W branży spawalniczej poważnym wyzwaniem jest niedobór wykwalifikowanych pracowników. Tradycyjne techniki spawania, takie jak TIG i MIG, często wymagają lat doświadczenia, aby je opanować. Jednak nowoczesne rozwiązania, w szczególności ręczne spawanie laserowe, oferują rozwiązanie, którego można się nauczyć w ciągu tygodni, a nie lat. Niniejszy artykuł, autorstwa Joe Dallarosy, analizuje podstawowe różnice między tradycyjnymi metodami spawania a spawaniem laserowym, pomagając spawaczom zrozumieć, w jaki sposób ta nowoczesna technika może zwiększyć produktywność i rentowność.
Nowoczesne opcje spawania: Fotony kontra elektrony
Wiele tradycyjnych procesów spawalniczych wykorzystuje energię elektryczną lub elektrony do uzyskania fuzji między metalowymi częściami. Procesy te obejmują między innymi spawanie wiązką elektronów (EB), spawanie łukiem wolframowym (TIG), spawanie łukiem krytym (SMAW), spawanie łukiem metalowym (MIG lub MAG), spawanie wodorem atomowym, spawanie punktowe, spawanie łukiem plazmowym, spawanie łukiem węglowym i spawanie łukiem ciągnionym (spawanie kołków). W tym artykule omówiono podstawowe różnice między spawaniem laserowym fotonami a elektronami.
Tradycyjne techniki spawania
Proces tradycyjnego spawania elektronami wymaga źródła napięcia, które może być prądem przemiennym lub stałym. Źródło to dostarcza prąd o natężeniu odpowiednim do grubości spawanego materiału. Elektrony są dostarczane do przedmiotu spawanego za pomocą zasilanej elektrody, którą może być końcówka wolframowa (TIG), drut metalowy (MIG) lub pręt pokryty topnikiem (SMAW). Obrabiany przedmiot musi być również podłączony do uziemienia elektrycznego, aby prąd mógł przepływać.
Zasada spawania elektronowego jest prosta: łuk elektryczny łączy elektrodę z elementem spawanym, powodując przepływ prądu elektrycznego (elektronów) tworzących plazmę. Ta plazma i przepływ prądu wytwarzają roztopione jeziorko spawalnicze, które łączy dwie części, zestalając się w miarę przesuwania się łuku.
To stopione jeziorko może osiągnąć temperaturę 2500°C (4530°F) i musi być chronione przed utleniającą atmosferą za pomocą gazu osłonowego, takiego jak azot, argon lub hel. Nowoczesne urządzenia spawalnicze są wyposażone w precyzyjną kontrolę prądu, modulację częstotliwości radiowej do inicjowania i stabilizacji łuku, funkcję łuku pulsacyjnego i inne funkcje ułatwiające uzyskanie wysokiej jakości spoin.
Wyzwania związane z tradycyjnym spawaniem
Należy zauważyć, że spawanie elektronowe prądem stałym DC generuje pole magnetyczne, które może zakłócać łuk i powodować, że nie będzie on płynął najkrótszą drogą do przedmiotu spawanego. Może to prowadzić do niespójności w ściegu spoiny, takich jak rozpryski i porowatość. Ponieważ prąd przemienny jest zmienny, ma to niewielki wpływ na wytwarzanie pola magnetycznego. Procesy DC są ogólnie preferowane przez spawaczy, ponieważ wytwarzają bardziej kontrolowany łuk, co skutkuje mniejszym rozpryskiem i lepiej wyglądającymi ściegami spoiny.
Tradycyjne procesy spawania wytwarzają dużą strefę wpływu ciepła (HAZ), powodując zmiany właściwości otaczającego materiału. Może to prowadzić do powstania wielu obszarów o różnych właściwościach, wpływających na jakość i wytrzymałość spoiny.
Spawanie laserowe - nowoczesna alternatywa
Spawanie laserowe stanowi nowoczesną alternatywę dla tradycyjnych metod, oferując precyzyjne i wydajne rezultaty. Pierwszy działający laser został wprowadzony w życie w 1960 roku przez Theodore'a Maimana. W ciągu nieco ponad sześciu dekad lasery stały się integralną częścią nowoczesnej infrastruktury. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że czytając ten artykuł, bezpośrednio lub pośrednio korzystasz z lasera. Korzystanie z lasera wiąże się z kilkoma różnymi cechami światła, takimi jak długość fali (kolor), moc, rozmiar plamki laserowej oraz używanie lasera w trybie fali ciągłej (CW) lub w trybie impulsowym, zmieniającym częstotliwość powtarzania i szerokość impulsu (jak długo światło jest włączone w danym cyklu).
Spawanie laserowe wymaga źródła fotonów, które mogą być dostarczane do przedmiotu obrabianego bezpośrednio przez diody laserowe lub poprzez kierowanie światła laserowego przez światłowód (znany jako "pompowanie"), który jest domieszkowany materiałem, który wytworzy specyficzne światło laserowe dla danego zastosowania. Światło to (fotony) jest następnie przesyłane przez włókno szklane, a następnie przez szereg soczewek, gdzie jest skupiane na materiale. Światło to znajduje się w podczerwonej części widma, w której wytwarzane światło laserowe jest zarówno wydajne, jak i może być pochłaniane przez niektóre metale. Wyobraź sobie, że używasz szkła powiększającego, aby rozpalić ogień za pomocą słońca - spawanie laserowe działa na tej samej zasadzie.
Rodzaje spawania laserowego
Spawanie z przewodzeniem ciepła
Proces ten wykorzystuje skupione światło do podgrzania materiału przy powierzchni, tworząc jeziorko spawalnicze, które szybko stygnie i krzepnie, łącząc części. Energia fotonów przedostaje się do strefy spawania poprzez przewodzenie ciepła, tworząc gładką, estetyczną i precyzyjną spoinę.
Głęboka penetracja/spawanie otworów
Proces ten wykorzystuje wąską wiązkę skupionego światła do utworzenia głębokiego, wąskiego kanału stopionego materiału. Opary metalu są uwalniane jako produkt uboczny tej ekstremalnej ilości energii uderzającej w obrabiany przedmiot i tworzącej wnękę w ciągu kilku milisekund. Ta wypełniona oparami wnęka jest znana jako dziurka od klucza, która wypełnia się stopionym metalem w miarę przesuwania się lasera. Ten rodzaj spawania tworzy wąski kanał spawalniczy, który może być stosowany do materiałów o grubości pół cala lub większej.
Zalety spawania laserowego
Udokumentowano, że spawanie laserowe jest do 10 razy szybsze niż konwencjonalne spawanie elektronowe. Wytwarza niewielką plamkę skoncentrowanego światła o gęstości mocy bliskiej 10 MW/cm² (1,6 MW/in²), co skutkuje mniejszą strefą wpływu ciepła. Zapewnia to wyraźne korzyści w zakresie wytrzymałości, wyglądu i integralności spoiny. Ponadto, spawania laserowego można się szybko nauczyć, co stanowi odpowiedź na niedobór talentów w branży, umożliwiając nowym pracownikom zdobycie biegłości w ciągu tygodni zamiast lat.
Wnioski
Spawanie laserowe oferuje wiele korzyści w porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania, w tym zwiększoną wydajność, precyzję i krótszy czas szkolenia. Przechodząc na spawanie laserowe, firmy mogą zaradzić niedoborowi talentów, poprawić produktywność i zwiększyć rentowność. Szczególnym postępem w tej dziedzinie jest ręczne spawanie laserowe, które łączy w sobie precyzję i wydajność tradycyjnego spawania laserowego z elastycznością i łatwością użytkowania potrzebną w różnych środowiskach pracy. Ręczne spawarki laserowe, takie jak spawarka laserowaTheo MA1, są idealne do zadań wymagających mobilności i wszechstronności, co czyni je doskonałym wyborem dla nowoczesnych potrzeb spawalniczych.
Bądź na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami w technologii spawania, zapisując się do naszego newslettera. Otrzymuj aktualizacje, porady i spostrzeżenia ekspertów bezpośrednio na swoją skrzynkę odbiorczą. Zarejestruj się poniżej.
