Łączenie metali wiązką światła jeszcze niedawno kojarzyło się głównie z wielkimi liniami produkcyjnymi w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym. Dziś urządzenia laserowe trafiają także do mniejszych warsztatów, zakładów ślusarskich i pracowni produkujących elementy z blachy nierdzewnej. Powód jest prosty: spoiny są wąskie, estetyczne, a element nagrzewa się znacznie mniej niż przy klasycznym spawaniu łukowym. Spawacze i właściciele firm coraz częściej porównują więc możliwości nowych urządzeń z metodami, które znają od lat. Poniższy tekst wyjaśnia, na czym polega spawanie wiązką laserową, jak zbudowane jest urządzenie, czym różni się od TIG i MIG oraz jakie materiały i połączenia najlepiej się do niego nadają. Na końcu omówiono podstawowe zasady bezpiecznej pracy.
Na czym polega spawanie wiązką laserową
Istotą metody jest skupienie energii światła w bardzo małym punkcie na powierzchni metalu. Wiązka o dużej gęstości mocy w ułamku sekundy topi materiał, a po przesunięciu głowicy stopiony metal krzepnie i tworzy spoinę. Obszar nagrzewania jest niewielki, dlatego strefa wpływu ciepła wokół połączenia jest wąska, a detale odkształcają się mniej niż przy metodach o szerokim łuku.
Spawanie może przebiegać w dwóch zasadniczych trybach. Przy mniejszej gęstości mocy metal topi się płytko i powstaje szersza, łagodna spoina. Przy większej wiązka tworzy w materiale kanał parowy, dzięki któremu stop przetapia się głębiej, a spoina jest wąska i głęboka. Wybór trybu zależy od grubości materiału oraz oczekiwanego wyglądu i wytrzymałości połączenia. Obecnie dostępna spawarka laserowa w wersji ręcznej pozwala prowadzić głowicę podobnie jak palnik, co ułatwia pracę przy elementach o nieregularnych kształtach.
Budowa spawarki laserowej krok po kroku
Sercem urządzenia jest źródło wiązki. W spawarkach do metali najczęściej stosuje się lasery włóknowe, w których światło powstaje i jest wzmacniane w światłowodzie domieszkowanym pierwiastkami ziem rzadkich. Są one sprawne energetycznie, nie wymagają skomplikowanego układu luster i dobrze znoszą pracę w warunkach warsztatowych.
Wiązka wędruje światłowodem do głowicy roboczej, gdzie układ optyczny skupia ją na materiale. W wersjach ręcznych głowica bywa wyposażona w układ skanujący, który szybko przesuwa punkt skupienia i poszerza spoinę. Do kompletu należą jeszcze:
-
układ chłodzenia źródła i optyki, zwykle cieczowy,
-
doprowadzenie gazu osłonowego, najczęściej argonu,
-
panel sterowania z ustawieniami mocy, częstotliwości i trybu pracy,
-
podajnik drutu dodatkowego, jeśli urządzenie ma go w wyposażeniu.
Czym spawanie laserowe różni się od TIG i MIG
Najbardziej widoczna różnica to ilość wprowadzanego ciepła. Metody TIG i MIG opierają się na łuku elektrycznym, który nagrzewa szerszy obszar, więc cienkie blachy łatwiej się wypaczają i często wymagają późniejszego prostowania. Wiązka laserowa pozwala połączyć te same elementy przy mniejszych odkształceniach, a spoina zwykle wymaga skromniejszej obróbki wykańczającej, na przykład szlifowania.
Różni się także nauka obsługi. TIG wymaga dużej wprawy i koordynacji obu rąk, natomiast przy urządzeniu laserowym prowadzenie głowicy jest zwykle prostsze do opanowania, choć nadal potrzebna jest znajomość parametrów i materiałów. Z drugiej strony metody łukowe pozostają elastyczne przy grubych elementach, dużych szczelinach między łączonymi częściami i pracy w terenie. Laser wymaga dokładniejszego przygotowania krawędzi i dobrego dopasowania detali, bo wąska wiązka słabo mostkuje luki.
Metale i połączenia najczęściej spawane laserem
Najlepiej sprawdza się stal nierdzewna, szeroko stosowana w gastronomii, meblarstwie, przemyśle spożywczym i architekturze wnętrz. Spoiny są tam czyste i estetyczne, co ma znaczenie przy elementach widocznych, jak obudowy, balustrady czy zlewy. Dobrze spawa się także stal węglową i ocynkowaną, choć przy powłokach cynkowych trzeba liczyć się z oparami i koniecznością dobrej wentylacji.
Aluminium, miedź i mosiądz są trudniejsze, ponieważ silnie odbijają światło i szybko odprowadzają ciepło. Współczesne źródła włóknowe radzą sobie z tymi metalami coraz lepiej, ale parametry trzeba dobrać starannie, a wyniki zależą od mocy urządzenia i czystości powierzchni. Pod względem rodzaju połączeń laser dobrze radzi sobie ze spoinami czołowymi, pachwinowymi i zakładkowymi na cienkich i średnich grubościach, a także z naprawami drobnych elementów, gdzie liczy się minimalne nagrzanie otoczenia.
Zasady bezpiecznej pracy ze spawarką laserową
Wiązka używana w spawaniu to promieniowanie niewidoczne dla oka, które może uszkodzić wzrok także po odbiciu od błyszczącej powierzchni. Dlatego podstawą są okulary lub przyłbica dobrane do długości fali danego urządzenia, a stanowisko powinno być wydzielone i oznaczone. Odzież ochronna, rękawice i zakryta skóra chronią przed odpryskami i oparzeniami.
Ważna jest również wentylacja, ponieważ podczas topienia metali, zwłaszcza powlekanych, powstają dymy i drobne cząstki. Szczegółowe wymagania dotyczące klasy lasera, szkoleń i organizacji stanowiska określają producent urządzenia oraz osoby odpowiedzialne za bezpieczeństwo pracy w zakładzie, i to one powinny je ustalać przed uruchomieniem sprzętu.
