Spawanie laserowe — Metody spawania

Spawanie laserowe [[glossary:laserstrahlschweissen|]] działa zupełnie inaczej niż wszystkie metody łukowe: tutaj nie topi się , lecz skupiona wiązka lasera. Wiązka koncentruje swoją energię na punkcie o średnicy ułamków milimetra — gęstość energii jest tak wysoka, że metal natychmiast odparowuje i powstaje „kanał parowy" (keyhole). Laser „przebija się" przez materiał, a za ogniskiem stopiona materia zamyka się ponownie w spoinę.

Wynik jest dokładnym przeciwieństwem spawania elektrodą otuloną:

• Wyjątkowo wąskie, głębokie spoiny: Stosunek głębokości do szerokości może wynosić 10:1 i więcej.

• Minimalna : Ciepło koncentruje się w punkcie, reszta elementu pozostaje zimna — prawie bez odkształceń, prawie bez zmian struktury.

• Najwyższa prędkość: Cienkie blachy są spawane w ułamkach sekund.

Do tego dochodzi: Bez kontaktu. Laser nie potrzebuje elektrody, kontaktu drutu, palnika przy przedmiocie. To pozwala na spawanie [[glossary:schweissen|]] w trudno dostępnych miejscach i idealną automatyzację z robotami.

Jakie lasery istnieją?

Rozróżnia się je według ośrodka, który wytwarza światło:

• Lasery CO₂ (10,6 µm): Klasyk do grubych blach stalowych. Przez długi czas był standardem, dziś w technice spawania jest w dużej mierze wyparty.

• Lasery światłowodowe (ok. 1,06 µm): Nowoczesny standard. Kompaktowe, najwyższa wydajność, światło można prowadzić światłowodem. Idealne do robotów i precyzyjnych spoin.

• Lasery dyskowe (ok. 1,03 µm): Bardzo wysoka moc przy doskonałej jakości wiązki — do grubych blach i wysokich prędkości.

• Lasery diodowe: Bezpośrednio z półprzewodników, łagodniejsza wiązka — raczej do lutowania twardego i napawania.

Dawniej istniał jeszcze laser stały Nd:YAG (1,06 µm) jako rozwiązanie pomostowe; dziś dominują lasery światłowodowe i dyskowe.

Dlaczego waty, a nie ampery?

Ponieważ to dwie różne wielkości fizyczne. Przy moc to prąd razy napięcie — a ponieważ napięcie łuku jest w przybliżeniu stałe (20–40 V), prąd w amperach bezpośrednio steruje ciepłem. W laserze wiązka dostarcza światło (fotony), a nie prąd elektryczny — istotną, bezpośrednio mierzalną wielkością jest moc optyczna = energia na sekundę = wat. Po prostu nie ma „prądu" w wiązce. Urządzenie pobiera wprawdzie moc elektryczną z gniazdka (też w watach), ale przekształca ją ze sprawnością 30–50 % w światło laserowe. Dlatego klasyfikuje się lasery według ich optycznej mocy wyjściowej w watach — typowo 0,5–20 kW, w zależności od grubości blachy.

Jaki gaz jest używany?

Gaz procesowy/ ma w laserze dwa zadania: chroni jeziorko przed utlenianiem oraz kontroluje chmurę plazmy nad spoiną, która osłabia wiązkę:

• Hel: Najlepiej tłumi plazmę — do głębokich spoin, zwłaszcza przy laserach CO₂.

• Argon: Standard dla laserów światłowodowych i dyskowych przy stali i stali nierdzewnej.

• Azot: Do stali nierdzewnej (stabilizuje strukturę), ale z ryzykiem porowatości.

• Blachy ocynkowane: Specjalne mieszanki gazów, ponieważ odparowujący cynk może rozrywać spoinę.

Dwie podstawowe metody:

• Spawanie przewodzeniem ciepła: Przy niskiej mocy wiązka topi tylko powierzchnię — szerokie, płaskie, gładkie spoiny, podobnie jak lutowanie.

• Spawanie głębokie (keyhole): Przy wysokiej mocy wiązka przebija materiał — głębokie, wąskie spoiny do połączeń konstrukcyjnych.

Zastosowania to domena precyzji i produkcji seryjnej: przemysł samochodowy (części karoserii, przekładnie), ogniwa baterii, obudowy elektroniki, części medyczne i wszystko, gdzie odkształcenia byłyby problemem.

Cena: Urządzenia są drogie, przygotowanie spoiny musi być dokładne (szczelina bliska zeru), a bezpieczeństwo wymaga klasy lasera 4 z zamkniętymi kabinami. Do jednostkowej produkcji warsztatowej laser rzadko jest pierwszym wyborem — tam rządzi spawanie MAG lub TIG [[glossary:schweissen|]].