Lasersko zavarivanje spaja metalne dijelove tako da se koncentrirana laserska zraka fokusira na spoj. Zraka tali usku zonu materijala s obje strane spoja, rastaljeni se metal stapa i skrućuje, a dijelovi postaju jedna cjelina. Budući da se energija dovodi u vrlo malu točku, okolni se materijal zagrijava znatno manje nego kod elektrolučnog zavarivanja — što znači manju deformaciju, užu zonu utjecaja topline i čišći zavar koji često zahtijeva malo brušenja ili ga uopće ne zahtijeva. Posebno je prikladno za tanki lim, nehrđajući čelik i precizne podsklopove, a najujednačenije rezultate daje kada glavu za zavarivanje vodi robot.

U nastavku objašnjavamo kako postupak funkcionira, kako se uspoređuje s TIG i MIG zavarivanjem, gdje su mu granice i kako ga koristimo u vlastitoj robotskoj ćeliji za zavarivanje u Pragu.

Kako funkcionira lasersko zavarivanje

Suvremeni sustav za lasersko zavarivanje ima tri dijela: laserski izvor, put prijenosa zrake i glavu za zavarivanje.

Izvor. Većina industrijskog laserskog zavarivanja danas se izvodi vlaknastim laserom, u kojem se zraka stvara unutar optičkog vlakna. Vlaknasti laseri kompaktni su i učinkoviti, a daju zraku koju je moguće vrlo usko fokusirati.
Prijenos. Zraka putuje savitljivim svjetlovodnim kabelom do glave za zavarivanje. Upravo je zbog toga glavu praktično montirati na robotsku ruku.
Glava. Optika fokusira zraku na spoj. Zaštitni plin štiti talinu od atmosfere, a ovisno o spoju u zavar se može dodavati dodatna žica.

Dva načina zavarivanja

Lasersko zavarivanje odvija se u dva osnovna režima:

Kondukcijski režim. Pri manjoj gustoći snage tali se površina, a toplina se u materijal širi vođenjem. Rezultat je plitak, širok i vrlo gladak zavar — dobar za vidljive spojeve i tanki materijal.
Režim ključanice (keyhole). Pri većoj gustoći snage metal lokalno isparava i stvara usku šupljinu, takozvanu ključanicu, kroz koju zraka prodire duboko u spoj. Rezultat je dubok, uzak zavar s malom zonom utjecaja topline.

Koji će se režim primijeniti, ovisi o snazi, fokusu i brzini zavarivanja, a bira se prema konkretnom spoju i materijalu.

Lasersko zavarivanje u usporedbi s TIG i MIG postupkom

Svaki postupak ima svoje mjesto. Usporedba u nastavku je kvalitativna — stvarne vrijednosti ovise o materijalu, debljini, konstrukciji spoja i opremi.

	Lasersko zavarivanje	TIG	MIG / MAG
Unos topline	Nizak, koncentriran	Umjeren	Viši
Deformacija tankog lima	Niska	Umjerena	Viša
Izgled zavara	Uzak, čist	Vrlo čist u rukama vještog zavarivača	Širi, može zahtijevati doradu
Brušenje nakon zavarivanja	Minimalno	Umjereno	Često potrebno
Prskanje i UV zračenje	Bez UV zračenja luka, bez prskanja	UV zračenje luka	UV zračenje i prskanje
Zahtjevi za nalijeganje spoja	Strogi	Blaži	Najblaži, premošćuje zazore
Potrošnja dodatnog materijala	Niska	Umjerena	Visoka
Prikladno za	Tanki lim, nehrđajući čelik, precizne podsklopove	Visokokvalitetne ručne zavare	Deblje presjeke, veliku količinu depozita
Automatizacija	Vrlo prikladno za robote	Moguća	Široko zastupljena

Gdje lasersko zavarivanje pobjeđuje

Tanki lim od nehrđajućeg čelika. Nizak unos topline znači da paneli ostaju ravni, a zavar manje mijenja boju. Manje ravnanja, manje brušenja, manje popravaka.
Vidljivi zavari. Uzak, ujednačen zavar kojemu je potrebna minimalna dorada.
Precizni podsklopovi. Kada dijelovi dolaze iz preciznog lanca obrade lima, nalijeganje je dovoljno dobro da laser pokaže sve što može — a sklop nakon zavarivanja zadržava dimenzije.
Ponovljivost. Na robotu svaki zavar prati istu putanju istom brzinom. Ta je dosljednost važna za dijelove koji dugo rade pod cikličkim opterećenjem.

Gdje nije pravi izbor

Pošten članak mora reći i kada je lasersko zavarivanje pogrešan izbor:

Loše nalijeganje. Zraka je uska. Široki ili neravnomjerni zazori, koje MIG zavarivač lako premosti, laseru mogu biti problem. Lasersko zavarivanje nagrađuje točne dijelove, a kažnjava nemarne.
Debeli presjeci i teške konstrukcije. Za vrlo debele ploče ili radove s velikom količinom depozita elektrolučni su postupci često praktičniji.
Metali visoke refleksije. Materijali poput aluminija i bakra reflektiraju velik dio zrake pa zahtijevaju odgovarajuće parametre i iskustvo.
Cijena opreme i sigurnost. Laserski sustavi skuplji su od uređaja za elektrolučno zavarivanje, a sam laser ozbiljna je opasnost kojom treba upravljati prema pravilima laserske sigurnosti. To što nema UV zračenja luka ni prskanja ne znači da je zraka bezopasna.

Koliko je čvrst laserski zavar?

Čvrstoća ovisi o konstrukciji spoja, penetraciji, materijalu i kvaliteti izvedbe — a ne samo o nazivu postupka. Dobro konstruiran, potpuno protaljen laserski zavar može biti potpuno nosivi konstrukcijski spoj; loše pripremljen spoj to neće biti. Zato ne navodimo općenite vrijednosti čvrstoće. Spoj konstruiramo za konkretan slučaj opterećenja i gradimo zavarene konstrukcijske podsklopove za deset i više godina cikličkog opterećenja.

Zašto glavu treba voditi robot

Laser je precizan, ali samo onoliko koliko je precizna putanja koju slijedi. Zato je naše lasersko zavarivanje robotizirano.

U našoj ćeliji glavu za zavarivanje s vlaknastim laserom IPG LightWELD XR nosi kolaborativni robot (kobot) FANUC CRX. Neki se naši CRX koboti kreću po linearnoj stazi kao sedmoj osi, tako da jedan robot pokriva cijeli radni prostor — uključujući duge okvire i velike panele. Putanju vodi 3D kamera, a zavarivanje se može odvijati nadzirano ili autonomno. Robot svaki put drži točnu putanju pri točnoj brzini — i upravo odatle potječu niska deformacija i ponovljivost.

Isti koboti ne samo da zavaruju: automatski sastavljaju podsklopove i poslužuju Mazak CNC i druge strojeve. Zavareni okvir tako može proći savijanje, zavarivanje i strojnu obradu, a da ne napusti isti tim. Pojedinosti su na stranici o tehnologiji.

Lasersko čišćenje prije i nakon zavarivanja

Kvaliteta zavara počinje prije samog zavarivanja. Ulja, oksidi i površinski slojevi na spoju mogu uzrokovati poroznost i neujednačen zavar. Naš tok rada uključuje lasersko čišćenje spoja prije zavarivanja i lasersko čišćenje zavara nakon njega kao dio istog postupka, pa je površina pripremljena, a rezultat dovršen bez zasebnog odlaska na drugo radno mjesto.

Kod nehrđajućeg čelika obojenja od zavarivanja i površinski oksidi tema su koja se stalno vraća. Jedan od naših referentnih projekata je ručni elektrokemijski pištolj za čišćenje razvijen upravo za taj posao — pronaći ćete ga na stranici s projektima.

Konstrukcija dijela za lasersko zavarivanje — kontrolni popis

Planirajte precizno nalijeganje. Zazori neka budu mali i ujednačeni; točno savijanje i probijanje u prethodnim koracima ovdje se isplaćuju.
Rano odaberite vrstu spoja. Sučeoni, preklopni, kutni i rubni spojevi ponašaju se različito; recite nam koje opterećenje spoj prenosi.
Ostavite pristup za glavu. Robot treba vidno polje i prostor za kretanje duž zavara.
Označite vidljive zavare. Ako je zavar estetski važan, navedite to — o tome ovisi kako ga postavljamo i dorađujemo.
Razmislite o stezanju. Samopozicionirajući elementi poput jezičaca i utora olakšavaju pozicioniranje sklopova i smanjuju rad na napravama.
Navedite materijal i stanje površine. Nehrđajući čelik, konstrukcijski čelik, s premazom ili bez njega — svaki zahtijeva vlastite parametre.

Česta pitanja

Za što se koristi lasersko zavarivanje?

Široko se koristi svugdje gdje su potrebni precizni spojevi s malom deformacijom — za sklopove od tankog lima, kućišta i okvire od nehrđajućeg čelika, konstrukcijske podsklopove i dijelove s vidljivim zavarima. Mi ga koristimo za okvire, panele i podsklopove strojeva koje gradimo.

Je li lasersko zavarivanje čvršće od TIG ili MIG zavarivanja?

Ne po definiciji. Čvrstoća proizlazi iz konstrukcije spoja, penetracije i izvedbe. Laserski zavar može biti potpuno nosiv; njegova je prednost mala deformacija i ponovljivost, a ne etiketa „čvršćeg“ postupka.

Treba li za lasersko zavarivanje dodatna žica?

Ne uvijek. Neki se spojevi zavaruju bez dodatnog materijala, a za druge se koristi žica. Lasersko zavarivanje općenito troši manje dodatnog materijala od elektrolučnog.

Može li se lasersko zavarivanje koristiti za tanki nehrđajući čelik?

Da — to je jedna od njegovih najjačih primjena. Nizak unos topline održava tanke panele ravnima i ograničava promjenu boje.

Zavarujete li pojedinačne dijelove ili samo serije?

Oboje. Naša je ćelija opremljena za pojedinačne komade i male serije, kao i ostatak naših mogućnosti.

Sljedeći korak

Ako imate zavareni sklop koji mora ostati ravan, izgledati čisto i godinama nositi opterećenje, pošaljite nam model i recite nam čemu služi. Pogledat ćemo spojeve, nalijeganje i redoslijed zavarivanja te vam reći je li lasersko zavarivanje pravi postupak — ili nije. Javite nam se.

Lasersko zavarivanje: kako funkcionira, koliko je zavar čvrst i kada glavu treba voditi robot