Výrobci napříč průmyslem po léta používali tradiční svařovací techniky, jako je MIG nebo TIG. Během času však u těchto tradičních technik vznikala omezení. Například svařování metodou TIG je časově náročné, vyžadující zkušeného, vysoce kvalifikovaného operátora. Vytváří extrémní teplo, které deformuje tenké materiály, obtížně svařuje měď a je omezena při svařování kovů různých tlouštěk. Svařování metodou MIG vyžaduje přídavný drát, předčištění materiálu a zkosené spoje pro plně penetrační sváry na silných materiálech. Pohyb a pracovní úhly jsou omezené a svislé polohy mohou být náročné.

Vzhledem k neustálým změnám v oboru hledají výrobci nové způsoby, jak si udržet konkurenceschopnost, což vyžaduje snižování nákladů, zvyšování efektivity a kvalitu opakujících se dílů. A existuje navíc nová výzva: umožnit novým svářečům, aby byli produktivní včas a bez ztráty kvality. Americká svářečská společnost uvádí, že v USA bude do roku 2023 chybět 375 000 kvalifikovaných svářečů.

Proto stále více výrobců přechází na novější metody svařování, jako je ruční laserové svařování, které může zvýšit rychlost svařování až čtyřikrát rychleji oproti MIG/TIG, a zvýšit tak produktivitu a přesnost.

Jaké jsou výhody laserového svařování?

Po dlouhá léta byly lasery považovány spíše za vědecké přístroje než za průmyslové nástroje, a to především kvůli tradičnímu použití optických prvků a zrcadel, které vyžadují pečlivé seřízení a manipulaci.

V 90. letech 20. století byly společností IPG Photonics na trh uvedeny vláknové lasery pro průmyslové aplikace. Tyto laserové zdroje jsou zcela pevnolátkové. Jednoduchost vláknového laseru je příčinou jeho účinnosti, kompaktnosti, robustnosti a nízkých nákladů, které jsou důvodem jeho úspěchu v průmyslových aplikacích. V porovnání se staršími laserovými systémy poskytuje vláknová technologie vyšší výstupní výkon a kvalitní paprsek při nižších nákladech a minimální potřebě údržby.

Díky zdokonalení laserové technologie se laserové svařování stává oblíbenější technikou v průmyslových odvětvích, kde je důležitá vysoká pevnost a opakovatelná kvalita svaru. Kvalita a intenzita světla vláknového laseru přesně kontroluje tepelný příkon, což umožňuje svařování tenkých materiálů. Lasery se neomezují pouze na ocel; lze jimi svařovat také hliník a měď. Realitou je dokonce bimetalické svařování.

Technologie vláknového svařování zjednodušuje technologii přenosu paprsku, čímž se otevírají ještě další možnosti pro zlepšení procesů. Moderní technologie přísunu paprsku, jako je kmitavé svařování, při němž paprsek kmitá tam a zpět, umožňuje stabilizovat taveninu, zvětšit procesní okno (rozsahy parametrů svaru) a minimalizovat špatné nebo proměnlivé uložení dílu (v rámci limitů). V mnoha případech tak odpadá nutnost následného broušení, což snižuje náklady na pracovní sílu.

Laserové svařování lze také automatizovat pro vysoce produktivní výrobu s vysokou výtěžností. Jeho vysoká přesnost umožňuje spojovat malé díly s nízkým příkonem tepla a minimálním zkreslením.

Zpočátku omezovala jeho potenciál cena, která byla překážkou vstupu na trh. V průmyslových aplikacích byly lasery drahé, vyžadovaly pravidelnou obnovu a používaly se pouze na díly s vysokou hodnotou, obvykle integrované do robota nebo specializovaného laserového pracoviště.

Tyto dřívější lasery spotřebovávaly podstatně více energie než moderní vláknové lasery, které nyní nabízejí až 50% účinnost připojení. Tato účinnost může také eliminovat potřebu chladicích zařízení, takže laserová technologie je dostupnější než kdykoli předtím. A konečně, ve srovnání s tradičním ručním svařováním MIG/TIG je laserové svařování obvykle rychlejší, což zlepšuje výkon a zvyšuje zisky.

Důsledným snižováním nákladů na laserový zdroj, zlepšováním kvality světla a nabídkou jedinečných možností paprsku nabízejí nyní výrobci laserů systémy s vyšší přidanou hodnotou, díky čemuž jsou dostupnější a již nejsou vyhrazeny pouze pro prémiové aplikace.

Jak funguje ruční laserové svařování?

Ekonomické laserové zdroje v kombinaci s flexibilitou vláknového laseru poskytují bezprecedentní přístup k ručnímu laserovému svařování.

Jak ale funguje? Zjednodušeně řečeno, hustota výkonu laseru roztaví kov, čímž odpadá nutnost vytvářet oblouk; funkce kmitání eliminuje nutnost ručního proplétání paprsku a v mnoha případech zcela odpadá podávání drátu. Vysoká hustota výkonu má za následek menší a lépe kontrolovatelný svarový loužek. Díky přesnému řízení parametrů laseru se snižují účinky tepelného zkreslení, což zpřístupňuje proces i nekvalifikovaným operátorům a umožňuje firmám zvyšovat kvalifikaci již zkušených zaměstnanců na role s vyšší přidanou hodnotou.

Spolehlivost zařízení byla v určité době u ručního laserového svařování problémem. Základním stavebním kamenem vláknového laseru je jednoemitorová dioda, jejíž životnost je řádově delší než životnost alternativních diodových soustav nebo tyčových svazků. Čerpadla jsou hermeticky uzavřena podle norem a neovlivňuje je vlhkost, prach, vibrace ani nejagresivnější průmyslové prostředí.

Díky průmyslové robustnosti ručního laserového svařování lze vláknové lasery použít jako doplněk základní automatizace výroby, což dále zvyšuje efektivitu výroby. S relativně nedávným rozmachem technologie kolaborativních robotů (cobotů) jsou základní úrovně automatizace výroby na dosah mnoha výrobních hal. Coboty jsou ze své podstaty synergické s technologií ručního laserového svařování, protože jsou cenově výhodné a jednoduché na použití a nasazení. Flexibilita robota v kombinaci s možnostmi ruční laserové svařovací technologie je vhodná pro prostředí s nižšími objemy a velkým množstvím výrobků. Pokud lze svařovat ručně, lze to pravděpodobně svařovat i pomocí cobota. To může dále zvýšit produktivitu laserového svařování tím, že umožňuje přednastavit přípravek na díl, zatímco cobot provádí svařování na samostatném přípravku.

V žádném případě zkoušek svarových spojů u nerezových plechů 304 o tloušťkách 0,036 in, 0,07 in a 0,120 in nebyly zaznamenány žádné trhliny, neúplné spojení, pórovitost, vměstky ani jiné vady. Profily svarů vyhověly všem zkouškám a nebyl zaznamenán žádný nedotmel.

Co dalšího mohu dělat s ručním laserem?

V závislosti na systému je ruční laserové svařování dostupné v konfiguracích umožňujících až 6mm svary s plným průvarem. Některé konfigurace systému lze navíc použít i k čištění dílů. To může být výhodné při přípravě dílu k odstranění zbytkových olejů nebo nečistot z obrobku.

Schopnost ručního laseru čistit lze také využít k prevenci koroze a pasivaci materiálu po svařování.

Jaké jsou některé bezpečnostní pokyny?

Přestože se ruční laser snadno používá a má zabudované bezpečnostní prvky, je důležité mít na paměti, že se jedná o výkonné průmyslové zařízení. Při používání ručního laseru mohou paprsky být nebezpečné pro tělo a oči. Laserový svařovací paprsek je neviditelný, takže se nemůžete spoléhat na vizuální signály, které by zaručovaly bezpečnost.

Přestože se jedná o lasery třídy IV, jsou do těchto systémů integrovány bezpečnostní prvky, které vás chrání. Při vytváření programu bezpečnosti laserů je dobrým výchozím bodem prostudování normy ANSI Z136.1 (2014), Bezpečné používání laserů.

Zde je několik obecných pravidel, která je třeba dodržovat:

- úkoly laserového svařování provádějte v kontrolovaném laserovém prostoru (LCA) - světelně neprůhledné místnosti s elektrickým blokováním, které vypne laserový paprsek při otevření dveří.

- Noste nehořlavý oděv, dlouhé rukávy a svářečské oblečení. Každý, kdo se nachází v LCA, musí používat osobní ochranné prostředky, včetně ochranných brýlí dimenzovaných pro daný typ laseru a klasické svářečské přilby.

- Dodržujte provozní bezpečnostní postupy a berte v úvahu, že laserové světlo se může odrážet.

- Nikdy nepracujte s ruční laserovou svářečkou, aniž byste se plně seznámili s bezpečnostními požadavky a postupy zdokumentovanými v příručce výrobce zařízení, která vyžaduje dodržování pokynů uvedených v normě Z136.1.

Podnikat ve výrobě znamená hledat nové způsoby, jak zůstat konkurenceschopný, a zlepšovat procesy. Svařování může být časově a energeticky náročné; bez správného vybavení se může stát dostupným pouze pro vysoce kvalifikované řemeslníky.

Ruční laserové svařování umožňuje rychlé svařování, snadno se učí a obsluhuje a poskytuje vysoce kvalitní a konzistentní výsledky v širším rozsahu materiálů a tlouštěk s minimálním zkreslením, deformací, podřezáním nebo propálením. Zajišťuje úplný průnik a minimalizuje vady svařování, jako jsou trhliny nebo neúplné natavení.

Zdroj: IPG Photonics