Svařování LaserHybrid

LaserHybrid je vysoce výkonný svařovací postup, který v sobě spojuje výhody svařování MIG/MAG a laserového svařování.

Výzvou svého druhu je pro svařovací techniku vysoká svařovací rychlost, hloubka závaru a dobrá přemostitelnost spáry. Pokud se přitom mají splnit v nejvyšší míře očekávání týkající se výsledku svařovací operace a pokrýt velký rozsah materiálů a síly plechů, vyžaduje to značnou koncentraci techniky a Know-how. Zejména pro hliník jsou zde vyjmenované požadavky úkolem pro spojovací techniku, která současně slučuje nejlepší vlastnosti více svařovacích postupů.

Princip

Reálně se podařilo spojit do jednoho svazku přednosti plně digitalizovaného svařovacího procesu MIG/MAG s vlastnostmi laserového svařování. Tento pracovní postup nazývaný LaserHybrid přesvědčuje jednak dobrou přemostitelností a jednoduchostí přípravy svaru příznačnou pro MIG/MAG proces a jednak disponuje přednostmi laserového svařování, jako jsou koncentrovaný přísun tepla, velká hloubka závaru a vysoká rychlost. Jakmile se laserový paprsek dotkne povrchu obrobku, zahřeje příslušnou oblast na vypařovací teplotu. Výsledkem je daleko dosahující sloupec par s požadovaným efektem úzkého a hlubokého závaru. U procesu LaserHybrid se potřeba drahé laserové energie omezuje téměř výhradně na tento tak zvaný hlubokozávarový efekt, který dovoluje spojovat i silné plechy. Zbývající část energetické potřeby kryje cenově příznivější MIG/MAG proces, který se svojí odtavující se elektrodou umožňuje dosáhnout lepší přemostitelnosti svarové spáry. Jelikož oba tyto dílčí pracovní postupy soustřeďují svoji energii na jednu procesní zónu, zvětšuje se, oproti použití jen jednoho postupu, velmi značně hloubka závaru i rychlost.

Přístrojová technika

Jádrem svařovacího systému LaserHybrid je kompaktní hlava LaserHybrid s integrovaným svařovacím hořákem MIG/MAG a vestavěnou laserovou optikou. Napojení této hlavy na běžný průmyslový robot je zajištěné prostřednictvím robotového uchycení. Toto uchycení umožňuje flexibilní uspořádání hlavy LaserHybrid tak, aby se dostala i do obtížně dostupných míst svařovaného dílu. Svařovací drát je možno nastavit do jakéhokoliv směru vůči laserovému paprsku s efektem přesného přizpůsobení spojovacího procesu v závislosti na typu přípravy svaru, výkonu, druhu a složení drátu a účelu spoje.

Aby bylo možno chránit laserovou optiku před poškozením vyžadují případně vzniklé rozstřiky instalaci odrazného ochranného skla. Aby zůstalo samotné ochranné sklo nepoškozené, čisté a průchodné pro laser, je hlava LaserHybrid vybavená tak zvanou CrossJet jednotkou. Proud vzduchu zde odvádí při nadzvukové rychlosti svarové odstřiky mimořádně efektivně do odsávacího kanálu. Také proud vzduchu je předtím, než se dostane do oblasti svaru, odsáván, aby nenarušoval působení ochranného plynu. Mimoto zůstává pracovní komora bez nečistot a svarového kouře. Integrovaný svařovací hořák MIG/MAG je vybavený dvouokruhovým chladicím systémem a odebírá svařovací proud z plně digitalizovaného invertorového svařovacího zdroje, který rovněž řídí příslušný podavač drátu. U výkonu laseru je v současné době standardem 4000 W, přičemž se brzy objeví aplikace s výkonem 6000 W.

Aplikace a přednosti

Svařování LaserHybrid se ideálně hodí pro aplikace ve spojení s průmyslovými roboty, protože potenciál tohoto vysokovýkonového svařování se dá využít pouze při automatizovaných aplikacích a flexibilitu této kompaktní svařovací hlavy může využít jen robot. Přes vysokou cenu laseru se tento postup ukazuje jako mimořádně konkurenceschopný. Bylo provedeno porovnání hospodárnosti procesu LaserHybrid se svařováním MIG/MAG při spojování plechů síly 2 mm. Proces LaserHybrid při něm dosáhnul šestinásobku rychlosti procesu MIG/MAG a spokojil se ve stejné době s třetinovým průtokem plynu. Vztaženo na délku svaru se tedy spotřeba plynu omezuje dokonce na osmnáctinu. Nízká potřeba tepla se strany MIG/MAG procesu také znamená, že se odtavuje menší množství drátu. Převýšení svaru výrazně mizí a vzniká žádaný tvar svaru se značně nižším vyklenutím. Zejména u koutových svarů se dociluje v důsledku hlubšího závaru vyšší pevnosti, než na příklad při laserovém svařování bez přídavného MIG/MAG procesu. Alternativně je možno tímto způsobem snížit objem svarového spoje. Oba tyto efekty, tj. nižší vyklenutí a optimalizovaný závar mohou kromě toho přispět k výraznému snížení spotřeby drátu. Při zakalkulování všech uvedených faktorů vycházejí náklady na metr svaru u svařování LaserHybrid na 1,2 Euro a  v případě svařování MIG/MAG na 1,8 Euro.

Pokud se ukazuje jako hospodárnější provádět svary s mnohem větším přemostěním výhradně postupem MIG/MAG, pak naopak se při menších přemostěních naplno uplatní bonus vyšší rychlosti a produktivity získaný asistencí laserového postupu. Velké ekonomické přednosti procesu LaserHybrid se projevují při přemosťování spár v rozmezí 0,3 až 0,5 mm. V této oblasti se zvyšuje svařovací výkon oproti čistému svařování MIG/MAG až o čtyřnásobek, na 6 metrů za minutu. Změnou poměru laseru a MIG/MAG složky je možno přizpůsobit tento proces různorodým požadavkům. Tak je například účelné, při velkém podílu širších přemostění ve spoji, laser přechodně vypnout.

LaserHybrid je zajímavý zejména pro ty obory, kde se investiční náklady v důsledku vysokého počtu kusů součástí s velkým podílem svářečské práce, rychle amortizují. Za zmínku stojí především automobilový průmysl a jeho subdodavatelé, ale na příklad také výrobci zásobníků, rour a potrubních vedení. Postup LaserHybrid se hodí pro široké spektrum materiálů a síly plechu.Pro velký počet aplikací na hliníku se ukazuje LaserHybrid jako výhodný především tam, jsou výrobní tolerance pro laserové svařování příliš velké a náklady na přípravu svaru příliš vysoké. Obdobně příznivě se jeví relativně nízké tepelné zatížení procesu LaserHybrid. Jednak nevykazují zejména vysokopevnostní materiály téměř žádné ztráty pevnosti a jednak zabezpečují nízké tepelné deformace vysokou přesnost svařených dílů.

Resumé

Výsledným efektem celého souhrnu předností je zvýšená konkurenceschopnost. Mnohostrannost procesu LaserHybrid odkrývá další aplikační pole spojovací techniky. Velké šance jsou vidět zejména tam, kde velká přemostitelnost buď nepřipouští nebo jen s odpovídajícími náklady připouští, použití výlučně laserového svařování. Úspora na výkonu laseru snižuje investiční náklady. Nově otevřené aplikační oblasti a optimalizovaný výkon zvyšují produktivitu. Synergické efekty zvyšují efektivitu procesu. Tím vším dokazuje proces LaserHybrid rozšíření hranic tohoto nového termického spojovacího postupu ve směru hospodárnosti, kvality svaru a provozní spolehlivosti.

Princip svařování postupem LaserHybrid.

Porovnání geometrie svarů vytvořených postupy laser, MIG/MAG a LaserHybrid při stejné hloubce závaru stejné svařovací rychlosti.

Svařovací hlava LaserHybrid.

Možnost nastavení svařovacího drátu vůči laserovému paprsku ve všech směrech.

Svařovací systém s plně digitalizovaným invertorovým svařovacím zdrojem MIG-/MAG, podavačem drátu, robotem, laserem a svařovací hlavou LaserHybrid.

Makrovýbrus průřezu svarem, který byl provedený metodou LaserHybrid.