A modern fémmegmunkálásban egyre fontosabb a nagy termelékenység, a precíz munkavégzés és az utómunka minimalizálása. A gyártóvállalatok olyan technológiákat keresnek, amelyekkel rövidebb átfutási idő mellett, egyenletes minőségben készíthetők el az alkatrészek.

A fiber lézerhegesztő berendezések elterjedésével a lézersugaras hegesztés ma már nemcsak az automatizált gyártósorokon, hanem a kisebb műhelyekben és az egyedi alkatrészgyártásban is elérhető.

De pontosan mi a lézerhegesztés elve, hogyan működik a technológia és mikor jelent valódi előnyt a hagyományos AWI vagy MIG/MAG hegesztéssel szemben? Cikkünkben bemutatjuk a működési elvet, az ipari alkalmazásokat, valamint a beruházás előtt mérlegelendő műszaki és gazdaságossági szempontokat.

A lézerhegesztés technológiája és működési elve

A lézerhegesztés elve a koncentrált fényenergia hővé alakításán alapul. A lézersugarat egy optikai rendszer kis felületre fókuszálja, ahol a nagy energiasűrűség hatására az alapanyag helyileg megolvad. A megszilárduló ömledék hozza létre a két munkadarab közötti kötést.

A korszerű fiber lézerhegesztő gépekben a lézerforrás által előállított sugárzás optikai szálon keresztül jut el a hegesztőfejhez. A fókuszáló optika a megfelelő munkatávolságban koncentrálja az energiát a hegesztési pontra.

A lézeres hegesztés technológiája két alapvető működési módra osztható:

• Hővezetéses hegesztés: kisebb teljesítménysűrűségnél az anyag felülete megolvad, a hő pedig vezetéssel terjed a mélyebb rétegek felé. Elsősorban sekélyebb, szélesebb varratok kialakítására alkalmas.
• Mélyhegesztés (keyhole welding): nagy teljesítménysűrűségnél a fém egy része elpárolog, és az ömledékben keskeny, gőzzel telt üreg, úgynevezett kulcslyuk alakul ki. Ez lehetővé teszi a lézerenergia mélyebb bejutását az alapanyagba.

A mélyhegesztés eredményeként keskeny, nagy beolvadási mélységű varrat hozható létre. A koncentrált energia és a gyors megmunkálás miatt a környező anyag hőterhelése rendszerint kisebb, mint számos hagyományos ívhegesztési eljárásnál.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy a munkadarab egyáltalán nem melegszik fel vagy nem deformálódhat. A végeredményt az anyagminőség, a lemezvastagság, a hegesztési sebesség és a beállított teljesítmény együttesen határozza meg.

A védőgáz és a hozaganyag szerepe

A megfelelő varratminőséghez nem elegendő pusztán a lézerteljesítmény helyes beállítása. Fontos a hegesztési környezet és az illesztés előkészítése is.

Védőgázként gyakran argont, bizonyos alkalmazásokban héliumot vagy más, az adott anyaghoz megfelelő gázkeveréket használnak. Feladatuk az ömledék védelme a légköri hatásokkal szemben, ezáltal az oxidáció és egyes varrathibák kockázatának csökkentése.

Hozaganyag nélküli hegesztésnél a kötés kizárólag az alapanyag megolvasztásával jön létre. Amennyiben az illesztési hézag, a kötés kialakítása vagy a kívánt varrattulajdonságok ezt indokolják, huzaladagolás is alkalmazható.

A kézi lézerhegesztő eszközök egy részénél a lézersugár keresztirányú oszcillációja, az úgynevezett wobble funkció segíti a varratszélesség és az ömledék kialakulásának szabályozását.

MIG/MAG, TIG/AWI és lézerhegesztés összehasonlítása

A hagyományos ívhegesztési eljárások továbbra is meghatározó szerepet töltenek be a fémiparban. A lézerhegesztés nem minden esetben helyettesíti őket, de bizonyos gyártási feladatoknál jelentős termelékenységi előnyt kínálhat.

MIG/MAG hegesztés - nagy teljesítmény és széles alkalmazhatóság

A fogyóelektródás védőgázas hegesztés során az elektromos ív olvasztja meg a huzalelektródát és az alapanyagot.

A MIG/MAG eljárás egyik legfontosabb előnye a nagy leolvasztási teljesítmény és a változatos anyagvastagságokhoz való alkalmazkodás. Különösen elterjedt acélszerkezetek, gépvázak és vastagabb munkadarabok gyártásánál.

Hátránya lehet a nagyobb hőbevitel, a fröcskölés és az ebből adódó tisztítási, illetve csiszolási igény. A korszerű, szabályozott ívű rendszerek ugyanakkor ezeket jelentősen mérsékelhetik.

TIG/AWI hegesztés - precíz kézi hegesztés

Az AWI hegesztés nem fogyó volfrámelektródával, védőgáz alatt létrehozott ívet használ. Különösen előnyös olyan alkalmazásoknál, ahol a varrat megjelenése, a folyamat szabályozhatósága és a precíz hőbevitel fontos.

Gyakori például rozsdamentes acélból készült tartályok, csővezetékek és vékonyfalú szerkezetek hegesztésénél.

Az AWI eljárás jellemzően kisebb haladási sebességgel dolgozik, és a megfelelő varratminőséghez jelentős kezelői gyakorlat szükséges. Ugyanakkor összetett, változó illesztésű vagy speciális javítási feladatoknál továbbra is kifejezetten jó választás.

A technológiához szükséges berendezések az Ipari TIG/AWI hegesztőgépek kínálatában is megtalálhatók.

Lézerhegesztés - nagy sebesség, koncentrált hőbevitel

A lézeres hegesztés technológiája nagy energiasűrűséggel és keskeny hőhatási övezettel dolgozik. Ez különösen vékonyabb lemezeknél, ismétlődő munkadaraboknál és pontosan előkészített illesztéseknél jelent előnyt.

A kézi fiber lézerhegesztők egyes alkalmazásokban gyorsabban elsajátítható, egyenletes varratvezetést tesznek lehetővé, de a biztonságos munkavégzés és a megfelelő kötésminőség továbbra is szakképzett kezelőt, technológiai ismereteket és gyakorlást igényel.

A három technológia főbb különbségei

A megfelelő eljárást mindig az alapanyag, a lemezvastagság, az illesztés, az elvárt kötésminőség és a gyártási darabszám alapján érdemes kiválasztani.

A lézerhegesztés legfőbb előnyei a termelésben

1. Kisebb hőhatási övezet és alakváltozás

A lézersugár pontosan meghatározott területre koncentrálja az energiát. Ennek eredményeként az alapanyag környezetében kialakuló hőhatási övezet (HAZ) rendszerint keskenyebb, a hő okozta alakváltozás pedig kisebb lehet.

Ez különösen fontos vékony rozsdamentes lemezek, precíziós burkolatok és méretpontosságot igénylő alkatrészek gyártásánál.

A kisebb vetemedés csökkentheti az utólagos egyengetési és korrekciós műveletek szükségességét.

2. Nagyobb hegesztési sebesség

A lézerhegesztés egyik legjelentősebb gazdasági előnye a gyors munkavégzés. Megfelelő anyagvastagság és illesztés mellett a folyamat akár többszörösen gyorsabb lehet a kézi AWI hegesztésnél.

Egyes feladatoknál három-tízszeres sebességkülönbség is előfordulhat, de ez nem általános teljesítménygarancia. A tényleges előnyt próbahegesztéssel, azonos minőségi követelmények mellett érdemes meghatározni.

A rövidebb ciklusidő különösen sorozatgyártásban jelenthet számottevő kapacitásnövekedést.

3. Kevesebb csiszolás és utómunka

A megfelelően beállított fiber lézerhegesztő keskeny, egyenletes, kis fröcskölésű varratot képes kialakítani.

Ennek eredményeként csökkenhet a hegesztés utáni csiszolás, tisztítás és felületkorrekció időigénye. Bizonyos termékeknél az utómunka akár teljesen elhagyható.

A megtakarítás így nemcsak a hegesztési időben, hanem a kapcsolódó munkafolyamatokban is jelentkezhet.

4. Jó automatizálhatóság és ismételhetőség

A fiber lézerhegesztés nem kizárólag kézi technológiaként alkalmazható. A lézerforrás robot vagy automatizált mozgatórendszer segítségével gyártócellába is integrálható.

Az állandó hegesztési pálya, az ellenőrzött paraméterek és a megfelelő készülékezés nagy ismételhetőséget biztosíthatnak.

Ez különösen hasznos nagy darabszámú, azonos alkatrészek sorozatgyártásánál.

Tipikus ipari felhasználási területek

A lézerhegesztés technológiája számos iparágban alkalmazható, a kis műhelyektől az automatizált gyártósorokig.

Autóipar és járműgyártás

• Karosszériaelemek és vékony lemezalkatrészek hegesztése
• Kipufogórendszerek és rozsdamentes alkatrészek gyártása
• Akkumulátorházak, elektromos csatlakozások és speciális kötések kialakítása

Lemezmegmunkálás és műszeripar

• Kapcsolószekrények, elektromos burkolatok gyártása
• Rozsdamentes tartályok és készülékházak hegesztése
• Vékonyfalú szerkezetek precíz illesztése

Egyedi gépgyártás és finommechanika

• Kis méretű, összetett geometriájú alkatrészek
• Hőérzékeny szerkezeti elemek és műszerházak
• Egyedi fémtermékek és precíziós alkatrészek

A lézervágás és a lézerhegesztés egy gyártási folyamatban is jól kiegészítheti egymást. A lézervágóval előállított, pontos kontúrú alkatrészek megfelelő illesztési előkészítés után lézeres hegesztéssel szerelhetők össze.

Mikor nem éri meg lézerhegesztést használni?

A lézerhegesztés jelentős előnyei mellett vannak olyan feladatok, amelyeknél a hagyományos eljárások gazdaságosabbak vagy műszakilag kedvezőbbek.

Vastag szerkezeti acélok hegesztése

A kézi fiber lézerhegesztők teljesítménye és alkalmazható beolvadási mélysége korlátozott. Nagy falvastagságú, például 10–15 mm feletti szerkezeti elemeknél a többsoros MIG/MAG vagy más ívhegesztési eljárások gyakran kedvezőbb választást jelentenek.

Nagy teljesítményű ipari lézerrendszerekkel azonban ennél vastagabb anyagok is hegeszthetők, ezért nem általános anyagvastagsági határról, hanem berendezés- és feladatfüggő korlátról beszélünk.

Erősen fényvisszaverő fémek

A réz és az alumínium nagy hővezető képessége, valamint a lézersugár hullámhosszától függő fényvisszaverése megnehezítheti a stabil energiaelnyelést.

Modern fiber lézerforrásokkal ezek az anyagok is hegeszthetők, de megfelelő teljesítményre, optikai kialakításra és gondosan beállított paraméterekre van szükség.

Egyes alkalmazásoknál a visszaverődő sugárzás a berendezésre is kockázatot jelenthet, ezért fontos a gyártó által engedélyezett anyagok és technológiai beállítások betartása.

Magas széntartalmú acélok

A lézerhegesztésre jellemző gyors hűlési ciklus bizonyos acélminőségeknél kedvezőtlen szövetszerkezeti változásokat eredményezhet.

Magas széntartalmú vagy erősen ötvözött acéloknál beedződés, ridegedés és repedésképződés jelentkezhet. Ezek megelőzéséhez esetenként előmelegítésre, szabályozott hűtésre vagy külön technológiai vizsgálatra van szükség.

Pontatlan illesztések és kis darabszámok

A lézerhegesztés egyik fontos feltétele a megfelelő él- és hézagelőkészítés. Ha a munkadarabok illesztése jelentősen eltér, a lézeres eljárás előnyei csökkenhetnek.

Ritkán jelentkező, egyszerű javítási feladatoknál pedig a berendezés beszerzési költsége, a munkaterület kialakítása és az oktatási igény miatt gazdaságosabb lehet egy meglévő AWI vagy MIG/MAG hegesztőgép használata.

A lézerhegesztés munkavédelmi követelményei

A kézi ipari lézerhegesztők jellemzően 4. lézerosztályba tartozó berendezések, ezért használatuk különleges biztonsági intézkedéseket igényel.

A közvetlen és visszaverődő lézersugárzás súlyos szem- és bőrsérülést okozhat. A biztonságos üzemeltetéshez többek között megfelelően kialakított és ellenőrzött lézeres munkaterület, az adott hullámhosszhoz és veszélyeztetéshez méretezett védőeszközök, elszívás és dokumentált munkavédelmi oktatás szükséges.

A lézerhegesztés elsajátíthatósága nem jelenti azt, hogy a technológia szakképzettség vagy biztonsági felkészítés nélkül használható.

Fejlessze gépparkját az Optimum lézerhegesztő berendezéseivel!

A lézerhegesztés elsősorban akkor jelenthet versenyelőnyt, ha a vállalkozás célja a gyártási idő csökkentése, a varratminőség javítása és az utómunka mérséklése.

A megfelelő gép kiválasztásához azonban nem elegendő csupán a lézerteljesítményt figyelembe venni. Legalább ilyen fontos az alapanyag, az anyagvastagság, a hegesztési feladat, a várható darabszám és a munkavédelmi feltételek vizsgálata.

Az Optimum Hungária Kft. szakértő kollégái segítenek a gyártási igények felmérésében, a megfelelő berendezés kiválasztásában, valamint a technológia gyakorlati megismerésében. A gépbeszerzést próbahegesztési lehetőséggel, beüzemeléssel, oktatással és szerviztámogatással is segítjük.

Ismerje meg ipari lézerhegesztő gépek kínálatunkat

Új lézervágó gép beszerzését tervezi, vagy szeretné hatékonyabbá tenni meglévő megmunkálási folyamatait?

Kérdés vagy ajánlatkérés esetén töltse ki az alábbi űrlapot, vagy keresse kollégáinkat bizalommal az alábbi telefonszámon: +36-1 434-2680.