Laserové svařování spojuje kovové díly soustředěným laserovým paprskem namířeným do spoje. Paprsek roztaví úzkou oblast materiálu na obou stranách svaru, tavenina se spojí a ztuhne a z dílů je jeden celek. Protože se energie přivádí do velmi malého bodu, okolní materiál se zahřeje mnohem méně než u obloukového svařování. Výsledkem je menší deformace, užší tepelně ovlivněná oblast a čistší svar, který často nepotřebuje skoro žádné broušení. Hodí se zejména pro tenký plech, nerez a přesné podsestavy — a nejspolehlivější je tehdy, když svařovací hlavu vede robot.

Níže vysvětlujeme, jak proces funguje, jak si stojí proti metodám TIG a MIG, kde má své hranice a jak ho používáme v naší robotické svařovací buňce v Praze.

Jak laserové svařování funguje

Moderní laserová svářečka má tři části: zdroj, vedení paprsku a svařovací hlavu.

Zdroj. Většina průmyslového laserového svařování dnes používá vláknový laser, u něhož paprsek vzniká uvnitř optického vlákna. Vláknové lasery jsou kompaktní, účinné a jejich paprsek lze velmi přesně zaostřit.
Vedení. Paprsek putuje ohebným optickým kabelem až do svařovací hlavy. Právě díky tomu lze hlavu namontovat na rameno robota.
Hlava. Optika zaostří paprsek do spoje. Ochranný plyn chrání svarovou lázeň před okolní atmosférou a podle typu spoje se do svaru může přivádět přídavný drát.

Dva režimy svařování

Laserové svařování pracuje ve dvou základních režimech:

Kondukční režim. Při nižší hustotě výkonu se taví povrch a teplo se do materiálu šíří vedením. Vzniká mělký, širší a velmi hladký svar — vhodný pro pohledové spoje a tenký materiál.
Hlubokovarný režim (keyhole). Při vyšší hustotě výkonu se kov v místě dopadu odpaří a vytvoří úzkou dutinu, kterou paprsek pronikne hluboko do spoje. Vzniká hluboký, úzký svar s malou tepelně ovlivněnou oblastí.

O režimu rozhoduje výkon, zaostření a rychlost posuvu a volí se podle konkrétního spoje a materiálu.

Laserové svařování vs. TIG a MIG

Každá metoda má své místo. Srovnání níže je kvalitativní — skutečné hodnoty závisí na materiálu, tloušťce, konstrukci spoje a vybavení.

	Laserové svařování	TIG	MIG / MAG
Tepelný vnos	Nízký, soustředěný	Střední	Vyšší
Deformace tenkého plechu	Malá	Střední	Větší
Vzhled svaru	Úzký, čistý	Velmi čistý v rukou zkušeného svářeče	Širší, často k dočištění
Broušení po svaření	Minimální	Střední	Často nutné
Rozstřik a UV záření	Žádné UV z oblouku, žádný rozstřik	UV z oblouku	UV i rozstřik
Nároky na lícování spoje	Vysoké	Mírné	Nejnižší, přemostí mezery
Spotřeba přídavného materiálu	Nízká	Střední	Vysoká
Hodí se pro	Tenký plech, nerez, přesné podsestavy	Kvalitní ruční svary	Silnější průřezy, velký objem návaru
Automatizace	Pro roboty ideální	Možná	Běžně automatizované

Kde laser vítězí

Tenký nerezový plech. Nízký tepelný vnos znamená, že panely zůstanou rovné a svar se méně zabarví. Méně rovnání, méně broušení, méně předělávek.
Pohledové svary. Úzký, rovnoměrný svar s minimem dokončovací práce.
Přesné podsestavy. Pokud díly pocházejí z přesného plechového řetězce, je lícování dost dobré na to, aby laser ukázal, co umí — a sestava si po svaření udrží rozměry.
Opakovatelnost. Na robotu jde každý svar stejnou drahou stejnou rychlostí. Na tom záleží u dílů, které mají dlouho snášet cyklické zatížení.

Kde ne — nevýhody laserového svařování

Poctivý článek musí říct i to, kdy je laser špatná volba:

Špatné lícování. Paprsek je úzký. Široké nebo nerovnoměrné mezery, které svářeč s MIG snadno přemostí, mohou být pro laser problém. Laserové svařování odměňuje přesné díly a trestá nepřesné.
Silné průřezy a těžké konstrukce. U velmi silných plechů nebo tam, kde je potřeba velký objem návaru, bývají obloukové metody praktičtější.
Vysoce odrazivé kovy. Hliník nebo měď odrážejí velkou část paprsku a vyžadují vhodné parametry a zkušenosti.
Pořizovací cena a bezpečnost. Laserové systémy jsou dražší než obloukové svářečky a samotný laser je vážné riziko, které je nutné řídit podle pravidel laserové bezpečnosti. To, že chybí UV záření z oblouku a rozstřik, ještě neznamená, že je paprsek neškodný.

Jak pevný je laserový svar?

Pevnost závisí na konstrukci spoje, průvaru, materiálu a kvalitě provedení — ne na samotném názvu metody. Dobře navržený a plně provařený laserový svar může být plnohodnotným nosným spojem; špatně slícovaný nebude. Obecná čísla pevnosti proto neuvádíme. Spoj navrhujeme pro konkrétní zatěžovací stav a svařované nosné podsestavy stavíme na deset a více let cyklického zatížení.

Proč má hořák držet robot

Laser je přesný, ale jen tak přesný, jak přesná je dráha, po které jde. Proto u nás svařuje robot.

V naší buňce nese svařovací hlavu s vláknovým laserem IPG LightWELD XR kolaborativní robot FANUC CRX. Některé naše koboty CRX jezdí po sedmé ose — lineární dráze — takže jeden robot pokryje celý pracovní prostor, včetně dlouhých rámů a velkých panelů. Dráhu navádí 3D kamera a svařovat lze pod dohledem obsluhy i autonomně. Robot drží přesnou dráhu přesnou rychlostí pokaždé — a právě z toho plyne malá deformace i opakovatelnost.

Tytéž koboty ale nejen svařují: automaticky montují podsestavy a obsluhují CNC Mazak i další stroje. Svařovaný rám tak projde ohýbáním, svařováním i obráběním, aniž by opustil ruce jednoho týmu. Podrobnosti najdete na stránce technologií.

Laserové čištění před svarem a po něm

Kvalita svaru začíná ještě před svařováním. Oleje, oxidy a povrchové vrstvy ve spoji mohou způsobit pórovitost a nerovnoměrný svar. Součástí našeho postupu je proto laserové předčištění spoje a laserové dočištění svaru v rámci téhož procesu — povrch je připravený a výsledek dokončený bez přesunu na další pracoviště.

U nerezi je zabarvení svaru a povrchová oxidace stálým tématem. Jedním z našich referenčních projektů je ruční elektrochemická čisticí pistole navržená přesně pro tuto práci — najdete ji mezi našimi realizacemi.

Konstrukce dílu pro laserové svařování — kontrolní seznam

Počítejte s přesným lícováním. Držte mezery malé a rovnoměrné; přesné ohýbání a děrování se tady vrátí.
Zvolte typ spoje včas. Tupý, přeplátovaný, koutový a lemový spoj se chovají různě; řekněte nám, jaké zatížení spoj nese.
Nechte prostor pro hlavu. Robot potřebuje na svar vidět a mít kolem něj místo k pohybu.
Vyznačte pohledové svary. Pokud je svar pohledový, napište to — mění to nastavení i dokončení.
Myslete na upínání. Samostředicí prvky, například jazýčky a drážky, usnadní polohování sestavy a ušetří práci s přípravky.
Uveďte materiál a stav povrchu. Nerez, konstrukční ocel, s povlakem nebo bez — každý vyžaduje vlastní parametry.

Časté otázky

K čemu se laserové svařování používá?

Všude, kde jsou potřeba přesné spoje s malou deformací — sestavy z tenkého plechu, nerezové kryty a rámy, nosné podsestavy a díly s pohledovými svary. My jím svařujeme rámy, panely a podsestavy strojů, které stavíme.

Je laserový svar pevnější než TIG nebo MIG?

Z definice ne. Pevnost dává konstrukce spoje, průvar a provedení. Laserový svar může být plně nosný; jeho výhodou je malá deformace a opakovatelnost, ne nálepka „pevnější“.

Potřebuje laserové svařování přídavný drát?

Ne vždy. Některé spoje se svařují bez přídavného materiálu, jiné s drátem. Obecně laserové svařování spotřebuje méně přídavného materiálu než obloukové.

Lze laserem svařovat tenkou nerez?

Ano — je to jedno z jeho nejsilnějších použití. Nízký tepelný vnos udrží tenké panely rovné a omezí zabarvení.

Svařujete jednotlivé kusy, nebo jen série?

Obojí. Naše buňka je připravená na kusovou výrobu i malé série, stejně jako zbytek našich schopností.

Další krok

Máte svařovanou sestavu, která musí zůstat rovná, vypadat čistě a roky nést zatížení? Pošlete nám model a napište, co má dělat. Podíváme se na spoje, lícování a postup a řekneme vám, zda je laserové svařování ta správná metoda — nebo ne. Napište nám.

Laserové svařování: jak funguje, jak pevný je svar a kdy má hořák držet robot