Laserové <strong>zváranie</strong> pribúda najmäpri spracovaní plechuRAINER HUNDSDÖRFER – BRANISLAV LIPTÁK – ZUZANA NAGYOVÁR. Hundsdörfer, TRUMPF Werkzeugmaschinen, Ditzingen, Nemecko – Ing. B. Lipták – Ing. Z. Nagyová,TRUMPF Slovakia, s.r.o. (TRUMPF Slovakia, Ltd.), Košice, Branislav.Liptak@sk.TRUMPF.comRast aplikácií laserového zvárania tenkých plechov Niektoré problémy konvenčného tavného zvárania– deformácie a potreba opracovania Vlastnosti a výhody laserového zvárania Dostupné laserovésystémy na <strong>zváranie</strong> bodové, vedením tepla a hĺbkové>Výrobca, ktorý spracováva plechysa v dnešnej dobe už takmernemôže zaobísť bez laserovýchzváracích systémov. Laserové <strong>zváranie</strong>sa v tejto oblasti výroby ešte celkomnepresadilo, aj napriek tomu jepre mnohé úlohy ako predurčené.V nedávnej minulosti sa väčšina laserovýchzváracích zariadení využívalanajmä pri veľkosériovej a hromadnejvýrobe, napr. v elektropriemysle(typickým príkladom je ichaplikácia na <strong>zváranie</strong> elektróniekelektrónových kanónov, vypínačova relé). Aj automobilový priemyselv stále väčšej miere využíva vo svojichaplikáciách laser. Veľmi rozšírenéje <strong>zváranie</strong> karosérií, ako aj ďalšíchkomponentov, napr. vstrekovacíchventilov a súkolesí prevodoviek.Hlavným dôvodom na využitie laseravo zváraní sú jeho typické výhody: nízky merný tepelný príkon a tedamalý prierez zvaru a malé tepelnéovplyvnenie základného materiálu, minimálne deformácie zvarku, vysoká kvalita spojov, vyššia rýchlosť zvárania a produktivita.V súčasnosti sa laserové <strong>zváranie</strong>aplikuje aj pri malosériovej výrobe,a to s relatívne univerzálnou a jednoduchouautomatizáciou a pri kusovejvýrobe aj bez automatizácie. Novélaserové zváracie zariadenia možnojednoducho obsluhovať, sú ľahkointegrovateľné do výrobného procesua sú teda vhodnou alternatívou prizváraní mnohých typov zvarkov.Vďaka laserovému zváraniu dielovsa dosahuje nielen ich vyššia kvalita,ale súčasne sa znižujú aj výrobnénáklady.NIEKTORÉ PROBLÉMYKONVENČNÉHO TAVNÉHOZVÁRANIADeformácia zvarku a tepelné ovplyvneniemateriálu predstavujú jedenz najväčších problémov pri konvenčnomtavnom zváraní, bez ohľadu naveľkosť zvarku. Dielce, od ktorých savyžaduje presnosť, je často potrebnépo konvenčnom zváraní ešte opracovať.Takéto opracovanie je nielen časovonáročné a zvyšuje výrobné náklady,ale vyžaduje investične a technickynáročné strojové zariadenia,vysoko kvalifikovaný personál, keďževýsledok závisí aj od šikovnosti personálu.LASEROVÉ ZVÁRANIEPri laserovom zváraní je tepelnéovplyvnenie minimálne a vo väčšineprípadov nie je potrebné žiadne dodatočnéopracovanie. Pomocou laseramožno efektívne suplovať nieleniné metódy tavného zvárania, ale ajniektoré na čas a manipuláciu náročnévýrobné postupy, ako napr. nitovanie,spájanie dielov skrutkami,lepenie.Použitím laserového zvárania možnotiež zjednodušiť konštrukciu výrobku,výrazne znížiť počet dielov, a tedaObr. 1 Vysoko kvalitné rohové zvary náročného dielca z tenkých plechov – bez deformáciía potreby opracovania a čistenia (obrysový rozmer 250 x 80 x 80 mm)Obr. 2 Manuálne zváracie pracovisko PowerWeldMultiflex vybavené pulzným laserom TruPulse 203s max. pulzným výkonom 9 000 W120 ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 4/ 2007
ZVÁRANIE PRE PRAXzredukovať aj náklady. Brúsenie,kefovanie a čistenie spojov po laserovomzváraní v mnohých prípadochodpadá. Laserom zvárané rohovéspoje môžu byť kvalitatívne na takvysokej úrovni, že sa podobajúohýbaným hranám. Deformácia alebonábeh farby z titulu tepla sú minimalizované(obr. 1).Obzvlášť v odvetviach, ktoré spracovávajúplechy z nehrdzavejúcej ocele,je laserové <strong>zváranie</strong> procesom,ktorý im zabezpečí vysokokvalitnédiely bez toho, aby sa museli spoliehaťna brúsenie a leštenie. Typickýmipríkladmi sú drezy z nehrdzavejúcejocele, nádoby na potraviny, ochrannéa ozdobné kryty atď. Prakticky privšetkých výrobkoch z nehrdzavejúcejocele pre potravinársky priemysela lekársku techniku je použitie laseravýhodné.Pri laserovom zváraní dielov možnopoužiť tri druhy procesu. Všetky všakmajú oproti konvenčnému zváraniujedno spoločné: vykazujú vyššiurýchlosť zvárania, minimálne tepelnéovplyvnenie a deformácie a umožňujúpresne riadiť hĺbku prievaru.Laserové bodové <strong>zváranie</strong> je metóda,pri ktorej sa diely spájajú so skutočneminimálnou alebo žiadnou deformáciou.Používajú sa tu Nd:YAGlasery so stredným výkonom od 50do 500 W. Pulznými lasermi možnovyrobiť aj spoje, v ktorých sa bodovézvary navzájom prekrývajú – proceszvárania sa síce spomaľuje, ale mernéteplo spoja je presne riadenéa kontrolované. Tento proces možnonazvať aj „studeným zváraním“.Zváranie vedením tepla sa uskutočňujes cw-Nd:YAG, CO 2 alebovysokovýkonnými diódovými lasermi.V závislosti od výkonu lasera a hrúbkyzváraného materiálu sa typickárýchlosť zvárania pohybuje v intervale1 až 2 m/min. Pritom, ako už bolouvedené, možno materiál pri zhotovovanírohového spoja taviť tak, ženie je potrebné ďalšie opracovaniedielu – zvarová húsenica je tak hladká,že vzniká dojem, že hrana jeohýbaná a nie zváraná (obr. 1).Hĺbkové <strong>zváranie</strong> v porovnaní sozváraním vedením tepla umožňujezhotoviť zvar veľmi úzky (s tzv. paroplynovýmkanálom vo zvarovom kúpeli).V závislosti od veľkosti prievarua výkonu lasera sa dosahuje rýchlosťzvárania v rozpätí od 1 do 20 m/min.Teplom ovplyvnená oblasť je minimálna.Všetky tri druhy procesu je možnépoužiť pre známe typy zvarovýchspojov, a to s prídavným zváracímmateriálom – drôtom, alebo bez neho.DOSTUPNÉ LASEROVÉSYSTÉMYPri zváraní laserom si možno vybraťz množstva dostupných systémov,ktoré majú rozličný stupeň automatizácie.Bodové <strong>zváranie</strong> s pulznými lasermisa často aplikuje na ručnom pracovisku.Zváraný diel sa ručne polohujepod zváracou hlavicou, v prípademalých až miniatúrnych rozmerovs pomocou stereomikroskopu. Laserovýimpulz je iniciovaný pomocounožného spínača. Takéto manuálnepracoviská sú výhodné najmä na výrobumalých sérií, prototypov a testovacíchvýrobkov (obr. 2).Pre sériovú produkciu sú výhodnejšierobotizované bunky (obr. 3)s pulzným alebo cw-Nd:YAG-laserom.Priemyselný robot ovláda pohybzváracej hlavy, ktorá je so zdrojomlaserového lúča spojená svetelnýmkáblom. Zváraný diel je umiestnenýv prípravku na stabilnom pracovnomstole alebo na polohovadle. Pri zváranímalých dielov môže byť zváraciahlava stabilná a zvarok do polôhurčených technologickým postupompolohuje robot. V dnešnej dobe sú natrhu k dispozícii kompletné riešeniarobotizovaných pracovísk, vrátanevšetkých potrebných periférií a bezpečnostnýchzariadení.Ako tretí typ laserových systémov jesúradnicové, obvykle pravouhlé, zariadeniekonzolového alebo portálovéhovyhotovenia s CO 2 laseromalebo Nd:YAG laserom (obr. 4). Tietosystémy sú vysoko presné a ponúkajúzreteľne vyššiu dynamikuv porovnaní s robotizovaným systémom.Investičné náklady sú však asio 20 až 50 % vyššie ako pri pracoviskus robotom.Robotizované a súradnicové systémysú programovateľné Off-line aleboOn-line (napr. prvotným učením).Používajú sa tam, kde sa vyžadujevysoká flexibilita výrobného sortimentu.Pri vysokých nárokoch napresnosť a dynamiku sú vhodnejšiesúradnicové systémy.Všetky typy laserových systémov na<strong>zváranie</strong> pomáhajú zabezpečiť vyššiukvalitu, hospodárnosť a efektivitu.Nimi zhotovené zvarové spoje nepotrebujúďalšie opracovanie brúsenímalebo leštením a vysoká kvalita povrchuzvarovej húsenice umožňuje ajnové konštrukčné riešeniaviditeľných častí strojov.