Hybridné zváranie a spájkovanie laseroma príprava aplikácií v automobilovom priemysleotočenie o 180° (potom sa môže montovaťaj ako „zrkadlový obraz“) a tiežumožniť jej nastavenie pozdĺž osipríruby zápästia robota v dostatočnomrozsahu. Takéto riešenie zlepšíprístupnosť k priestorovým (3D) spájanýmkomponentom.Vďaka zabudovanej jednotke snímaniaa nastavenia polohy drôtuvzhľadom k laserovému lúču možnohlavicu použiť v ľubovolnom súradnicovomsystéme. Proces spájaniamožno takto prispôsobiť rôznemutypu spoja a zvarovým plochám,požadovanému výkonu, typom a kvalitezváracieho a spájkovacieho drôtua aplikácii.Rozstrek kovu a zvárací dym tvorenýpočas zvárania , resp. spájkovania samôže zachytiť na ochranných skláchlaserovej hlavice. Preto sa používakrištáľové sklo s dvojitou antireflexnouvrstvou chrániacou optiku predpoškodením. Nános na skle znižujevýkon laserového lúča až na 90 %v závislosti od stupňa kontaminácie.Prílišná kontaminácia môže poškodiťochranné sklo, ktoré pohltí vysokýpodiel výkonu laserového lúča a týmv ňom vznikne tepelné napätie.Aby sa odstránilo toto nebezpečenstvo,hlavica robotizovaného pracoviskaFRONIUS (obr. 11) obsahujeprívod stlačeného vzduchu v priečnomsmere k ochrannému sklu, prúdodkloní smer letu rozstreku a dymuaž o 90°, a to skôr, ako by sa dostalik ochrannému sklu. Príslušná dýzapriečneho prúdu vzduchu je navrhnutátak, aby sa rýchlosť prúdeniavzduchu na jej výtoku maximálneWire feed unitCross-Jetzväčšila. Takto sa dosiahne rýchlosťväčšia ako rýchlosť zvuku a rozstreka dym sa bezpečne odkloní. Aby sazabránilo vniknutiu vzduchu do priestoruoblúka, tento vzduch a dym saodsáva a odvádza. Takto sa aj celérobotizované pracovisko chráni predrozstrekom a zváračským dymoma udržuje čisté pracovné prostredie.Horák je vybavený dvojokruhovouchladiacou jednotkou postačujúcoupre prúd oblúka 250 A pri 100 % DZa pre výkon lasera 4 kW.Unikátne laserovo-oblúkové zváračskévybavenie FRONIUS sa vyznačujetýmito výhodami: zariadením možno zvárať metódouMIG, MAG, laserom (jednotlivo)a laserovo-oblúkovým hybridnýmsystémom bez úpravy. Určitou konfiguráciouzariadenia možno ajspájkovať laserom, navárať laseromso studeným a predhriatymdrôtom. Možno zhotovovať oteruvzdorné,koróziivzdorné a tepelneodolné návary, priečny prúd vzduchu na odklonenievznikajúceho rozstreku a zváračskéhodymu a odsávanie a odvedenietohto vzduchu a splodíntvorí uzavretý okruh. Nie je žiadnenebezpečenstvo neželaných odrazovprúdu vzduchu z hrán a obrysovupínacích prípravkov aleboz bočných stien kútových spojova teda nemôže byť negatívneovplyvnený vlastný proces aleboplynová ochrana laserového hybridnéhoprocesu. Tento uzavretýokruh garantuje stabilitu procesuvo všetkých polohách zvárania.Changeableprotective glassAir inlet,outletFixing devicefor any robotWater-cooled torch, current load 250 A at 100 % duty cycleObr. 11 Hlavica robota na laserovo-oblúkové hybridné zváranieWire feed unit – jednotka podávania drôtu, Air inlet, outlet – prívod a odvod vzduchu, Water-cooledtorch, current load 250 A at 100 % duty cycle – vodou chladený horák (prúd 250 A pri 100 % DZ),Cross-Jet – priečny prúd vzduchu, Changeable protective glass – vymeniteľné ochranné sklo, Fixingdevice for any robot – príruba na uchytenie hlavice na robotFig. 11 LaserHybrid welding head for robot cellVÝVOJOVÉ TENDENCIELASEROVÉHO HYBRIDNÉHOZVÁRANIAVysoká rýchlosť zvárania (produktivita)a schopnosť vyplnenia (premostenia)zvarovej medzery sú veľmiželané vlastnosti v technológii spájaniamateriálov. Obidve tieto vlastnostinemožno súčasne dosiahnuť žiadnymkonvenčným procesom spájania.Z tohto dôvodu sa vyvinul ďalšíšpeciálny kombinovaný proces –laserovo-oblúkové hybridné zváraniedvomi oblúkmi (tandemové – obr. 12).Laserové zváranie a oblúkové tandemovézváranie je proces, ktorýumožní ďalšie rozšírenie aplikácií vozváračskej výrobe. Laserový lúč(prvý v smere zvárania) kombinovanýs dvomi zváracími oblúkmi otváraúplne nové možnosti a synergickýefekt. Výsledok laserového procesuje veľmi úzka teplom ovplyvnenáoblasť a hlboký prievar a výsledokoblúkového tandemového procesuširšia zvarová húsenica, naviac spoločnývýsledok je vysoká rýchlosťzvárania a vysoký výkon odtaveniaprídavného materiálu, pričom príkontandemu môže byť významne nižší.ZÁVERSynergický efekt dosiahnutý novýmlaserovo-oblúkovým hybridným procesomotvára nové a širšie možnostiaplikácií spájania materiálov, najmätam, kde nemožno dosiahnuť konvenčnýmiprocesmi požadované tolerancievzájomného ustavenia zváranýchdielcov alebo tam, kde saustavenie dielov dosahuje len výraznezvýšenými nákladmi. Pri konštrukciia výrobe dielov zvarku možno využiťnové možnosti, napr. aj prostredníctvomširšej zvarovej medzery.Vďaka zreteľahodnému rozšíreniuaplikácií a zvýšeniu efektívnosti kombinovanéhohybridného procesumožno znížiť investičné náklady,výrobný čas a výrobné náklady –konečný výsledok je zvýšenie nielenproduktivity, ale aj konkurencieschopnosti.Využitie stabilného procesunebolo donedávna možné,umožnila to až aplikácia pevnéholaseru s dostatočne vysokým výkonom.Veľký rozsah nedávnych experimentova počet skúšok umožnil získaťpotrebné základné informáciea praktické poznatky o laserovo-oblúkovomprocese spájania.Hybridný proces je kombináciou zváranialaserovým lúčom a elektrickýmoblúkom v spoločnej zóne plazmy54 ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 2/ 2007
ODBORNÉ ČLÁNKYObr. 12 Princíp laserovo-oblúkového hybridného tandémového zváraniaLaserbeam – laserový lúč, Laserinduced plasma – laserom indukovaná plazma, Shielding gas cloud– ochranný plyn, Keyhole – paroplynový kanál, Workpiece – zváraný materiál, Isolated electrodes– vzájomne odizolované drôty, Arc – oblúk,– Weld pool – zvarový kúpeľ, Weld metal – zvarový kov,Welding direction – smer zváraniaFig. 12 Principle of LaserTandemLiteratúra[1] Matsuda, J. – Utsumi, A. – Katsumura,M. – Hamasaki, M. – Nagata, S.: TIGor MIG arc augmented laser weldingof thick mild steel plate.Joining & Materials, 1988[2] Steen, W. M. et al.: Arc-AugmentedLaser Welding. In: 4 th Int. Conf. onAdvances in Welding Processes. PaperNo.17, 1978, s. 257 – 265[3] Cui, H.: Untersuchung der Wechselwirkungenzwischen Schweisslichtbogenund fokussiertem Laserstrahlund der Anwendungsmöglichkeitenkombinierter Laser-Lichtbogentechnik.[Dizertačná práca] TU Braunschweig,1991[4] Maier, C. – Beersiek, J. – Neuenhahn,K.: Kombiniertes Lichtbogen-Laserstrahl-SchweißverfahrenOn-line-Prozessüberwachung. DVS 170, 1995,s. 45 – 51[5] Haberling, C.: ProzesstechnischeUntersuchungen des CO 2-Laserstrahlschweissensmit Zusatzdraht und inKombination mit dem MIG-Schweissverfahren.[Diplomová práca] Reinisch-Westfälische Technische Hochschule,Aachen, Lehrstuhl für Lasertechnik1994[6] Dausinger, F.: Hohe Prozesssicherheitbeim Aluminiumschweissen mit Nd:YAG-Lasern. Bleche und Profile, 42,1995, č. 9, s. 544 – 547[7] Treusch, H.-G. – Junge, H.: Laser inder Materialbearbeitung, Schweißenmit Festkörperlasern. Band 2. VDI –Verlag, 1995[8] Beyer, E.: Schweißen mit Laser:Grundlagen. Springer-Verlag, 1997[9] Steen, W. M.: Laser MaterialProcessing. Springer Verlag, 1996[10] Faißt, F. – Weick, J. M. – Fitz, R. –Kern, M.: Anwendungen der Twinfokus-Technik. In: Stuttgarter Lasertage.1999, s. 50 – 52[11] Graf, T. – Staufer, H. – LaserHybridat Volkswagen. IIW-Doc. XII-1730-02[12] Helten, S.: Qualifizierung und Implementierungdes lichbogenunterstütztenLaserstrahlschweissverfahrens in denFertigungsprozess im Aluminiumkarosserieleichtbau.[Diplomová práca]Audi, Reinisch-Westfälische TechnischeHochschule (ISF), Aachen, 1999[13] Helten, S.: Applikation des Laser-MIG-Schweißverfahrens im Al-Karosseriebaudes neuen AUDI A8. In: 4 th EuropeanConference and Exhibition. BadNauheim, január 2003[14] Haldenwanger, H. – Schmid, G. –Korte, M. – Bayerlein, H.: Laserstrahlhartlötenfür Karosseriesichtteile inClass-A-Oberflächenqualität. DVS 204,s. 191 – 196a zvarového kúpeľa. Potrebné vlastnostizvarového spoja (geometriaa štruktúra) možno dosiahnuť výberomas well as to increase productivity. Anincrease in competitiveness is theresult. The design and production areparametrov obidvoch proce-being offered new possibilitiessov. Oblúkový proces zvyšuje schopnosťpremostenia zvarovej medzerythrough narrower joint geometries.The employment of a stable process,pomocou prídavného materiálu however, has not been able untila determinuje šírku zvarovej húsenice,čím znižuje nároky na presnosťprípravy zváraných dielov (zvarovýchhrán). Efektívnosť procesu sa výraznezvyšuje interakciou obidvoch procesov.recently thanks to the available higheroutput power of the solid laser.Numerous examinations were carriedout in the past with basicprocess information on laser-archybridwelding processes. The hybridwelding process is the combinationCONCLUSIONSof the laser beam welding and thearc process with only one singleThe synergetic effects achieved by process zone (plasma and weldthe absolutely new LaserHybrid technologypool). By selecting favourableopen up a wide field of appli-cation in the jointing technology,especially where the tolerances ofthe jointing parts required for laserbeam welding cannot be met or canonly be met incurring high costs.Thanks to a considerable extensionof the field of application and the efficiencyof the combined process it ispossible to reduce investment costs,fabrication time and fabrication costsprocess parameters the seam propertiessuch as geometry and structuralconstitution can be purposefullyinfluenced. The arc welding processincreases the gap bridging ability dueto the filler material added and determinesthe seam width and thusdecreases the weld seam preparations.Process efficiency can be considerablyincreased by the interactionsof the processes.Poznámka: Príspevok predniesol autor H. Staufer v novembri 2006 vo VÚZ – PI SR na seminári programu INTERREG IIIA Rakúsko –Slovensko „Cezhraničná spolupráca vedy a techniky s malými a strednými podnikmi“.