Nové metody svařování: LASERHYBRID

Přestože se svařování zdá být probádanou oblastí kde už toho moc vymyslet nelze, stále dochází k hledání a vývoji nových metod svařování. Pokrok ve svařování tedy stále postupuje, a to velmi rychle. Potřeba spojování mnohdy i velmi různorodých materiálů s sebou nese vznik nových i modifikaci tradičních metod svařování a pájení. Požadavky na vysokou produktivitu svařování či pájení a zároveň na vysokou jakost spojů vyvolávají navíc snahu o omezování vlivu lidského faktoru. Některé z perspektivních nových metod svařování vám na Svarinfu představíme.

Omezení vlivu lidského faktoru, tedy člověka, na výsledný svarový spoj je při požadavku na maximální výkon a jakost nezbytné. Svařovací robot nemá nikdy kocovinu po večerním posezení s přáteli, nemá špatnou náladu po nedorozumění se ženou či přítelkyní, nechodí kouřit, k lékaři, ani na WC a už vůbec nepožaduje příplatky za přesčas. Při některých výrobách nahradí jeden robot až 6 ručních svářečů na směně.

Možnost mechanizovaného a hlavně robotizovaného svařování umožňuje realizaci takových metod svařování, které jsou pro ručního svářeče dlouhodobě obtížně proveditelné, nebo i nemožné. Proto jsou vyvíjeny i speciální nové metody svařování určené pouze robotům. Jednou z nich je i dále popsaná metoda Laserhybrid.

Laser + MSG = Laserhybrid

Jak název napovídá, jedná se o jakési hybridní spojení metody svařování laserovým paprskem a klasického svařování MIG/MAG v ochranné atmosféře. Svařování MIG/MAG se také souhrnně nazývá jako svařování MSG (metal shielding gas = svařování kovů v ochranném plynu) a právě zkratka MSG bude používána v dalším textu.

Laserhybrid je poměrně nová metoda svařování a pájení a má velice racionální základ. Využívá totiž velice hlubokého, dobře regulovatelného závaru laserového paprsku s relativně velkým objemem odtaveného materiálu při svařování a pájení metodou MSG. Klasické laserové svařování sice zajistí velmi vysokou svařovací rychlost, avšak v důsledku malého průměru ohniska vykazuje nízkou překlenutelnost mezer. U svařování MSG je naopak překlenutelnost mezer velmi dobrá, ale MSG nedosahuje potřebné rychlosti. Obě metody a jejich výhody spojuje Laserhybrid. V podstatě jde o to, že laserový paprsek jakoby "jede" těsně před hořákem MSG a natavuje materiál. Následně dochází k přísunu přídavného materiálu a vlastního svařování klasickou metodou MSG:

Princip metody LASERHYBRID.

Porovnání příčných řezů svarů při uvedených parametrech ukazuje na velmi zajímavé vlastnosti a tvary vznikajícího závaru při svárech na tupo. Proláklý povrch sváru při laseru a masivní svár při metodě MSG (MIG) vytvoří při společném působení jako Laserhybrid velice pohledný svár s minimálním převýšením s výrazně sníženým množstvím vneseného tepla do základního materiálu. Další výhodou je významné zvýšení rychlosti svařování.

Porovnání závarů.

Svařovací hlava pro Lasehybrid je zpravidla nesena svařovacím robotem. Do svařovací hlavy je přiveden laserový paprsek buď soustavou zrcadel, nebo optickým kabelem. MSG hořák je synchronizovaně napájen ze samostatného svařovacího zdroje MIG/MAG. Na následujícím obrázku je ukázka Laserhybrid svařovací hlavy firmy Fronius, se kterou bylo dosaženo rychlosti svařování až 9 metrů svaru za minutu! Premiéru si tato svařovací hlava odbyla na světové svářečské výstavě v německém Essenu v roce 2001.

Svařovací hlava.

Soustava laserového paprsku a MSG systému musí dodržovat poměrně přesnou geometrii působení tepelných zdrojů tak, aby vnesené teplo bylo minimalizované. Pokud se ohniska příliš vzdálí narůstá vnesené teplo, pokud se příliš přiblíží dochází k nekontrolovatelnému přehřívání svarové lázně, tvorbě pórů a vzniku nestabilních materiálových struktur ve sváru i v přechodovém pásmu. Geometrie je dána konstrukcí svařovací hlavy.

Geometrie paprsku, vzdálenost ohnisek laseru a MSG.

Řez koutovým svárem na přeplátovaném materiálu Al tl. 30 a 8 mm velmi dobře dokumentuje jak lze při správném seřízení dokonale spojit i velmi masivní materiály pouhým jednovrstvým svárem. Oblouk MSG je navíc ještě možné měnit např. na pulzní nebo třeba CMT. Pomocí metody Laserhybrid lze svařovat hliník, ocel, pozinkovanou ocel a ušlechtilé oceli.

Makrovýbrus přeplátovanéhop spoje Al.

Sestavil: Ing. Jiří Tichý, EWE