Rosnące wymagania w zakresie jakości i prędkości spawania elementów wykonywanych z blachy powodują zwiększone zainteresowanie producentów zastosowaniem techniki laserowej. Podobnie jak w przypadku wycinania blach, także spawanie blach za pomocą lasera staje się standardem zapewniającym uzyskanie lepszych parametrów w porównaniu z technikami konwencjonalnymi.

Skupienie promienia laserowego za pomocą specjalizowanych układów optycznych do bardzo wąskiego strumienia pozwala uzyskać bardzo dużą gęstość mocy. W rezultacie oddziaływanie cieplne jest ograniczone do bardzo małej powierzchni i w krótkim czasie możliwe jest stopienie stykających się powierzchni przy minimalnym oddziaływaniu cieplnym na łączone elementy. Dzięki temu detale nie ulegają odkształceniu, a ich powierzchnia nie wykazuje żadnych uszkodzeń. Stabilność promienia laserowego zapewnia bardzo dobrą powtarzalność spawania. Jakość spawu jest tak wysoka, że w wielu przypadkach nie jest wymagana dalsza obróbka to znaczy szlifowanie lub czyszczenie.

Skrócenie czasu spawania przy zastosowaniu lasera wynika z jednej strony z wyeliminowania lub znacznego zredukowania dalszej obróbki, która jest niezbędna przy konwencjonalnym spawaniu, a z drugiej strony z dużej prędkości spawania laserowego. Przykładowo w przypadku blachy ze stali szlachetnej o grubości 1mm przy użyciu lasera o mocy 4kW możliwe jest uzyskanie prędkości spawania rzędu 20 m/min.

Zastosowanie lasera nie ogranicza się tylko do spawania cienkich blach. Technika spawania głębokiego umożliwia uzyskanie wąskiego i głębokiego spawu przy grubości blach do 15mm i prędkości spawania rzędu 1 m/min.

Warto podkreślić, że powyższe parametry nie stanowią granicy zastosowania laserów, gdyż kolejne nowocześniejsze urządzenia o wyższej mocy i jakości promieniowania laserowego pozwolą uzyskać jeszcze lepsze parametry.

Efektywne wykorzystanie techniki laserowej w seryjnej produkcji jest możliwe dzięki integracji źródeł laserowych z obrabiarkami i robotami. Pozwala to na automatyzację procesu spawania, a tym samym zapewnienie stałej, powtarzalnej jakości przy minimalnej obsłudze.

Laser Nd:YAG

Fima Trumpf opracowała dwa typy laserów stosowanych zarówno do wycinania jak i do spawania:

- laser gazowy CO2
- laser na ciele stałym Nd:YAG.

W laserach gazowych promieniowanie powstaje w mieszaninie dwutlenku węgla, azotu i helu pod wpływem zmiennego pola elektrycznego wytwarzanego pomiędzy elektrodami znajdującymi się na zewnątrz komory zawierającej gaz. Duże powierzchnie elektrod oraz wysoka częstotliwość pola zapewniają efektywne i jednorodne pobudzanie w całej objętości gazu, co przekłada się na wysoką jakość promieniowania. Przykładowo dla lasera o mocy 4KW uzyskujemy współczynnik charakteryzujący strumień rzędu 3mmmrad.

W przypadku lasera gazowego do prowadzenia promienia stosowane są sztywne układy luster, które umożliwiają realizację układów wieloosiowych 2D lub 3D w obrabiarkach z ruchomą głowicą optyczną z osiami liniowymi i obrotowymi. Rezonator laserowy jest zabudowany w maszynie, co zapewnia stabilność promienia niezbędną do uzyskania dokładnego pozycjonowania skupionego strumienia na obrabianym detalu. Aby zapewnić dużą dynamikę ruchu głowicy i dokładność trajektorii stosowane są napędy liniowe. Maszyna może być także wyposażona w optyczny układ śledzenia położenia styku spawanych powierzchni, który automatycznie koryguje położenie głowicy. Zapewnia to poprawną pracę w przypadku odchyłek spawu od zadanej trajektorii.

Istnieje także możliwość integracji lasera gazowego z wieloosiowym robotem poprzez zastosowanie specjalnego układu prowadzenia w postaci przegubowego ramienia z układem luster.

W laserze typu YAG promieniowanie powstaje w kryształach zawierających Itr, Aluminium i Granat z domieszką Neodymu pod wpływem lampy bądź promieniowania uzyskiwanego z diod półprzewodnikowych. Uzyskiwana długość fali podczerwonej 1064nm zapewnia dobrą propagację w szkle i dzięki temu do prowadzenia promienia można zastosować światłowody. Upraszcza to znacznie sprzężenie lasera z ruchomą głowicą optyczną, co pozwala na łatwą integrację z wieloosiowym robotem spawalniczym.

Oba typy laserów zapewniają pracę w trybie ciągłym i impulsowym z regulacją mocy, czasu trwania oraz częstotliwości impulsów. Dzięki temu stanowią uniwersalne narzędzie do spawania o szerokim zakresie zastosowań.

W najnowszym urządzeniu firmy Trumpf TruLaser Cell 7000 mogą być zastosowane zarówno lasery gazowe CO2 o mocy do 15 kW jak i lasery YAG o mocy do 6 kW. Maszyna ta umożliwia cięcie i spawanie elementów dwu i trójwymiarowych. Głowica optyczna może poruszać się w trzech osiach liniowych oraz dwóch osiach obrotowych. Prędkość ruchu w osi liniowej wynosi maksymalnie 100 m/min, zaś w osi obrotowej 60 obr/min. Przy dużej powierzchni roboczej 4000x1500 mm układ optyczny zachowuje stałe położenie ogniska głowicy optycznej w każdym położeniu.

Wraz z urządzeniem dostarczany jest opracowany przez firmę Trumpf system oprogramowania TruTops Cell, który pozwala automatycznie generować program NC na podstawie sporządzonych rysunków obrabianych detali.
Powyższe cechy zapewniają dużą elastyczność i efektywność maszyny, która może być stosowana zarówno do pojedynczej jak i seryjnej produkcji.

Spawanie skanerowe

Stosowane od wielu lat roboty spawalnicze mogą być także wyposażone w lasery. Sześcioosiowy robot zapewnia dużą elastyczność w zakresie spawanych elementów. Przy dodatkowym zastosowaniu stołu obrotowo-uchylnego oraz odpowiednich uchwytów uzyskujemy możliwość spawania jeszcze bardziej złożonych geometrycznie detali.

Firma Trumpf oferuje kompletne, zrobotyzowane stanowiska do spawania wyposażone w lasery YAG, połączone światłowodem z głowicą spawającą zamocowaną na ramieniu robota. Do prowadzenia głowicy stosowane są roboty o udźwigu 30 kg i powtarzalności pozycjonowania ±0,1mm. Tego typu konfiguracja w praktyce nie ogranicza długości spawu i wielkości detali.

Dzięki opracowanej sieci laserowej TRUMPF LASERNETWORK możliwe jest zasilanie jednym laserem kilku stanowisk roboczych. Specjalne układy optyczne realizują przełączanie promienia na jeden z sześciu światłowodów zasilających poszczególne stanowiska. Zapewnia to efektywne wykorzystanie lasera i znaczne obniżenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

Przykładowe konfiguracje mogą w zależności od programu produkcyjnego obejmować wieloosiowe roboty, liniowe maszyny spawalnicze oraz ręczne stanowiska do spawania. System ma budowę modułową i może być rozszerzany o kolejne stanowiska w zależności od zapotrzebowania użytkownika.

Spawanie karoserii przez robota z laserem YAG

TRUMPF POLSKA
Spółka z ograniczoną
odpowiedzialnością Sp. k.
ul. Łopuszańska 38 B
02-232 Warszawa
Tel. 022 575 39 00
Fax. 022 575 39 01
www.pl.trumpf.com