Wiedza

Spawanie laserowe nie jest technologią nową, ale w Polsce jest jeszcze mało znaną. A szkoda, bo daje wiele możliwości, względem tradycyjnego spawania. Staje się ono coraz popularniejsze w niektórych gałęziach przemysłu oraz pojawia się w coraz to większej ilości zakładów produkcyjnych. Dzieje się tak, gdyż jest precyzyjne i umożliwia łączenie ze sobą skomplikowanych połączeń nawet materiałów, które są uważane za trudnospawalne.  Ponieważ zamierzamy do naszej oferty wprowadzić także spawanie laserowe, chcielibyśmy przybliżyć nieco tą technologię spawania.

Na czym polega spawanie laserowe?

Jest to technologia łączenia ze sobą metali przy pomocy lasera lub mówiąc dokładniej, to stapianie obszaru styku ciepłem dostarczonym przez wiązkę promieni laserowych o dużej gęstości mocy. Materiał, który został roztopiony w wyniku tego działania, jest chroniony przez niskociśnieniowy gaz osłonowy. Efektem jest precyzyjna spoina, powstała najczęściej bez użycia spoiwa (wyjątkiem jest spawanie hybrydowe).

Korzyści spawania laserowego

Ponieważ przy tej technologii spawania wykorzystywana jest niska energia liniowa i wąska, głęboka penetracja, efektem jest wąska, estetyczna spoina, charakteryzująca się wysoką wytrzymałością.

„Energia liniowa jest kluczową wielkością w procesie spawania, a ilość wprowadzonego ciepła istotnie wpływa na następujące własności złącza spawanego [1, 4]:

• Podatność na pękanie zimne i gorące,
• wielkość ziarna,
• struktura strefy wpływu ciepła,
• udarność,
• wytrzymałość na rozciąganie,
• twardość,
• odkształcenie złącza,
• geometria spoiny,
• głębokość wtopienia.”[1]

Jest to ważna kwestia, która może wpłynąć na powstawanie wad spawalniczych.  W przypadku łączenia ze sobą grubych i cienkich elementów, spawanie laserowe jest najlepszą metodą na to, by wyeliminować ryzyko powstania odkształceń termicznych.
Ponieważ doprowadzenie ciepła w spawaniu laserowym jest minimalny, powstałe odkształcenia są na tyle małe, że spawany element nie musi być potem prostowany. Zmniejsza się także ryzyko utraty właściwości mechanicznych materiału (twardość, wytrzymałość).

Idąc dalej tym tropem strefa wpływu ciepła (SWC) przy spawaniu laserowym jest mniejsza, niż przy tradycyjnym spawaniu, w związku z tym szybkość chłodzenia materiału spawanego jest większa. W połączeniu z brakiem konieczności stosowania spoiwa, czyni ze spawania laserowego metodę bardzo ekonomiczną.

W przypadku spawania ręcznego prędkość spawania mieści się zwykle w przedziale od 0,25 do 1,3 m/min. W przypadku spawalnia laserowego może ona wynosić nawet 12,9 m/min. Oznacza to, że spawanie laserowe jest szybsze od tradycyjnego spawania ręcznego niemal dziesięciokrotnie. Wszystko to sprawia, że spawanie laserowe jest znacznie efektywniejsze.

Technologia spawania laserowego cały czas się rozwija. Na rynku dostępne są urządzenia wyposażone w filtry, które mają za zadanie automatycznie usuwać pyły i opary powstałe, podczas spawania. Jest to rozwiązanie ekologiczne oraz ma wpływ na bezpieczeństwo pracy spawacza.

Spawanie laserowe – zastosowanie

Na rynku dostępne są zarówno rozwiązania mobilne, stacjonarne oraz kompaktowe. W tym pierwszym przypadku nie jest konieczny transport obrabianego materiału do stanowiska spawalniczego. Z tego powodu urządzenia do spawania laserowego mogą być wykorzystywane chociażby przy konstrukcjach stalowych.

Ponieważ spawanie laserowe jest precyzyjniejsze, szybsze i umożliwia osiągnięcie dużo większej powtarzalności wytwarzanych elementów, sprawdzi się w przemyśle motoryzacyjnym czy elektronicznym. Przydaje się to też w gałęziach przemysłu, gdzie ważne jest dokładne łączenie nawet najmniejszych elementów. Przykładem będzie przemysł medyczny.

Sama estetyka spoiny laserowej może być istotna wszędzie tam, gdzie wygląd spoiny ma znaczenie dla efektu końcowego. Sprawdzi się też w przypadku pracy z delikatną powierzchnią. Przykładem na to może być wytwarzanie wyrobów luksusowych takich, jak biżuteria.

Spawanie hybrydowe natomiast, jest coraz chętniej wykorzystywane w przemyśle stoczniowym i kolejnictwie.

Spawanie laserowe a aluminium

Aluminium jest drugim w kolejności stopem wykorzystywanym na świecie. Jego charakterystycznym elementem jest duża wytrzymałość, przy stosunkowo niskiej masie oraz właściwości antykorozyjne.  Ma szerokie zastosowanie w wielu branżach.

Niestety jest także stopem, który jest dużo trudniejszy do spawania, niż zwykła stal czarna. Dzieje się tak ze względu na powstawanie tlenku aluminium, który jest twardy i ma wysoką temperaturę topnienia. Ma też większy ciężar właściwy, niż ciekły metal. To jeszcze nie koniec kłopotów, ponieważ aluminium ma dużą przewodność cieplną. Oznacza to, że metal trudno jest nagrzać do temperatury topnienia a łatwo jest schłodzić. Powstałe w ten sposób naprężenia łatwo mogą doprowadzić do zniszczenia spoiny.

[1] https://www.tuv-thuringen.pl/energia-liniowa-spawania/ za: Kensik R.: „Ocena energii liniowej w procesach MIG/MAG”. Przegląd Spawalnictwa, 9-10/2006  i Makles, K.: „Ocena ciepła wprowadzonego do złącza spawanego nowoczesnych odmianach procesu MIG/MAG”. Materiały konferencyjne. Sympozjum katedr i zakładów spawalnictwa pt.: „Nowoczesne zastosowania technologii spawalniczych”.