Metódy zvárania mikro a malých dielov Laserové zváranie je efektívna a presná metóda zvárania, ktorá využíva laserový lúč s vysokou hustotou energie ako zdroj tepla. Je to jedna z dôležitých aplikácií technológie laserového spracovania materiálov. V 70. rokoch 20. storočia sa používalo hlavne na zváranie tenkostenných materiálov a nízkorýchlostné zváranie a proces zvárania patril k typu tepelného vedenia. Konkrétne laserové žiarenie ohrieva povrch obrobku a teplo z povrchu difunduje dovnútra prostredníctvom tepelného vedenia. Riadením parametrov, ako je šírka, energia, špičkový výkon a frekvencia opakovania laserových impulzov, sa obrobok roztaví a vytvorí špecifický roztavený kúpeľ. Vďaka svojim jedinečným výhodám sa úspešne používa na...presné zváranie mikro a malých dielov.Čínska technológia laserového zvárania sa radí medzi najpokročilejšie na svete. Disponuje technológiou a schopnosťou tvarovať zložité komponenty z titánových zliatin s rozlohou viac ako 12 metrov štvorcových pomocou laseru a bola použitá pri výrobe prototypov a produktov viacerých domácich výskumných projektov v oblasti letectva. V októbri 2013 získal čínsky odborník na zváranie cenu Brook Award, najvyššie akademické ocenenie v oblasti zvárania, čo potvrdilo svetovú úroveň laserového zvárania Číny.
## História vývoja Prvý laserový lúč na svete bol vygenerovaný v roku 1960 excitáciou rubínových kryštálov pomocou zábleskovej lampy. Kvôli obmedzeniu tepelnej kapacity kryštálu mohol produkovať iba veľmi krátke pulzné lúče s nízkou frekvenciou. Hoci okamžitá špičková energia pulzu mohla dosiahnuť až 10^6 wattov, stále patrila k nízkoenergetickým lúčom. Kryštálová tyčinka z ytriovo-hlinitého granátu (Nd:YAG) dopovaného neodýmom s neodýmom (Nd) ako excitačným prvkom dokáže generovať kontinuálny laserový lúč s jednou vlnovou dĺžkou a výkonom 1 – 8 kW. YAG laser s vlnovou dĺžkou 1,06 μm je možné pripojiť k laserovej obrábacej hlave pomocou flexibilného optického vlákna, čo sa vyznačuje flexibilným usporiadaním zariadenia a vhodnosťou na zváranie obrobkov s hrúbkou 0,5 – 6 mm. CO₂ laser, ktorý ako excitant používa oxid uhličitý (s vlnovou dĺžkou 10,6 μm), dokáže dosiahnuť výstupnú energiu až 25 kW a realizovať jednoprechodové zváranie s plným prienikom plechov s hrúbkou 2 mm. Široko sa používa pri spracovaní kovov v priemyselnom sektore. V polovici 80. rokov 20. storočia si laserové zváranie ako nová technológia získalo veľkú pozornosť v Európe, Spojených štátoch a Japonsku. V roku 1985 spoločnosti ThyssenKrupp Steel AG (Nemecko) a Volkswagen AG (Nemecko) spolupracovali na úspešnom zavedení prvého laserom zváraného polotovaru na svete na karosérii Audi 100. V 90. rokoch 20. storočia začali veľkí výrobcovia automobilov v Európe, Severnej Amerike a Japonsku široko používať technológiu laserom zváraných polotovarov pri výrobe karosérií automobilov. Praktické skúsenosti z laboratórií aj od výrobcov automobilov preukázali, že laserom zvárané polotovary sa dajú úspešne použiť pri výrobe karosérií automobilov. Laserové zváranie na mieru využíva laserovú energiu na automatické spájanie a zváranie viacerých druhov ocele, nehrdzavejúcej ocele, hliníkových zliatin atď. s rôznymi materiálmi, hrúbkami a povlakmi do integrovaného plechu, profilu alebo sendvičového panelu. To spĺňa rôzne požiadavky na materiálové vlastnosti komponentov a dosahuje ľahké zariadenia s najnižšou hmotnosťou, optimálnou štruktúrou a najlepším výkonom. V rozvinutých krajinách, ako je Európa a Spojené štáty,laserové zváranie na mierusa používa nielen v priemysle výroby dopravných zariadení, ale má široké uplatnenie aj v oblastiach ako stavebníctvo, mosty, výroba zváracích plechov pre domáce spotrebiče a zváranie oceľových plechov na valcovacích linkách (spájanie plechov pri kontinuálnom valcovaní). Medzi svetoznáme podniky zaoberajúce sa laserovým zváraním patria Soudonic (Švajčiarsko), ArcelorMittal Group (Francúzsko), ThyssenKrupp TWB (Nemecko), Servo-Robot (Kanada) a Precitec (Nemecko). Aplikácia technológie laserového zvárania polotovarov v Číne sa práve začala. 25. októbra 2002 bola oficiálne uvedená do prevádzky prvá profesionálna komerčná výrobná linka v Číne na laserové zváranie polotovarov. Zaviedla ju spoločnosť Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding od spoločnosti ThyssenKrupp TWB (Nemecko). Neskôr boli postupne uvedené do výroby spoločnosti Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. a ďalšie podniky. V roku 2003 zahraničie realizovalo zváranie prídavným drôtom s dvojitým lúčom CO₂ laserom a...Zváranie prídavným drôtom YAG laserompre konštrukciu spodného stenového panelu z hliníkovej zliatiny A318. Táto technológia nahradila tradičnú nitovanú konštrukciu, čím znížila hmotnosť trupu lietadla o 20 % a ušetrila 20 % nákladov. Gong Shuili veril, že technológia laserového zvárania bude hrať významnú úlohu v transformácii a modernizácii tradičného čínskeho leteckého výrobného priemyslu. Okamžite požiadal o niekoľko súvisiacich predvýskumných projektov, zorganizoval výskumný tím a prevzal vedenie pri zavádzaní technológie „dvojitého laserového zvárania“ do výskumných projektov v Číne. Od samého začiatku plánoval aplikovať túto technológiu vo výrobe lietadiel. Čínsky expertný tím nahlásil predbežnú technológiu inštitútu pre konštrukciu lietadiel a propagoval výhody a uskutočniteľnosť dvojitého laserového zvárania. Po viacerých overeniach a hodnoteniach sa inštitút pre konštrukciu rozhodol aplikovať túto technológiu na výrobu rebrovaných stenových panelov pre určité lietadlo, čím dosiahol pôvodný cieľ aplikovať technológiu „dvojitého laserového zvárania“ vo výrobe lietadiel. Prelomila kľúčové technológie, ako je presné riadenie laserového zvárania prídavného drôtu pre ľahké zliatiny, vyvinula integrované a inovatívne hybridné zariadenie na zváranie prídavným drôtom s dvojitým lúčom, zaviedla prvú čínsku vysokovýkonnú platformu na zváranie prídavným drôtom s dvojitým lúčom, realizovala dvojlúčové a obojstranné synchrónne zváranie T-spojov vo veľkých tenkostenných konštrukciách a úspešne ho aplikovala na zváranie kľúčových konštrukčných častí rebrovaných stenových panelov pre letectvo po prvýkrát, čo zohrala dôležitú úlohu vo vývoji nových čínskych lietadiel. V roku 2003 prešla spoločnosť HG Laser prvou domácou rozsiahlou kompletnou sadou zariadení na online zváranie pásov, ktorú poskytol HG Laser. Toto zariadenie integruje laserové rezanie, zváranie a tepelné spracovanie, čím sa spoločnosť HG Laser stala jedným zo štvrtých podnikov na svete schopných vyrábať takéto zariadenia. V roku 2004 získal projekt „Vysokovýkonná laserová rezacia, zváracia a kombinovaná technológia a zariadenie na rezanie a zváranie“ od spoločnosti HG Laser Farley Laserlab druhú cenu Národnej ceny za vedecký a technologický pokrok, čím sa stala jediným laserovým podnikom v Číne s kapacitou výskumu a vývoja tejto technológie a zariadenia. S rýchlym rozvojom priemyselného laserového priemyslu trh kladie vyššie požiadavky na technológiu laserového spracovania. Laserová technológia sa postupne presúva z jednorazových aplikácií na diverzifikované aplikácie. Pokiaľ ide o laserové spracovanie, už sa neobmedzuje len na jednotlivé rezanie alebo zváranie. Dopyt na trhu po integrovaných zariadeniach na laserové spracovanie, ktoré kombinujú rezanie a zváranie, rastie, a preto sa objavili integrované zariadenia na laserové rezanie a zváranie. Spoločnosť HG Laser Farley Laserlab vyvinula integrovaný rezací a zvárací stroj Walc9030 s ultra veľkým formátom 9×3 metre, ktorý je v súčasnosti najväčším integrovaným zariadením na laserové rezanie a zváranie na svete. Walc9030 je veľkoformátové rezacie a zváracie zariadenie, ktoré integruje...funkcie laserového rezania a laserového zváraniaJe vybavený profesionálnou rezacou hlavou a zváracou hlavou, pričom obe spracovateľské hlavy zdieľajú jeden lúč. Technológia numerického riadenia zaisťuje, že sa navzájom neovplyvňujú. Zariadenie dokáže súčasne vykonávať dva procesy, ktoré vyžadujú rezanie a zváranie. Môže voľne prepínať medzi rezaním najprv a potom zváraním alebo zváraním najprv a potom rezaním, čím sa realizujú funkcie laserového rezania aj zvárania s jedným zariadením bez potreby ďalšieho vybavenia. To šetrí náklady na zariadenia pre výrobcov aplikácií, zlepšuje efektivitu spracovania a rozsah spracovania. Navyše vďaka integrácii rezania a zvárania je plne zaručená presnosť spracovania a výkon zariadenia je efektívny a stabilný. Okrem toho prekonal ťažkosti s tepelnou deformáciou plechov počas zvárania ultra veľkých plechov na mieru a stabilne realizoval ultra dlhé optické dráhy. Dokáže zvárať dva ploché plechy s dĺžkou 6 metrov a šírkou 1,5 metra naraz a zvarený povrch je hladký a plochý bez dodatočného následného spracovania. Zároveň dokáže rezať plechy so šírkou 3 metre, dĺžkou viac ako 6 metrov a hrúbkou menšou ako 20 mm v jednom procese tvárnenia bez sekundárneho polohovania. Šen-jangský inštitút automatizácie Čínskej akadémie vied nadviazal medzinárodnú spoluprácu so spoločnosťou IHI Corporation (Japonsko). V súlade s národnou stratégiou vedeckého a technologického rozvoja „zavedenie, spracovanie, absorpcia a reinovácia“ prekonal niekoľko kľúčových technológiílaserové zváranie na mieru, v septembri 2006 vyvinula prvú sadu kompletných výrobných liniek na laserové zváranie na mieru v Číne a úspešne vyvinula robotický systém laserového zvárania, ktorý realizuje laserové zváranie rovinných a priestorových kriviek. V októbri 2013 získal čínsky odborník na zváranie cenu Brook Award, najvyššie akademické ocenenie v oblasti zvárania. Zváračský inštitút (TWI, Spojené kráľovstvo) každoročne odporúča a nominuje kandidátov z viac ako 4 000 členských jednotiek vo viac ako 120 krajinách a nakoniec udeľuje túto cenu jednému odborníkovi ako uznanie za jeho vynikajúci prínos k vede a technológii zvárania alebo spájania a jeho priemyselnému využitiu. Toto ocenenie nie je len uznaním Gonga Shuiliho a jeho tímu, ale aj potvrdením úlohy spoločnosti AVIC pri podpore pokroku v technológii spájania materiálov.
## Štrukturálne parametre
### Pracovné zariadenie Skladá sa z optického oscilátora a média umiestneného medzi zrkadlami na oboch koncoch dutiny oscilátora. Keď je médium excitované do vysokoenergetického stavu, začne generovať svetelné vlny v fáze, ktoré sa odrážajú tam a späť medzi zrkadlami na oboch koncoch a vytvárajú efekt fotoelektrického zreťazenia. To zosilňuje svetelné vlny a keď sa získa dostatočná energia, laser sa emituje. Laser možno definovať aj ako zariadenie, ktoré premieňa primárne zdroje energie, ako je elektrická energia, chemická energia, tepelná energia, svetelná energia alebo jadrová energia, na elektromagnetické žiarenie so špecifickými optickými frekvenciami (ultrafialové svetlo, viditeľné svetlo alebo infračervené svetlo). Túto premenu je možné ľahko vykonať v určitých pevných, kvapalných alebo plynných médiách. Keď sú tieto médiá excitované vo forme atómov alebo molekúl, produkujú svetelný lúč s takmer rovnakou fázou a takmer jednou vlnovou dĺžkou – laser. Vďaka svojej vlastnosti v fáze a jednej vlnovej dĺžke je uhol divergencie veľmi malý a môže sa prenášať na veľkú vzdialenosť predtým, ako sa vysoko koncentruje, aby poskytoval funkcie, ako je zváranie, rezanie a tepelné spracovanie. ### Klasifikácia laserov Na zváranie sa používajú hlavne dva typy laserov, a to CO₂ lasery a Nd:YAG lasery. CO₂ lasery aj Nd:YAG lasery sú voľným okom neviditeľné infračervené svetlo. Lúč generovaný Nd:YAG laserom je prevažne blízke infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou 1,06 μm. Tepelné vodiče majú relatívne vysokú mieru absorpcie svetla s touto vlnovou dĺžkou a pre väčšinu kovov je odrazivosť 20 % – 30 %. Lúč blízkeho infračerveného žiarenia je možné pomocou štandardných optických šošoviek zaostriť na priemer 0,25 mm. Lúč CO₂ laseru je ďaleké infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou 10,6 μm. Väčšina kovov má pre tento typ svetla odrazivosť 80 % – 90 %, preto sú na zaostrenie lúča na priemer 0,75 – 1,0 mm potrebné špeciálne optické šošovky. Výkon Nd:YAG laserov môže vo všeobecnosti dosiahnuť približne 4 000 – 6 000 W a maximálny výkon teraz dosiahol 10 000 W. Naproti tomu výkon CO₂ laserov môže ľahko dosiahnuť 20 000 W alebo aj viac. Vysokovýkonné CO₂ lasery riešia problém vysokej odrazivosti prostredníctvom efektu kľúčovej dierky. Keď sa povrch materiálu ožiarený svetelnou škvrnou roztaví, vytvorí sa kľúčová dierka. Táto kľúčová dierka naplnená parou je ako čierne teleso, ktoré absorbuje takmer všetku energiu dopadajúceho svetla. Rovnovážna teplota vo vnútri kľúčovej dierky dosahuje približne 25 000 °C a odrazivosť rýchlo klesá v priebehu niekoľkých mikrosekúnd. Hoci sa vývoj CO₂ laserov stále zameriava na vývoj a výskum zariadení, už nejde o zvyšovanie maximálneho výstupného výkonu, ale o to, ako zlepšiť kvalitu lúča a jeho zaostrovací výkon. Okrem toho, keď sa argón používa ako ochranný plyn pri zváraní CO₂ laserom s výkonom nad 10 kW, často indukuje silnú plazmu, ktorá znižuje hĺbku prieniku. Preto sa hélium, ktoré negeneruje plazmu, často používa ako ochranný plyn pri zváraní vysokovýkonným CO₂ laserom. Použitie kombinácií diódových laserov na budenie vysokovýkonných kryštálov Nd:YAG je dôležitou témou výskumu a vývoja, ktorá výrazne zlepší kvalitu laserových lúčov a zefektívni laserové spracovanie. Použitie priamych diódových polí na budenie a výstup laserov v blízkej infračervenej oblasti dosiahlo priemerný výkon 1 kW a účinnosť fotoelektrickej konverzie takmer 50 %. Diódy majú tiež dlhšiu životnosť (10 000 hodín), čo pomáha znižovať náklady na údržbu laserových zariadení. Vývoj zariadení s diódovo čerpanými pevnolátkovými lasermi (DPSSL) tiež napreduje.
Čas uverejnenia: 27. augusta 2025
