Лазерното заваряване съединява метални детайли чрез концентриран лазерен лъч, фокусиран върху съединението. Лъчът разтопява тясна зона от материала от двете страни на шева, разтопеният метал се слива и втвърдява и детайлите стават едно цяло. Тъй като енергията се подава в много малко петно, околният материал се нагрява значително по-малко, отколкото при електродъговото заваряване. Това означава по-малка деформация, по-тясна зона на термично влияние и по-чист шев, който често изисква минимално шлифоване или изобщо не се нуждае от него. Методът е особено подходящ за тънка ламарина, неръждаема стомана и прецизни подвъзли и дава най-постоянни резултати, когато заваръчната глава се води от робот.

По-долу обясняваме как работи процесът, как се сравнява с TIG и MIG, къде са границите му и как го използваме в собствената си роботизирана заваръчна клетка в Прага.

Как работи лазерното заваряване

Съвременната система за лазерно заваряване се състои от три части: лазерен източник, път за предаване на лъча и заваръчна глава.

Източникът. Днес в повечето промишлени приложения за лазерно заваряване се използва влакнест (фибер) лазер, при който лъчът се генерира в оптично влакно. Фибер лазерите са компактни, ефективни и дават лъч, който може да се фокусира много тясно.
Предаването. Лъчът преминава през гъвкав оптичен кабел до заваръчната глава. Именно това прави монтирането на главата върху ръката на робот практично.
Главата. Оптиката фокусира лъча върху съединението. Защитният газ предпазва заваръчната вана от атмосферата, а в зависимост от съединението в шева може да се подава добавъчна тел.

Два режима на заваряване

Лазерното заваряване работи в два основни режима:

Кондуктивен режим. При по-ниска плътност на мощността повърхността се разтопява, а топлината се разпространява в материала чрез топлопроводност. Резултатът е плитък, широк и много гладък шев — подходящ за видими съединения и тънък материал.
Режим на дълбоко проплавяне (keyhole). При по-висока плътност на мощността металът локално се изпарява и образува тесен канал — т.нар. keyhole, — през който лъчът прониква дълбоко в съединението. Резултатът е дълбок, тесен шев с малка зона на термично влияние.

Кой режим ще се използва, зависи от мощността, фокуса и скоростта на заваряване и се избира според конкретното съединение и материал.

Лазерно заваряване срещу TIG и MIG

Всеки процес има своето място. Сравнението по-долу е качествено — реалните стойности зависят от материала, дебелината, конструкцията на съединението и оборудването.

	Лазерно заваряване	TIG	MIG / MAG
Внасяне на топлина	Ниско, концентрирано	Умерено	По-високо
Деформация на тънка ламарина	Ниска	Умерена	По-висока
Вид на шева	Тесен, чист	Много чист, ако е изпълнен от опитен заварчик	По-широк, може да изисква довършване
Шлифоване след заваряване	Минимално	Умерено	Често е необходимо
Пръски и UV лъчение	Без UV от дъга, без пръски	UV от дъгата	UV и пръски
Изисквания към напасването	Високи (малка хлабина)	Умерени	Най-ниски, премоства хлабини
Разход на добавъчен материал	Нисък	Умерен	Висок
Подходящо за	Тънка ламарина, неръждаема стомана, прецизни подвъзли	Висококачествени ръчни шевове	По-дебели сечения, висока производителност на наваряване
Автоматизация	Много подходящо за роботи	Възможна	Широко разпространена

Къде лазерното заваряване печели

Тънка неръждаема ламарина. Ниското внасяне на топлина означава, че панелите остават равни, а шевът потъмнява по-малко. По-малко изправяне, по-малко шлифоване, по-малко преработка.
Видими шевове. Тесен, равномерен шев, който изисква минимално довършване.
Прецизни подвъзли. Когато детайлите идват от точна верига за обработка на ламарина, напасването е достатъчно добро, за да може лазерът да даде най-доброто от себе си — а възелът запазва размерите си след заваряването.
Повторяемост. При робот всеки шев следва една и съща траектория с една и съща скорост. Тази постоянност е важна за детайли, които дълго работят при циклично натоварване.

Къде не печели

Честната статия трябва да каже и кога лазерното заваряване е грешният избор:

Лошо напасване. Лъчът е тесен. Широки или неравномерни хлабини, които MIG заваряването премоства лесно, могат да бъдат проблем за лазера. Лазерното заваряване възнаграждава точните детайли и наказва неточните.
Дебели сечения и тежки заварени конструкции. При много дебели листове или работа с голямо наваряване дъговите процеси често са по-практични.
Силно отразяващи метали. Материали като алуминий и мед отразяват голяма част от лъча и изискват подходящи параметри и опит.
Цена на оборудването и безопасност. Лазерните системи струват повече от дъговите заваръчни апарати, а самият лазер е сериозна опасност, която трябва да се управлява съгласно правилата за лазерна безопасност. Липсата на UV лъчение от дъга и на пръски не прави лъча безвреден.

Колко здрав е лазерният шев?

Якостта зависи от конструкцията на съединението, дълбочината на проплавяне, материала и качеството на изпълнение — не само от името на процеса. Добре проектиран, напълно проплавен лазерен шев може да бъде пълноценно носещо конструктивно съединение; лошо напаснат — не. Затова не цитираме общи стойности за якост. Проектираме съединението за конкретния случай на натоварване и изграждаме заварени конструктивни подвъзли за над десет години циклично натоварване.

Защо главата трябва да се води от робот

Лазерът е прецизен, но само дотолкова, доколкото е прецизна траекторията, която следва. Затова лазерното ни заваряване е роботизирано.

В нашата клетка заваръчната глава на фибер лазера IPG LightWELD XR се носи от колаборативен робот FANUC CRX. Някои от нашите коботи CRX се движат по линейна релса като седма ос, така че един робот обхваща цяло работно пространство — включително дълги рамки и големи панели. Траекторията се води от 3D камера, а заваряването може да протича под надзор или автономно. Роботът поддържа точната траектория с точната скорост всеки път — оттам идват ниската деформация и повторяемостта.

Същите коботи правят повече от заваряване: автоматично сглобяват подвъзли и обслужват ЦПУ машината Mazak и други машини. Така заварена рамка може да премине през огъване, заваряване и механична обработка, без да напуска един и същ екип. Подробности ще намерите на страницата за технологията.

Лазерно почистване преди и след заваряването

Качеството на шева започва преди заваряването. Масла, оксиди и повърхностни филми в зоната на съединението могат да причинят порьозност и неравномерен шев. Нашият работен процес включва лазерно почистване на съединението преди заваряване и лазерно почистване на шева след него като част от един и същ процес — повърхността е подготвена, а резултатът е завършен, без детайлът да отива на друго работно място.

При неръждаемата стомана оцветяването от заваряване и повърхностните оксиди са постоянна тема. Един от нашите референтни проекти е ръчен електрохимичен пистолет за почистване, създаден точно за тази задача — ще го намерите на страницата с проекти.

Проектиране на детайл за лазерно заваряване — контролен списък

Планирайте точно напасване. Поддържайте хлабините малки и равномерни; точното огъване и щанцоване в предходните стъпки се отплащат именно тук.
Изберете типа съединение рано. Челните, припокриващите, ъгловите и краевите съединения се държат различно; кажете ни какво натоварване поема съединението.
Осигурете достъп за главата. Роботът се нуждае от пряка видимост и място за движение по шева.
Отбележете видимите шевове. Ако даден шев е естетически, кажете ни — това променя начина, по който го настройваме и довършваме.
Помислете за приспособленията. Самопозициониращи елементи като езичета и прорези улесняват позиционирането на възлите и намаляват работата по приспособленията.
Посочете материала и състоянието на повърхността. Неръждаема стомана, нисковъглеродна стомана, с покритие или без — всеки вариант изисква свои параметри.

Често задавани въпроси

За какво се използва лазерното заваряване?

Използва се широко навсякъде, където са нужни прецизни съединения с ниска деформация — възли от тънка ламарина, корпуси и рамки от неръждаема стомана, конструктивни подвъзли и детайли с видими шевове. Ние го използваме за рамки, панели и подвъзли на машините, които изграждаме.

По-здраво ли е лазерното заваряване от TIG или MIG?

Не по дефиниция. Якостта идва от конструкцията на съединението, проплавянето и изпълнението. Лазерният шев може да бъде напълно носещ; предимството му е ниската деформация и повторяемостта, а не етикетът „по-здрав“.

Нужна ли е добавъчна тел при лазерното заваряване?

Не винаги. Някои съединения се заваряват без добавъчен материал, при други се използва тел. Като цяло лазерното заваряване изразходва по-малко добавъчен материал от дъговото.

Може ли лазерното заваряване да се използва за тънка неръждаема стомана?

Да — това е едно от най-силните му приложения. Ниското внасяне на топлина запазва тънките панели равни и ограничава оцветяването.

Заварявате ли единични детайли или само серии?

И двете. Клетката ни е подготвена за единични бройки и малки серии, наред с останалите ни възможности.

Следваща стъпка

Ако имате заварен възел, който трябва да остане равен, да изглежда чисто и да носи натоварване години наред, изпратете ни модела и ни кажете какво трябва да прави. Ще разгледаме съединенията, напасването и последователността и ще Ви кажем дали лазерното заваряване е правилният процес — или не. Свържете се с нас.

Лазерно заваряване: как работи, колко е здрав шевът и кога главата трябва да се води от робот