Navigation überspringen
 

Laserové metody

Při opracovávání materiálu laserem se využívá k řezání, vrtání, svařování, strukturování, označování a povrchovým úpravám nejrůznějších materiálů vysoká intenzita a koncentrovaná ostrost laserového paprsku.

Řezání laserem

Klasickou metodou je řezání laserem. Při ní se laserový paprsek zaměří pomocí lupy nebo zrcátka na řezaný obrobek. Podle vynaložené energie záření se materiál taví, hoří nebo se vypařuje. Tok plynu vedený koaxiálně k laserovému paprsku odstraní materiál z řezné spáry. 

Při použití inertních procesních plynů se mluví o tavném řezání laserem. Řezání kyslíkem se označuje jako laserové řezání plamenem.
Opracování lze optimalizovat měnitelnými parametry, jako je výkon laseru, rychlost podavače, poloha ohniska, vzdálenost ohniska čočky, typ a tlak procesního plynu. Řezat lze všechny materiály, které laserové záření dostatečně absorbují.

Laserové řezání plamenem

Při laserovém řezání plamenem se materiál lokálně ohřívá na zápalnou teplotu a následně se spaluje v kyslíkovém proudu.

Při laserovém řezání oceli se používá většinou kyslík 3.5 (99,95 obj. %) při tlaku 6 barů. Při použití této kvality dochází - ve srovnání s konvenčním technickým kyslíkem - ke zvyšování rychlosti až o 15 procent. Dalšími výhodami vysoké čistoty je malá tvorba otřepů a menší kvetení materiálu. Spotřeba činí maximálně 3 mł/h.


 

Tavné řezání laserem

Při tavném řezání laserem se musí celý řezný kanál ohřát pomocí laserového paprsku alespoň na tavnou teplotu a na této úrovni je třeba jej udržovat, k jeho vyfouknutí pak dochází inertním plynem nebo málo reaktivním plynem. Kvůli absenci exotermní reakce je rychlost řezání při tavném řezání nižší než při řezání plamenem.

Při tavném řezání nerezové oceli laserem se používá dusík 5.0 (99,999 obj. %), aby se zabránilo oxidaci řezné spáry. Náběhové barvy jsou možné již při pouhém obsahu kyslíku od 30 ppm v řezném plynu. Málo reaktivní dusík však zaručuje vznik taveniny bez obsahu oxidu. 

Výsledkem je čistá řezná plocha, která nevyžaduje žádnou vícepráci. Při tavném řezání laserem se zpočátku pracovalo s tlaky maximálně 8 barů. Mezitím dosahuje vylepšená technologie tlaků od 12 do 20 barů; proto se tavné řezání laserem nazývá též vysokotlaké řezání. Vlivem vyšších tlaků lze částečně kompenzovat nižší rychlost řezu v porovnání s řezáním plamenem.

U velmi tenkých materiálů je dokonce dosahováno téměř stejných rychlostí. Všeobecně lze říci, že při řezání bez přítomnosti oxidu, narozdíl od řezání plamenem, stoupá potřebný řezný tlak a spotřeba přímo úměrně síle materiálu. Vedle řezání nerezové oceli se tavné řezání používá také k řezání oceli. To šetří vícepráci spojenou s následným nezbytným opracováním (např. práškové povrstvení).

Stejně tak se dusík používá k tavnému řezání hliníku. Méně často se jako procesní plyn používá argon a helium.


 

 

Svařování laserem

Svařování laserem je atmosferická metoda svařování. Umožňuje bodové a švové svařování, většinou bez přídavného média. Rozlišujeme svařování rozvodem tepla a hluboké svařování.

Při svařování vedením tepla se laserový paprsek vede do materiálu přívodem tepla. Tak vznikne plochý, široký šev. Efekt hlubokého svaru se dostaví teprve při větší intenzitě záření: laserový paprsek se odráží hluboko v plazmě vytvářené ve svarové spáře a tak vzniká obzvláště hluboký svar.

Pro zaručení vysoké kvality svaru a zvýšení rychlosti se většinou používá ochranná atmosféra. Ta odděluje svařovaný materiál od okolního vzduchu a navíc pozitivně ovlivňuje svařovací plazmu.

Plyny pro svařování laserem

Procesní plyny plní při svařování laserem dvě důležité úlohy: zaprvé je plazma ve svaru pod pozitivním vlivem, zadruhé plyny chrání svařovaný materiál před nežádoucími vlivy a okolním vzduchem. Ideálně se k tomu hodí helium a argon o čistotě vyšší než 4.6 (99,996 obj. %).

Tok plynu se vede přímo na místo opracování. V případě příliš nízkého tlaku plynu neplní ochranný plyn dobře svou funkci. V případě příliš velkého tlaku může síla působící na taveninu nekontrolovaně ovlivňovat geometrii svaru. Optima je dosaženo tehdy, vytvoří-li se uzavřený ochranný zvon z inertního plynu. Plazmové efekty vytvářené při svařování je třeba regulovat především v případě použití laseru CO2 a sice prostřednictvím volby typu plynu. Většinou je nejlepších výsledků dosaženo pomoci helia; často se ale používá i argon a směsné plyny.


 

 

Povrchové úpravy laserem

Povrchová úprava laserem (tvrzení, přetavování, povrstvování) je dosud ještě málo rozšířené. K tvrzení dochází pod tavnou teplotou samostažením bez externího chladicího média a používá se na jednotlivých částech komplexních konstrukčních dílů. Přetavování se koná nad tavnou teplotou a aplikuje se především u litých materiálů.

K povrstvování dochází nanášením většinou práškového cizího materiálu při teplotě nad tavným bodem. Lze tak značně zvýšit odolnost vůči opotřebení opracovaného materiálu.


 

Vrtání laserem

Vrtání laserem umožňuje provádět vrtání o průměru mezi přibližně 10 µm a 1 mm. Metoda je vhodná k vytváření otvorů na trysky, chlazení, mazivo pro účely mazání, jakož i příčných otvorů v plochách rozvádějících vzduch. Lze realizovat i extrémně malé průměry vrtaných otvorů.