Spawanie laserowe łączy metalowe części, skupiając na złączu skoncentrowaną wiązkę lasera. Wiązka topi wąską strefę materiału po obu stronach styku, stopiony metal łączy się i krzepnie, a części stają się jedną całością. Ponieważ energia trafia w bardzo mały punkt, otaczający materiał nagrzewa się znacznie mniej niż przy spawaniu łukowym — co oznacza mniejsze odkształcenia, węższą strefę wpływu ciepła i czystszą spoinę, która często wymaga niewielkiego szlifowania albo nie wymaga go wcale. Metoda szczególnie dobrze sprawdza się przy cienkich blachach, stali nierdzewnej i precyzyjnych podzespołach, a najbardziej powtarzalne wyniki daje wtedy, gdy głowicę spawalniczą prowadzi robot.

Poniżej wyjaśniamy, jak działa ten proces, jak wypada w porównaniu z TIG i MIG, gdzie są jego granice i jak wykorzystujemy go w naszym zrobotyzowanym gnieździe spawalniczym w Pradze.

Jak działa spawanie laserowe

Nowoczesny system do spawania laserowego składa się z trzech części: źródła lasera, toru przesyłu wiązki i głowicy spawalniczej.

Źródło. Większość przemysłowego spawania laserowego wykorzystuje dziś laser światłowodowy, w którym wiązka powstaje wewnątrz włókna optycznego. Lasery światłowodowe są kompaktowe, wydajne i dają wiązkę, którą można bardzo precyzyjnie zogniskować.
Przesył. Wiązka biegnie elastycznym kablem światłowodowym do głowicy spawalniczej. Właśnie dzięki temu głowicę można w praktyce zamontować na ramieniu robota.
Głowica. Optyka ogniskuje wiązkę na złączu. Gaz osłonowy chroni jeziorko spawalnicze przed atmosferą, a w zależności od rodzaju złącza do spoiny można podawać drut dodatkowy.

Dwa tryby spawania

Spawanie laserowe odbywa się w dwóch zasadniczych trybach:

Tryb przewodzenia ciepła (kondukcyjny). Przy mniejszej gęstości mocy topi się powierzchnia, a ciepło rozchodzi się w materiale przez przewodzenie. Efektem jest płytka, szeroka i bardzo gładka spoina — dobra do złączy widocznych i cienkiego materiału.
Tryb głębokiego wtopienia (keyhole). Przy większej gęstości mocy metal miejscowo odparowuje i tworzy wąski kanał, tzw. oczko (keyhole), który pozwala wiązce wniknąć głęboko w złącze. Efektem jest głęboka, wąska spoina z małą strefą wpływu ciepła.

O wyborze trybu decydują moc, ogniskowanie i prędkość spawania; dobiera się go do konkretnego złącza i materiału.

Spawanie laserowe a TIG i MIG

Każdy proces ma swoje miejsce. Poniższe porównanie jest jakościowe — rzeczywiste wartości zależą od materiału, grubości, konstrukcji złącza i wyposażenia.

	Spawanie laserowe	TIG	MIG / MAG
Ilość wprowadzanego ciepła	Niska, skoncentrowana	Umiarkowana	Wyższa
Odkształcenie cienkiej blachy	Niskie	Umiarkowane	Wyższe
Wygląd spoiny	Wąska, czysta	Bardzo czysta w rękach wprawnego spawacza	Szersza, może wymagać obróbki
Szlifowanie po spawaniu	Minimalne	Umiarkowane	Często konieczne
Rozprysk i UV	Bez promieniowania UV łuku, bez rozprysku	Promieniowanie UV łuku	Promieniowanie UV i rozprysk
Wymagania co do spasowania złącza	Wysokie	Umiarkowane	Najniższe, mostkuje szczeliny
Zużycie materiału dodatkowego	Niskie	Umiarkowane	Wysokie
Zastosowanie	Cienka blacha, stal nierdzewna, precyzyjne podzespoły	Wysokiej jakości spoiny ręczne	Grubsze przekroje, duża wydajność stapiania
Automatyzacja	Bardzo dobrze nadaje się do robotów	Możliwa	Powszechnie stosowana

Gdzie spawanie laserowe wygrywa

Cienka blacha nierdzewna. Niska ilość wprowadzanego ciepła sprawia, że panele pozostają płaskie, a spoina mniej się przebarwia. Mniej prostowania, mniej szlifowania, mniej poprawek.
Widoczne spoiny. Wąska, równa spoina, która wymaga minimalnego wykończenia.
Precyzyjne podzespoły. Gdy części pochodzą z dokładnego łańcucha obróbki blach, spasowanie jest na tyle dobre, że laser może w pełni pokazać swoje możliwości — a zespół po spawaniu zachowuje wymiary.
Powtarzalność. Na robocie każda spoina przebiega po tym samym torze z tą samą prędkością. Ta powtarzalność ma znaczenie dla części, które przez długi czas pracują pod obciążeniem cyklicznym.

Gdzie się nie sprawdza

Rzetelny artykuł musi też powiedzieć, kiedy spawanie laserowe jest złym wyborem:

Słabe spasowanie. Wiązka jest wąska. Szerokie lub nierówne szczeliny, które spawacz MIG z łatwością zmostkuje, mogą być dla lasera problemem. Spawanie laserowe nagradza dokładne części, a karze niedbałe.
Grube przekroje i ciężkie konstrukcje. Przy bardzo grubych blachach lub pracach wymagających dużej ilości stopiwa praktyczniejsze bywają procesy łukowe.
Metale silnie odbijające światło. Materiały takie jak aluminium i miedź odbijają znaczną część wiązki i wymagają odpowiednich parametrów oraz doświadczenia.
Koszt wyposażenia i bezpieczeństwo. Systemy laserowe kosztują więcej niż spawarki łukowe, a sam laser stanowi poważne zagrożenie, które trzeba kontrolować zgodnie z zasadami bezpieczeństwa laserowego. Brak promieniowania UV łuku i rozprysku nie czyni wiązki nieszkodliwą.

Jak wytrzymała jest spoina laserowa?

Wytrzymałość zależy od konstrukcji złącza, głębokości wtopienia, materiału i jakości wykonania — a nie od samej nazwy procesu. Dobrze zaprojektowana, w pełni przetopiona spoina laserowa może być w pełni nośnym połączeniem konstrukcyjnym; źle spasowana — nie. Dlatego nie podajemy ogólnych wartości wytrzymałości. Projektujemy złącze pod konkretny przypadek obciążenia i budujemy spawane podzespoły konstrukcyjne na dziesięć i więcej lat obciążeń cyklicznych.

Dlaczego głowicę powinien prowadzić robot

Laser jest precyzyjny, ale tylko na tyle, na ile precyzyjny jest tor, po którym się porusza. Dlatego nasze spawanie laserowe jest zrobotyzowane.

W naszym gnieździe głowicę spawalniczą z laserem światłowodowym IPG LightWELD XR prowadzi robot współpracujący (cobot) FANUC CRX. Część naszych cobotów CRX porusza się po torze liniowym stanowiącym siódmą oś, dzięki czemu jeden robot obejmuje całą przestrzeń roboczą — łącznie z długimi ramami i dużymi panelami. Tor spawania wyznacza kamera 3D, a spawanie może przebiegać pod nadzorem lub autonomicznie. Robot za każdym razem utrzymuje dokładny tor z dokładną prędkością — i stąd biorą się niskie odkształcenia i powtarzalność.

Te same coboty nie tylko spawają: automatycznie montują podzespoły i obsługują CNC Mazak oraz inne maszyny. Spawana rama może więc przejść przez gięcie, spawanie i obróbkę skrawaniem, nie opuszczając tego samego zespołu. Szczegóły znajdą Państwo na stronie technologii.

Czyszczenie laserowe przed spawaniem i po nim

Jakość spoiny zaczyna się przed spawaniem. Oleje, tlenki i warstwy powierzchniowe na złączu mogą powodować porowatość i nierówną spoinę. Nasz proces obejmuje laserowe czyszczenie złącza przed spawaniem i laserowe czyszczenie spoiny po spawaniu w ramach tego samego cyklu, więc powierzchnia jest przygotowana, a spoina wykończona bez przenoszenia części na inne stanowisko.

Przy stali nierdzewnej przebarwienia pospawalnicze i tlenki powierzchniowe to temat, który stale powraca. Jednym z naszych projektów referencyjnych jest ręczny elektrochemiczny pistolet czyszczący, zaprojektowany właśnie do tego zadania — znajdą go Państwo na stronie realizacji.

Projektowanie części do spawania laserowego — lista kontrolna

Dokładne spasowanie. Szczeliny powinny być małe i równomierne; tu procentuje dokładne gięcie i wykrawanie na wcześniejszych etapach.
Wczesny wybór typu złącza. Złącza doczołowe, zakładkowe, pachwinowe i brzegowe zachowują się różnie; prosimy podać, jakie obciążenie przenosi złącze.
Dostęp dla głowicy. Robot potrzebuje widoczności i miejsca na ruch wzdłuż spoiny.
Oznaczenie widocznych spoin. Jeśli spoina ma znaczenie estetyczne, prosimy to zaznaczyć — zmienia to sposób jej ustawienia i wykończenia.
Przemyślane mocowanie. Elementy samopozycjonujące, takie jak wypusty i wycięcia, ułatwiają ustawienie zespołów i ograniczają pracę przy przyrządach.
Materiał i stan powierzchni. Stal nierdzewna, stal konstrukcyjna, materiał powlekany czy surowy — każdy wymaga własnych parametrów.

Najczęstsze pytania

Do czego stosuje się spawanie laserowe?

Stosuje się je wszędzie tam, gdzie potrzebne są precyzyjne połączenia o niskich odkształceniach — w zespołach z cienkiej blachy, nierdzewnych obudowach i ramach, podzespołach konstrukcyjnych oraz częściach z widocznymi spoinami. My używamy go do ram, paneli i podzespołów budowanych przez nas maszyn.

Czy spawanie laserowe jest mocniejsze niż TIG lub MIG?

Nie z definicji. Wytrzymałość wynika z konstrukcji złącza, głębokości wtopienia i jakości wykonania. Spoina laserowa może być w pełni nośna; jej przewagą są niskie odkształcenia i powtarzalność, a nie „mocniejsza” etykieta.

Czy spawanie laserowe wymaga drutu dodatkowego?

Nie zawsze. Niektóre złącza spawa się bez materiału dodatkowego, w innych stosuje się drut. Spawanie laserowe zużywa zazwyczaj mniej materiału dodatkowego niż spawanie łukowe.

Czy spawanie laserowe nadaje się do cienkiej stali nierdzewnej?

Tak — to jedno z jego najmocniejszych zastosowań. Niska ilość wprowadzanego ciepła pozwala utrzymać płaskość cienkich paneli i ogranicza przebarwienia.

Czy spawają Państwo pojedyncze części, czy tylko serie?

Jedno i drugie. Nasze gniazdo jest przygotowane na pojedyncze sztuki i małe serie, podobnie jak pozostałe nasze możliwości.

Następny krok

Jeśli mają Państwo spawany zespół, który musi pozostać płaski, wyglądać czysto i latami przenosić obciążenia, prosimy przesłać nam model i opisać, do czego służy. Przyjrzymy się złączom, spasowaniu i kolejności spawania i powiemy, czy spawanie laserowe jest właściwym procesem — czy nie. Prosimy o kontakt.

Spawanie laserowe: jak działa, jak wytrzymała jest spoina i kiedy głowicę powinien prowadzić robot