Napredak u laserskom zavarivanju učinio je ručno lasersko zavarivanje održivim za preduzeća na načine koji prije nisu bili mogući. Zavarivači koji koriste ručne aparate za lasersko zavarivanje trebaju slijediti sigurnosne procedure i smjernice, kao što su nošenje nezapaljive odjeće, dugih rukava i odjeće za zavarivanje. IPG Photonics
Godinama su proizvođači širom industrije koristili tradicionalne tehnike zavarivanja kao što su MIG ili TIG. Ali usput, ove tradicionalne tehnike su stvorile ograničenja.
TIG zavarivanje je, na primjer, dugotrajan, dvoručni metod zavarivanja koji zahtijeva iskusnog, visoko obučenog operatera. Stvara ekstremnu toplinu koja deformiše tanke materijale, ima poteškoća pri zavarivanju bakra i ograničena je pri zavarivanju metala različitih debljina.
U međuvremenu, MIG zavarivanje zahtijeva potrošnu žicu, prethodno čišćenje materijala i zakošene spojeve za zavare s punim prodorom na debelim materijalima. Uglovi kretanja i rada su ograničeni, a vertikalni položaji mogu biti izazovni.
Kako se industrija stalno mijenja, proizvođači traže nove načine da ostanu konkurentni. Shvatili su da ovo zahtijeva smanjenje troškova, povećanje efikasnosti i ponovljiv kvalitet dijelova. Tu je i novi izazov: omogućiti novim zavarivačima da budu produktivni na vrijeme bez žrtvovanja kvaliteta. Američko društvo za zavarivanje navodi da će SAD imati deficit od 375.000 kvalificiranih zavarivača do 2023.
Zbog toga sve više proizvođača prelazi na novije metode zavarivanja, kao što je ručno lasersko zavarivanje, koje može povećati brzinu zavarivanja do četiri puta brže od MIG i TIG zavarivanja, kako bi se poboljšala produktivnost i preciznost.
Koje su prednosti laserskog zavarivanja?
Godinama se na lasere gledalo više kao na naučne instrumente nego na industrijske alate, uglavnom zbog tradicionalne upotrebe optičkih elemenata i ogledala koja su zahtijevala pažljivo poravnavanje i rukovanje.
Razvijeni 1990-ih od strane IPG Photonics, vlaknasti laseri su uvedeni na tržište za industrijsku primjenu. Ovi laserski izvori su u potpunosti u čvrstom stanju. Jednostavnost vlaknastog lasera objašnjava njegovu efikasnost, kompaktnost, robusnost i nisku cijenu, što je razlog njegovog uspjeha u industrijskim primjenama. U poređenju sa starim laserskim sistemima, tehnologija vlakana obezbeđuje veće izlazne snage i kvalitetan snop uz nižu cijenu uz minimalno potrebno održavanje.
Poboljšanja laserske tehnologije učinila su lasersko zavarivanje sve popularnijom tehnikom u industrijama u kojima su važni visoka čvrstoća zavara i ponovljivi kvalitet zavarivanja. Kvalitet i sjaj laserskog svjetla s vlaknima precizno kontrolira unos topline materijala, što omogućava zavarivanje tankih materijala. Laseri nisu ograničeni samo na čelik; takođe mogu zavariti aluminijum i bakar. Čak je i bimetalno zavarivanje praktična stvarnost.
Tehnologija vlakana pojednostavljuje tehnologiju isporuke zraka, otvarajući još više mogućnosti za poboljšanje procesa. Moderna tehnologija isporuke snopa, kao što je zavarivanje s kolebanjem, gdje snop oscilira naprijed-nazad, omogućava stabilizaciju bazena taline, poboljšavajući procesni prozor (opseg parametara zavarivanja) i minimizirajući loše ili varijabilno uklapanje dijelova (u granicama) . U mnogim slučajevima, ovo eliminira potrebu za naknadnim mljevenjem, smanjujući troškove rada. Lasersko zavarivanje takođe može biti automatizovano za proizvodnju visoke produktivnosti i visokog prinosa. Njegova visoka preciznost omogućava spajanje malih dijelova s malim unosom topline i minimalnim izobličenjem.
U početku je cijena ograničavala njihov potencijal i bila je prepreka ulasku. U industrijskim primjenama, laseri su bili skupi, zahtijevali su periodično obnavljanje i koristili su se samo na dijelovima visoke vrijednosti, obično integrisanim u robota ili namjensku lasersku radnu stanicu.
Ovi rani laseri su trošili znatno više energije od modernih vlaknastih lasera, koji sada nude do 50% efikasnosti zidnih utikača. Ovo nudi uštedu na krajnjoj liniji. Ova efikasnost takođe može eliminisati potrebu za rashladnim uređajima, čineći lasersku tehnologiju prenosivijom nego ikada ranije. Konačno, u poređenju sa tradicionalnim ručnim MIG i TIG zavarivanjem, lasersko zavarivanje je obično brže, poboljšava proizvodnju i povećava profit.
Dosljedno smanjujući cijenu laserskog izvora, poboljšavajući kvalitet svjetlosti i nudeći jedinstvene mogućnosti isporuke snopa, proizvođači lasera sada mogu ponuditi sisteme s većom vrijednošću, čineći ih pristupačnijim i više nisu rezervirani za premium aplikacije.
Kako funkcionira ručno lasersko zavarivanje?
Ekonomični laserski izvori u kombinaciji sa fleksibilnošću isporuke lasera sa vlaknima pružaju pristup bez presedana ručnom laserskom zavarivanju.
Ali kako to funkcionira? Jednostavno rečeno, gustina snage lasera topi metal, eliminišući potrebu da se udari luk; funkcija kolebanja eliminira potrebu za ručnim zavarivanjem zrnaca; i u mnogim slučajevima, dovod žice je potpuno eliminisan. Velika gustina snage rezultira manjom, bolje kontroliranom zavarenom bazom. Uz preciznu kontrolu parametara lasera, efekti toplotnog izobličenja su smanjeni, čineći proces pristupačnim nekvalifikovanim operaterima i omogućavajući organizacijama da unaprijede svoje iskusne zaposlene na uloge sa više dodane vrijednosti.
Pouzdanost opreme je jedno vrijeme bila briga za ručno lasersko zavarivanje. Sastavni dio vlaknastih lasera je dioda s jednim emiterom, čiji je vijek trajanja za red veličine duži od vijeka trajanja diodnog niza ili alternativa sa šipkama. Pumpe su hermetički zatvorene prema telekomunikacijskim standardima i na njih ne utiču vlaga, prašina, vibracije i najagresivnija industrijska okruženja.
Uz industrijsku robusnost ručnog laserskog zavarivanja, vlaknasti laseri mogu se koristiti kao dopuna osnovne automatizacije tvornice, dodatno poboljšavajući efikasnost u proizvodnji. Sa relativno nedavnom eksplozijom kolaborativne robotske tehnologije (koboti), osnovni nivoi fabričke automatizacije dostupni su mnogim proizvodnim pogonima. Koboti su inherentni sinergijski s tehnologijom ručnog laserskog zavarivanja jer su isplativi i jednostavni za korištenje i primjenu. Fleksibilnost robota u kombinaciji sa mogućnostima tehnologije ručnog laserskog zavarivanja čini ga pogodnim za okruženja sa manjim obimom i većom varijacijom proizvoda. Ako se može zavariti ručno, vjerovatno se može zavariti kobotom. Ovo može dodatno poboljšati produktivnost laserskog zavarivanja omogućavajući vam da prethodno umetnete dio učvršćenja dok kobot izvodi zavar na zasebnom učvršćenju.
Trebam li biti stručnjak za lasere da bih pokrenuo ručni laser?
Uopšte ne. Ručni sistemi za lasersko zavarivanje obično se isporučuju s gotovim konfiguracijama za uobičajene vrste materijala i debljine. Jednostavne kontrole vam omogućavaju da odaberete ispravnu pretpostavku odabirom vrste materijala i debljine iz tabele i postavljanjem kontrola na identificirane postavke. U slučaju integracije kobota, kobot se može konfigurirati da automatski odabere ispravne postavke za projekt koji je pri ruci.
Zavari izgledaju sjajno, ali jesu li čvrsti?
Ručno lasersko zavarivanje daje vrhunsku estetiku, ali izgleda li previše dobro da bi bilo istinito? Da bi odgovorio na ovo pitanje, IPG je pripremio neke uzorke i poslao ih Sturbridge Metallurgical Services Inc. (SMS) na procjenu treće strane.
Proizvedeni su čeoni spojevi u pločama od 0,036 in., 0,075 in. i 0,120 in, a profili su pripremljeni prema standardnoj metodologiji ASTM i pregledani pri 50 puta većem povećanju. Pregledano je ukupno 26 poprečnih presjeka. U svim slučajevima nisu zabilježene pukotine, nepotpuna fuzija, poroznost, inkluzije ili drugi nedostaci. Profili zavarenih šavova prošli su sva ispitivanja i nije uočeno nedovoljno ispunjenje.
Utvrđeno je da su svi uzorci zavarenih spojeva prihvatljivi prema standardima AWS D17.1:2017 klase A.
Šta još mogu učiniti sa svojim ručnim laserom?
U zavisnosti od sistema, ručno lasersko zavarivanje dostupno je u konfiguracijama koje omogućavaju zavarivanje do 6 mm sa punim prodorom. Nadalje, neke konfiguracije sistema mogu se koristiti i za čišćenje dijelova. Ovo može biti korisno u dijelu pripreme za uklanjanje ostataka ulja ili ostataka iz radnog komada.
Mogućnost čišćenja ručnog lasera također se može koristiti za sprječavanje korozije i pasivizaciju materijala nakon zavarivanja. IPG je pripremio neke zavarene spojeve prema ASTM B117-19, Standardnoj praksi za rad aparata za slani sprej (maglu) i poslao ih na SMS. Usporedno poređenje laserski pasiviranog vara i nepasiviranog vara pokazalo je uspjeh laserske pasivacije.
Koje su sigurnosne smjernice?
Iako je ručni laser jednostavan za korištenje i ima ugrađene sigurnosne značajke, važno je zapamtiti da je to moćan komad industrijske opreme. Kada koristite ručni laser, zapamtite da zrake mogu biti opasne za tijelo i oči. Zraka laserskog zavarivanja je nevidljiva, tako da se ne možete osloniti na vizuelne znakove da garantujete sigurnost.
Iako su ovi sistemi laseri klase IV, sigurnosne karakteristike su integrisane u sisteme kako bi vas zaštitile. Prilikom uspostavljanja laserskog sigurnosnog programa, dobra polazna tačka je da se pregleda ANSI Z136.1 (2014), Sigurna upotreba lasera. Osim laserske sigurnosti, morate implementirati tradicionalne zahtjeve sigurnosti zavarivanja.
Evo nekih općih pravila kojih se treba pridržavati:
- Obavljajte sve zadatke laserskog zavarivanja unutar kontrolisanog područja za lasere (LCA)—prostorije nepropusne za svjetlo s električnim blokadama koje isključuju laserski snop kada se otvore vrata.
- Nosite nezapaljivu odjeću, duge rukave i odjeću za zavarivanje. Svi prisutni u LCA moraju koristiti osobnu zaštitnu opremu, uključujući laserske zaštitne naočale za laserski tip i tradicionalnu kacigu za zavarivanje.
- Pridržavajte se sigurnosnih procedura pri radu, uzimajući u obzir da se lasersko svjetlo može reflektirati.
- Nikada nemojte rukovati ručnim laserskim zavarivačem, a da niste u potpunosti upoznati sa sigurnosnim zahtjevima i postupcima dokumentiranim u priručniku za opremu proizvođača, koji zahtijeva da slijedite smjernice u Z136.1.
Da li je ručno lasersko zavarivanje pravo za mene?
Biti u proizvodnom poslu znači pronaći nove načine da ostanete konkurentni i poboljšate procese. Zavarivanje može zahtijevati vrijeme i energiju; bez odgovarajuće opreme može postati dostupan samo visokokvalifikovanim majstorima.
Ručno lasersko zavarivanje omogućava brzo zavarivanje; lako se uči i koristi; i pruža visokokvalitetne, konzistentne rezultate u širem rasponu materijala i debljina uz minimalno izobličenje, deformaciju, podrezivanje ili probijanje. Pruža potpunu penetraciju i minimizira defekte zavarivanja, kao što su pukotine ili nepotpuno spajanje.
Ako želite smanjiti svoje troškove, poboljšati kvalitetu zavarivanja i pojednostaviti proces zavarivanja, ručno lasersko zavarivanje će vam pružiti najbolji put do uspjeha i poboljšane profitabilnosti, a sve to dopuštajući nekome bez profesionalnog iskustva u zavarivanju da zavari kao profesionalac.
Članak „ Hand-held laser welding’s time has come in metal fabrication “, autora Bill Kallgren, John Bickley i Laura Garcia , preveden je sa portala The Fabricator.
