczącymi laserowe spawanie na terenie całego kraju.

Spawanie wiązką laserową (LBW), potocznie nazywane spawaniem laserowym, jest to technika łączenia cieplnego metali przy użyciu lasera. Z zasady wiąże się z głęboką penetracją i stanowi główną technikę spawania w zastosowaniach konstrukcyjnych. Polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego o bardzo dużej mocy. Uważane jest za jedną z najnowocześniejszych metod spawania, a swymi cechami konkurować może chyba jedynie z procesami spawania elektronowego. Pozwala łączyć przy porównywalnej lub wyższej jakości wszystkie metale, które łączone są za pomocą spawania elektronowego. Ponadto nie ma ograniczeń jeśli chodzi o spawanie stali nieuspokojonych, materiałów porowatych, spieków, staliw itd., jak to ma miejsce przy spawaniu elektronowym. Charakteryzuje się bardzo dużą efektywnością i możliwością łączenia najrozmaitszych kształtów we wszystkich pozycjach spawania, co w dużym stopniu wpływa na podniesienie wydajności procesów produkcyjnych. Stosowane do łączenia części kół zębatych, złączy doczołowych płaskich i obwodowych różnorodnych konstrukcji nośnych, spawania wzdłużnego rur (szczególnie w przemyśle spożywczym), kształtowników, rur z płytami sitowymi itp. o grubościach złączy dochodzących do 25 mm. 

Parametry spawania laserowego

Wyróżniamy następujące parametry spawania laserowego:

  • moc wiązki światła laserowego ciągłego [w kW],
  • energia impulsu światła laserowego [w kJ], czas jego trwania [w ms] i częstotliwość powtarzania przy spawaniu impulsowym [w Hz],
  • prędkość spawania [w m/min],
  • długość ogniska wiązki laserowej [w mm],
  • położenie ogniska wiązki laserowej względem złącza [w mm],
  • rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [w l/min].
Laserowe spawanie metalu

Typy laserów najczęściej stosowanych w spawaniu laserowym

W spawalnictwie dwa najczęściej wykorzystywane typy laserów to:

  • lasery impulsowe z krystalicznym elementem czynnym (YAG: Nd, szkło: Nd),
  • molekularne lasery CO2 o emisji ciągłej.

Wiązka laserowa, przechodząc z lasera do przedmiotu spawanego przez system przesłon zwierciadeł i elementów optycznych, jest ogniskowana w obszarze spawania. Padając na powierzchnię metalu, ulega intensywnemu odbiciu, w zależności od rodzaju metalu i jego stanu powierzchni. Efektywność procesu zależy przede wszystkim od absorpcji energii wiązki laserowej przez powierzchnię spawanego przedmiotu, toteż ważne jest odpowiednie przygotowanie powierzchni przez zmatowienie lub poczernienie. Spoiny wykonane laserem o emisji ciągłej nie różnią się od spoin wykonanych wiązką elektronów, z kolei wykonane laserem impulsowym składają się ze zbioru częściowo pokrywających się spoin punktowych, odpowiadających poszczególnym impulsom. Przy spawaniu cienkich blach ze stali niskowęglowej, ze względu na duże prędkości spawania i krótki czas przebywania metalu spoiny w temperaturach utleniania, możliwe jest zrezygnowanie z osłony jeziorka spawalniczego. Przy spawaniu materiałów reaktywnych koniecznością jest zastosowanie osłony gazowej gazem obojętnym jeziorka, jak i grani złącza.

Spawanie laserem - typy laserów

Gazy ochronne stosowane przy spawaniu laserowym

Przy spawaniu laserowym stosujemy następujące gazy ochronne:

  • hel,
  • argon,
  • azot,
  • dwutlenek węgla.

Wspomagają one proces, dzięki nim można osiągnąć głębokość spoiny do 25 mm, a jednocześnie służą do ochrony wytopu przed skutkami utleniania.

Materiały stosowane w spawaniu laserowym

Spawanie laserowe można zastosować na następujących materiałach:

  • stale konstrukcyjne,
  • stale stopowe,
  • duplex,
  • Cr/Ni,
  • wysokowytrzymałe stale niskostopowe (HSLA),
  • stale węglowe,
  • metale trudnotopliwe,
  • metale aktywne chemicznie,
  • aluminium,
  • tytan,
  • nikiel,
  • magnez.

Najpełniej wykorzystać można metodę spawania do łączenia niewielkich elementów cienkościennych. Jest metodą zalecaną przy cieńszej stali, stali o wysokiej wytrzymałości i stali trudnościeralnej, wysoką wydajność odnosi w produkcji wielkoseryjnej (np. przemyśle motoryzacyjnym), zautomatyzowanej lub zrobotyzowanej.

Problemem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze technologii laserowych, są procesy metalurgiczne, charakteryzujące się miejscowym bardzo silnym i krótkotrwałym nagrzewaniem (> 10 000˚C/sek), a następnie bardzo szybkim chłodzeniem. Zjawiska te są często powodem zaporowacenia i pęknięcia. W przypadku spawania materiałów, które są zatem skłonne do tworzenia struktur hartowniczych i porowatości, należy przewidzieć takie zabiegi jak podgrzewanie wstępne czy wygrzewanie po spawaniu.

Sposoby łączenia metali i rodzaje spawania laserowego

Metale można łączyć za pomocą promienia lasera na kilka sposobów: można łączyć przedmioty obrabiane na powierzchni lub tworzyć głębokie spoiny, połączyć z konwencjonalnymi metodami spawania, jak również użyć lutowania. Lasery zgrzewają zarówno tworzywa o wysokiej temperaturze topnienia, jak i też o wysokiej przewodności ciepła. Z uwagi na niewielką ilość stopiwa oraz krótki, kontrolowany czas topnienia, można w ten sposób łączyć tworzywa, które w innej technologii są trudne lub niemożliwe do zgrzania (np. z użyciem tworzyw dodatkowych).

Rodzaje laserowego spawania:

Rodzaje spawania laserowego

Laserowe spawanie punktowe i liniowe

Przy spawaniu laserowym łączenie może odbywać się w sposób impulsowy (promień emitowany jest z przerwami) bądź z wykorzystaniem trybu ciągłego (generowany jest nieprzerwany promień). Umożliwia to połączenie dwóch materiałów nachodzących na siebie lub stykających się krawędziami. Można wykonać kilka spoin, jedna po drugiej, co zapewnia wytrzymałość złącza.

Napawanie laserowe (LMD)

Napawanie laserowe wykorzystywane jest do tworzenia powłoki ochronnej, zwiększającej wymagane własności, a także do regeneracji uszkodzonych lub zużytych powierzchni roboczych. Napoiny laserowe wydłużają żywotność maszyn i urządzeń, w których części narażone są na zużycie ścierne, udarowe lub korozję.

Proces ten ma zastosowanie w branży lotniczo-kosmicznej, energetycznej, petrochemicznej, samochodowej i medycznej.

Laserowe spawanie skanujące

Przy spawaniu skanującym promień lasera prowadzony jest przez ruchome zwierciadła. Pozwala to na obrabianie przedmiotu w trzech wymiarach, w sposób precyzyjny i bez dodatkowych przestojów.

Laserowe spawanie hybrydowe

Metoda hybrydowa to połączenie spawania laserowego z inną metodą spawania, np. MIG, MAG, WIG, TIG, nagrzewaniem indukcyjnym czy spawaniem plazmowym. Sprawdza się w przemyśle stoczniowym lub kolejowym.

Laserowe spawanie kondukcyjne

Spawanie kondukcyjne stosuje się do łączenia elementów cienkościennych, np. narożników na widocznych krawędziach w obudowach czy też w branży elektronicznej. Podczas tego typu spawania promień lasera roztapia elementy wzdłuż miejsca łączenia, a roztopione materiały przenikają się i zastygają, tworząc spoinę, której nie trzeba już poddawać obróbce korygującej.

Laserowe spawanie z głębokim wtopieniem

W spawaniu z głębokim wtopieniem wiązka lasera o dużej mocy pada na powierzchnię materiału, powodując jego nie tylko topnienie, lecz także parowanie. Prowadzi to do powstania ciśnienia, które wypycha ciekłą substancję. Obrabiany przedmiot ulega jeszcze głębszemu stopieniu, powstaje wypełniona parą kapilara, otoczona roztopionym materiałem. Gdy laser przesunie się po łączeniu, wraz z nim przesuwa się kapilara. Roztopiony metal opływa kapilarę i zastyga z tyłu – w ten sposób tworzy się wąska, głęboka spoina o równomiernej strukturze. Parująca substancja ulega częściowej jonizacji, tworząc plazmę – ona również dostarcza energię do przedmiotu obrabianego, dlatego cechami szczególnymi są tu: wysoka skuteczność procesu, duża prędkość spawania i minimalne odkształcenia po spawaniu. Tam, gdzie wymagana jest głęboka spoina lub połączenie kilku warstw materiału, warto sięgnąć po tę właśnie metodę.

Lutowanie laserowe

Tam, gdzie spawanie jest utrudnione, alternatywnie można zastosować lutowanie, czyli łączenie komponentów przy użyciu lutu. Energia lasera powoduje, że spoiwo ulega topnieniu i przenika do szczeliny pomiędzy lutowanymi przedmiotami, gdzie następuje połączenie dyfuzyjne pomiędzy materiałem i lutem. Cechą szczególną jest niższa temperatura topnienia lutu niż łączonych elementów oraz brak konieczności obróbki wykończeniowej. Zaleta ta jest wykorzystywana w przemyśle samochodowym (np. na klapach bagażników czy na dachach samochodów).

Branże, w których znajduje swoje zastosowanie spawanie laserowe to: 

  • przemysł lotniczy, 
  • kosmiczny,
  • samochodowy, 
  • elektroniczny, 
  • elektrotechniczny, 
  • spożywczy, 
  • medycyna.

Wszędzie tam, gdzie szybko można wykonywać drobne punkty zgrzewania o milimetrowej średnicy tudzież wielometrowe, głęboko zgrzewane spoiny, warto sięgnąć po zalety spawania laserowego. Pociągi, części przekładni w samochodach osobowych i ciężarowych, tuleje poduszek powietrznych, rozruszniki serca – to tylko mała część przykładów, gdzie znajdziemy punkty zgrzewania laserowego. 

Zalety i wady spawania laserowego

Zalety spawania laserowego:

  • łatwość automatyzacji,
  • wysoka efektywność kosztowa w porównaniu do metod tradycyjnych,
  • wysoka czystość procesu,
  • wysoka prędkość procesu,
  • wysoka gęstość mocy,
  • spawanie z wysoką precyzją,
  • znakomite właściwości mechaniczne,
  • bardzo dobre własności w zakresie ścierania,
  • możliwość łączenia materiałów trudnospawalnych,
  • możliwość spawania stali w różnych gatunkach i wymiarach,
  • szybkie odprowadzenie ciepła i stygnięcie spoiny,
  • nie wymaga spoiwa,
  • mała szerokość strefy wpływu ciepła,
  • niskie oddziaływanie temperatury na konstrukcję,
  • małe odkształcanie złączy (po procesie nie ma potrzeby dodatkowej obróbki mechanicznej).

Wady: 

  • wysoki koszt inwestycyjny w porównaniu do metod tradycyjnych,
  • ograniczona grubość materiału.

Podsumowując: spawanie laserowe stanowi najlepszą metodę spawania, jeśli chodzi o łączenie dużych i cienkich arkuszy, bo jako jedyna pozwala uniknąć odkształceń termicznych w produkcie końcowym. Umożliwia wykonanie w dowolnej pozycji wszelkiego typu i kształtu połączeń. Obejmuje zakres grubości od najcieńszych produkowanych w przemyśle folii i drutów do 12,5-25 mm. Jest to metoda z małą energią liniową i wąską pełną penetracją spoiny, zapewniająca estetyczny rezultat finalny. Jest to również najlepszy rodzaj obróbki spawalniczej, pozwalający zminimalizować utratę własności materiału bazowego, takich jak twardość i wytrzymałość. Dzięki dużym prędkościom spawania znacznie podnoszona jest wydajność procesu produkcyjnego.

A czy Ty już wiesz, co zlecisz na Giełdzie Usług Laserowych LASERTRADE?

Realizacje

Gotowy na szybkie cięcie?

My tak!

Cięcie laserem