Metody svařování mikro a malých dílů Laserové svařování je efektivní a přesná metoda svařování, která využívá laserový paprsek s vysokou hustotou energie jako zdroj tepla. Je to jedna z důležitých aplikací technologie laserového zpracování materiálů. V 70. letech 20. století se používalo hlavně pro svařování tenkostěnných materiálů a nízkorychlostní svařování a tento proces svařování patřil k typu tepelné vodivosti. Konkrétně laserové záření ohřívá povrch obrobku a teplo z povrchu difunduje dovnitř tepelnou vodivostí. Řízením parametrů, jako je šířka, energie, špičkový výkon a opakovací frekvence laserových pulzů, se obrobek taví a vytváří specifickou taveninu. Díky svým jedinečným výhodám se úspěšně používá v...přesné svařování mikro a malých dílů.Čínská technologie laserového svařování se řadí mezi nejmodernější na světě. Disponuje technologií a schopností tvarovat složité součásti z titanových slitin o velikosti přes 12 metrů čtverečních pomocí laseru a byla použita při výrobě prototypů a produktů v rámci řady domácích výzkumných projektů v oblasti letectví. V říjnu 2013 získal čínský odborník na svářečskou práci cenu Brook Award, nejvyšší akademické ocenění v oblasti svařování, což potvrdilo světovou úroveň čínského laserového svařování.
## Historie vývoje První laserový paprsek na světě byl generován v roce 1960 buzením rubínových krystalů zábleskovou lampou. Vzhledem k omezené tepelné kapacitě krystalu mohl produkovat pouze velmi krátké pulzní paprsky s nízkou frekvencí. Přestože okamžitá špičková energie pulzu mohla dosáhnout až 10^6 wattů, stále patřila k nízkoenergetickým paprskům. Krystalová tyčinka z neodymiem dopovaného yttriovo-hlinitého granátu (Nd:YAG) s neodymem (Nd) jako excitačním prvkem dokáže generovat kontinuální laserový paprsek o jedné vlnové délce s výkonem 1–8 kW. YAG laser s vlnovou délkou 1,06 μm lze připojit k laserové obráběcí hlavě pomocí flexibilního optického vlákna, což umožňuje flexibilní uspořádání zařízení a je vhodný pro svařování obrobků o tloušťce 0,5–6 mm. CO₂ laser, využívající oxid uhličitý jako excitant (s vlnovou délkou 10,6 μm), může dosáhnout výstupní energie až 25 kW a provádět jednorázové plně penetrační svařování plechů o tloušťce 2 mm. Široce se používá při zpracování kovů v průmyslovém sektoru. V polovině 80. let 20. století přitahovalo laserové svařování jako nová technologie širokou pozornost v Evropě, Spojených státech a Japonsku. V roce 1985 společnosti ThyssenKrupp Steel AG (Německo) a Volkswagen AG (Německo) spolupracovaly na úspěšném zavedení prvního laserově svařovaného polotovaru na světě na karoserii Audi 100. V 90. letech 20. století začali velcí výrobci automobilů v Evropě, Severní Americe a Japonsku široce používat technologii laserově svařovaných polotovarů při výrobě karoserií automobilů. Praktické zkušenosti z laboratoří i od výrobců automobilů prokázaly, že laserově svařované polotovary lze úspěšně aplikovat při výrobě karoserií automobilů. Laserové svařování na míru využívá laserovou energii k automatickému spojování a svařování několika druhů ocelí, nerezových ocelí, hliníkových slitin atd. s různými materiály, tloušťkami a povlaky do integrovaného plechu, profilu nebo sendvičového panelu. To splňuje různé požadavky na materiálové vlastnosti součástí a dosahuje lehkého zařízení s nejnižší hmotností, optimální strukturou a nejlepším výkonem. V rozvinutých zemích, jako je Evropa a Spojené státy,laserové svařování na míruPoužívá se nejen ve výrobě dopravních prostředků, ale široce se uplatňuje i v oblastech, jako je stavebnictví, mosty, výroba svařovaných plechů pro domácí spotřebiče a svařování ocelových plechů na válcovacích linkách (spojování plechů při kontinuálním válcování). Mezi světově uznávané podniky zabývající se laserovým svařováním patří Soudonic (Švýcarsko), ArcelorMittal Group (Francie), ThyssenKrupp TWB (Německo), Servo-Robot (Kanada) a Precitec (Německo). Aplikace technologie laserového svařování polotovarů v Číně právě začala. 25. října 2002 byla oficiálně uvedena do provozu první profesionální komerční výrobní linka v Číně pro laserové svařované polotovary. Byla představena společností Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding od ThyssenKrupp TWB (Německo). Později byly postupně uvedeny do výroby společnosti Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. a další podniky. V roce 2003 zahraniční země realizovaly svařování přídavným drátem s dvojitým paprskem CO₂ laseru a...Svařování přídavným drátem YAG laserempro konstrukci spodního stěnového panelu z hliníkové slitiny A318. Tato technologie nahradila tradiční nýtovanou konstrukci, čímž snížila hmotnost trupu letadla o 20 % a ušetřila 20 % nákladů. Gong Shuili věřil, že technologie laserového svařování bude hrát významnou roli v transformaci a modernizaci tradičního čínského leteckého průmyslu. Okamžitě podal žádost o řadu souvisejících předvýzkumných projektů, zorganizoval výzkumný tým a ujal se vedení při zavádění technologie „dvoupaprskového laserového svařování“ do výzkumných projektů v Číně. Od samého začátku plánoval aplikaci této technologie ve výrobě letadel. Čínský expertní tým nahlásil předběžnou technologii institutu pro konstrukci letadel a propagoval výhody a proveditelnost dvoupaprskového laserového svařování. Po několika ověřeních a hodnoceních se institut rozhodl aplikovat tuto technologii na výrobu žebrovaných stěnových panelů pro určité letadlo, čímž dosáhl původního cíle aplikace technologie „dvoupaprskového laserového svařování“ ve výrobě letadel. Společnost prolomila klíčové technologie, jako je přesné řízení laserového svařování přídavných drátů pro lehké slitiny, vyvinula integrované a inovativní hybridní svařovací zařízení s dvojitým laserovým svařováním přídavných drátů, zavedla první v Číně vysoce výkonnou platformu pro dvojité laserové svařování přídavných drátů, realizovala dvojité a oboustranné synchronní svařování T-spojů ve velkých tenkostěnných konstrukcích a poprvé jej úspěšně aplikovala na svařovací výrobu klíčových konstrukčních částí žebrovaných stěnových panelů pro letectví, což sehrálo důležitou roli ve vývoji nových čínských letadel. V roce 2003 prošla offline schvalovací zkouškou první domácí velkoobjemová kompletní sada zařízení pro online pásové svařování dodaná společností HG Laser. Toto zařízení integruje laserové řezání, svařování a tepelné zpracování, čímž se společnost HG Laser stala jedním ze čtvrtých podniků na světě schopných taková zařízení vyrábět. V roce 2004 získal projekt „Vysoce výkonná laserová řezací, svařovací a kombinovaná technologie a zařízení pro řezání a svařování“ od společnosti HG Laser Farley Laserlab druhou cenu Národní ceny za vědecký a technologický pokrok, čímž se stala jediným laserovým podnikem v Číně s výzkumnými a vývojovými schopnostmi v oblasti této technologie a zařízení. S rychlým rozvojem průmyslového laserového průmyslu klade trh vyšší požadavky na technologii laserového zpracování. Laserová technologie se postupně přesouvá od jednorázových k diverzifikovaným aplikacím. Pokud jde o laserové zpracování, není omezeno pouze na jednotlivé řezání nebo svařování. Poptávka po integrovaných laserových zařízeních pro zpracování, která kombinují řezání a svařování, roste, a proto se objevila integrovaná laserová řezací a svařovací zařízení. Společnost HG Laser Farley Laserlab vyvinula integrovaný řezací a svařovací stroj Walc9030 s ultra velkým formátem 9×3 metry, který je v současnosti největším integrovaným laserovým řezacím a svařovacím zařízením na světě. Walc9030 je velkoformátové řezací a svařovací zařízení, které integruje...funkce laserového řezání a laserového svařováníJe vybaven profesionální řezací hlavou a svařovací hlavou, přičemž obě obráběcí hlavy sdílejí jeden paprsek. Technologie numerického řízení zajišťuje, že se vzájemně neovlivňují. Zařízení dokáže současně provádět dva procesy, které vyžadují řezání a svařování. Může volně přepínat mezi řezáním nejprve a poté svařováním nebo svařováním nejprve a poté řezáním, čímž realizuje funkce laserového řezání i svařování s jedním zařízením bez nutnosti dalšího vybavení. To šetří náklady na zařízení pro výrobce aplikací, zlepšuje efektivitu zpracování a rozsah zpracování. Navíc díky integraci řezání a svařování je plně zaručena přesnost zpracování a výkon zařízení je efektivní a stabilní. Kromě toho překonává obtíže s tepelnou deformací plechů během svařování ultra velkých plechů na míru a stabilně realizuje ultra dlouhé optické dráhy. Dokáže svařovat dva ploché plechy o délce 6 metrů a šířce 1,5 metru najednou a svařovaný povrch je hladký a plochý bez dalšího následného zpracování. Zároveň dokáže řezat plechy o šířce 3 metry, délce více než 6 metrů a tloušťce menší než 20 mm v jednom tvářecím procesu bez sekundárního polohování. Šen-jangský institut automatizace Čínské akademie věd uskutečnil mezinárodní spolupráci se společností IHI Corporation (Japonsko). V souladu s národní strategií vědeckotechnického rozvoje „zavádění, vstřebávání, vstřebávání a reinovace“ překonal několik klíčových technologiílaserové svařování na míru, v září 2006 vyvinula první sadu kompletních výrobních linek pro laserové svařování na míru v Číně a úspěšně vyvinula robotický systém laserového svařování, který realizuje laserové svařování rovinných a prostorových křivek. V říjnu 2013 získal čínský odborník na svařování cenu Brook Award, nejvyšší akademické ocenění v oblasti svařování. Svářečský institut (TWI, Spojené království) každoročně doporučuje a nominuje kandidáty z více než 4 000 členských jednotek ve více než 120 zemích a nakonec uděluje tuto cenu jednomu odborníkovi jako uznání za jeho mimořádný přínos vědě a technologii svařování nebo spojování a jeho průmyslovému využití. Toto ocenění není jen uznáním Gonga Shuiliho a jeho týmu, ale také potvrzením role společnosti AVIC v podpoře pokroku v technologii spojování materiálů.
## Strukturální parametry
### Pracovní zařízení Skládá se z optického oscilátoru a média umístěného mezi zrcadly na obou koncích dutiny oscilátoru. Když je médium excitováno do vysokoenergetického stavu, začne generovat světelné vlny v fázi, které se odrážejí tam a zpět mezi zrcadly na obou koncích a vytvářejí fotoelektrický zřetězovací efekt. Tím se světelné vlny zesilují a po získání dostatečné energie je emitován laser. Laser lze také definovat jako zařízení, které přeměňuje primární zdroje energie, jako je elektrická energie, chemická energie, tepelná energie, světelná energie nebo jaderná energie, na elektromagnetické záření o specifických optických frekvencích (ultrafialové světlo, viditelné světlo nebo infračervené světlo). Tuto přeměnu lze snadno provést v určitých pevných, kapalných nebo plynných médiích. Když jsou tato média excitována ve formě atomů nebo molekul, produkují světelný paprsek s téměř stejnou fází a téměř jednou vlnovou délkou – laser. Díky své vlastnosti v fázi a jedné vlnové délce je úhel divergence velmi malý a může být přenášen na velkou vzdálenost, než je vysoce koncentrován, aby poskytoval funkce, jako je svařování, řezání a tepelné zpracování. ### Klasifikace laserů Pro svařování se používají hlavně dva typy laserů, a to CO₂ lasery a Nd:YAG lasery. Jak CO₂ lasery, tak Nd:YAG lasery jsou pouhým okem neviditelné infračervené světlo. Paprsek generovaný Nd:YAG laserem je převážně blízké infračervené světlo s vlnovou délkou 1,06 μm. Tepelné vodiče mají pro světlo této vlnové délky relativně vysokou míru absorpce a u většiny kovů je odrazivost 20 %–30 %. Paprsek blízkého infračerveného záření lze pomocí standardních optických čoček zaostřit na průměr 0,25 mm. Paprsek CO₂ laseru je vzdálené infračervené světlo s vlnovou délkou 10,6 μm. Většina kovů má pro tento typ světla odrazivost 80 %–90 %, proto jsou pro zaostření paprsku na průměr 0,75–1,0 mm zapotřebí speciální optické čočky. Výkon Nd:YAG laserů může obecně dosáhnout přibližně 4 000–6 000 W a maximální výkon nyní dosáhl 10 000 W. Naproti tomu výkon CO₂ laserů může snadno dosáhnout 20 000 W nebo i více. Vysoce výkonné CO₂ lasery řeší problém vysoké odrazivosti pomocí efektu klíčové dírky. Když se povrch materiálu ozářený světelnou skvrnou roztaví, vytvoří se klíčová dírka. Tato klíčová dírka naplněná párou je jako černé těleso, které absorbuje téměř veškerou energii dopadajícího světla. Rovnovážná teplota uvnitř klíčové dírky dosahuje přibližně 25 000 °C a odrazivost během několika mikrosekund rychle klesá. Ačkoli se vývoj CO₂ laserů stále zaměřuje na vývoj a výzkum zařízení, nejde již o zvyšování maximálního výstupního výkonu, ale o to, jak zlepšit kvalitu paprsku a jeho zaostřovací výkon. Kromě toho, když se argon používá jako ochranný plyn pro svařování CO₂ laserem s výkonem nad 10 kW, často indukuje silnou plazmu, která snižuje hloubku průniku. Proto se hélium, které plazmu negeneruje, často používá jako ochranný plyn pro svařování vysoce výkonným CO₂ laserem. Použití kombinací diodových laserů pro buzení vysoce výkonných krystalů Nd:YAG je důležitým tématem výzkumu a vývoje, které výrazně zlepší kvalitu laserových paprsků a zajistí efektivnější laserové zpracování. Použití přímých diodových polí k buzení a výstupu laserů v blízké infračervené oblasti dosáhlo průměrného výkonu 1 kW a účinnosti fotoelektrické konverze téměř 50 %. Diody mají také delší životnost (10 000 hodin), což pomáhá snižovat náklady na údržbu laserových zařízení. Vývoj zařízení s diodově buzenými pevnolátkovými lasery (DPSSL) také pokročil.
Čas zveřejnění: 27. srpna 2025
