Spawanie laserowe – na czym polega?

Laserowe spawanie to zaawansowana technologia, która jest stosowana w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystując wiązkę lasera do generowania wysokiej temperatury, materiały łączy się z dużą dokładnością i efektywnością. Dzięki tej metodzie możliwe jest osiągnięcie wysokiej jakości spoin przy minimalnym wpływie ciepła na materiał, przez co rzadziej dochodzi do jego deformacji. Laserowe spawanie stali to popularne zastosowanie tej technologii, które ze względu na prędkość staje się coraz bardziej powszechne w przemyśle. Doczytaj nasz wpis do końca, aby poznać techniczne i branżowe szczegóły.

Na czym polega proces laserowego spawania?

Laserowe spawanie opiera się na wykorzystaniu skoncentrowanej wiązki światła. Jej zadaniem jest skierowanie intensywnego ciepła w bardzo małej, precyzyjnie określonej strefie. Wiązka w kontakcie z materiałem powoduje jego szybkie nagrzanie do temperatury, w której ten staje się płynny. Wtedy zyskuje nowe właściwości, jakie odpowiadają za połączenie dwóch obrabianych elementów. Podczas tego zjawiska ciepło nie rozchodzi się w głąb materiału, co ogranicza wpływ wysokiej temperatury na otaczające obszary i nie tworzy odkształceń. Ważnym elementem tego procesu jest również kontrolowanie rozprzestrzeniania się ciepła. Laserowe spawanie stali nierdzewnej, węglowej, miedzi i innych metali lub tworzyw ma ten atut, że strefa wpływu ciepła (SWC) pozostaje względnie niska.

W jakich branżach stosuje się laserowe spawanie?

Spawanie laserowe znajduje zastosowanie w wielu branżach, ponieważ znacząco ulepsza obróbkę zróżnicowanych materiałów. W przemyśle lotniczym wykorzystywane jest do produkcji niewielkich, ale wytrzymałych elementów konstrukcyjnych, jak części silników czy elementy kadłubów statków powietrznych. W sektorze motoryzacyjnym technologia ta wspomaga produkcję m.in. kolektorów wydechowych.

Laserowe spawanie umożliwia tworzenie komponentów w sprzęcie chirurgicznym, jak narzędzia do precyzyjnych operacji czy część implantów, które muszą charakteryzować się wysoką jakością oraz odpornością na obciążenia. Branża jubilerska posługuje się tą metodą przy produkcji biżuterii, zwłaszcza w przypadku łączenia maleńkich detali łańcuszków lub pierścionków.

W przemyśle elektronicznym spawanie laserowe stosuje się do montażu małych układów elektronicznych, gdzie precyzyjne łączenie cienkowarstwowych elementów zapewnia niezawodność urządzeń. Specjaliści z branży fotowoltaicznej wykorzystują tę technologię do łączenia ogniw słonecznych, które muszą działać przez wiele lat. W stoczni ta metoda sprawdza się przy spawaniu elementów konstrukcji statków, w jakich odporność na warunki atmosferyczne i wytrzymałość spoin są priorytetowe.

 

Główne rodzaje laserowego spawania

W zależności od zagęszczenia energii i rozmiaru punktu skupienia lasera wyróżnia się trzy główne rodzaje spawania: kondukcyjne, przejściowe i penetracyjne.

Spawanie kondukcyjne charakteryzuje się niską gęstością energii, co prowadzi do powstawania szerokich, płytkich spoin. Ciepło potrzebne do spawania przekazywane jest przez powierzchnię materiału, czyniąc tę metodę idealną do zastosowań estetycznych lub w przypadku cienkich materiałów jak w produkcji baterii.

Spawanie przejściowe odbywa się przy średniej gęstości energii i tworzy głębsze spoiny. Jest ono często wykorzystywane, gdy wymagane są solidne połączenia w materiałach o średniej grubości, zapewniając kompromis między szerokością i głębokością spoiny.

Spawanie penetracyjne przeprowadza się przy wysokiej koncentracji energii, czego efektem są wąskie, głębokie spoiny. Tak łączy się grube materiały, gdzie celem jest uzyskanie silnych i wytrzymałych połączeń.

Co można spawać laserem?

Wszechstronność tej metody przynosi doskonałe rezultaty, gdy operuje się na metalach i stopach, które stanowią wyzwanie dla innych rozwiązań. Za jej pomocą można osiągnąć doskonałą jakość spoin w materiałach o różnych właściwościach. Bez problemu da się przeprowadzić laserowe spawanie stali nierdzewnej czy stopowej i bardziej złożonych surowców. Pracuje się najczęściej na poniższych materiałach:

• Stal (węglowa, nierdzewna, stopowa) – uzyskuje się głębokie, czyste spoiny z minimalnym wpływem ciepła.
• Aluminium – doskonałe wyniki przy odpowiedniej kontroli parametrów, szczególnie w motoryzacji i lotnictwie.
• Tytan – stosowany w przemyśle lotniczym i medycznym, wymaga wysokiej odporności na korozję.
• Miedź – skuteczne łączenie w elektronice, mimo wysokiej przewodności cieplnej.
• Nikiel i jego stopy – wykorzystywane w przemyśle energetycznym i lotniczym.
• Magnez – stosowany w lekkich konstrukcjach wymagających dużej wytrzymałości.
• Materiały trudnotopliwe i aktywne chemicznie – możliwe do spawania dzięki precyzyjnej kontroli lasera.

Zalety i wady

Laserowe spawanie przyjęło się w przemyśle dzięki swoim niezaprzeczalnym korzyściom, ale jak każda technologia ma również swoje ograniczenia.

Zalety spawania laserowego

• Wysoka efektywność energetyczna – Spawanie laserowe zużywa mniej energii w porównaniu do tradycyjnych metod i jest bardziej opłacalne w dłuższym okresie.
• Możliwość integracji z automatyką – Ta technologia jest idealna do pracy z robotami i systemami CNC, zwiększając jednocześnie efektywność produkcji oraz redukując błędy ludzkie.
• Precyzyjne łączenie materiałów o różnej grubości – Dzięki skoncentrowaniu energii wiązki, możliwe jest skuteczne spawanie niejednolitych elementów.
• Minimalna obróbka wykończeniowa – Spoiny uzyskane przy użyciu lasera są bardzo dokładne i często nie trzeba ich dalej obrabiać.
• Wyższe bezpieczeństwo – Spawacz jest mniej narażony na przypadkowe rozpryski i odpryski.

Wady spawania laserowego

• Wysoki koszt początkowy – Inwestycja w urządzenia do laserowego spawania jest stosunkowo wysoka, co może stanowić barierę dla mniejszych firm.
• Ograniczenia w spawaniu dużych materiałów – Choć technologia świetnie sprawdza się w przypadku małych i średnich elementów, wobec większych komponentów bywa mniej skuteczna.
• Wymagania dotyczące czystości materiału – Powierzchnie zanieczyszczone rdzą czy tłuszczem mogą wpływać na jakość spoiny, więc materiał musi być odpowiednio przygotowany przed spawaniem.

Zaawansowana technologia laserowego spawania, poprzez kontrolę i skupienie energii cieplnej funkcjonuje jako narzędzie do tworzenia wysokiej jakości połączeń w szerokim zakresie materiałów. Minimalna strefa wpływu ciepła (SWC) sprawia, że proces ten jest szczególnie efektywny przy łączeniu cienkowarstwowych elementów oraz w przypadkach wymagających dużej dokładności. Dzięki swojej wszechstronności i możliwości integracji z automatyką spawanie laserowe jest popularną praktyką w różnych branżach, od przemysłu lotniczego po medyczny.