7/25/2019 NedoumicePrije

1/3

Lipanj 31 (2/2015) Godina 9126

ZAVARIVANJE I REZANJE

Cilj lanka je dati prednosti i opisati ogranienja, koja valja imatina umu pri oblikovanju i izradi proizvoda u proizvodnim uvjetima.

Laser se u proizvodnim uvjetima moe primjenjivati za rezanje,zavarivanje, buenje, povezivanje, toplinsku i zavrnu obradu, zaoznaavanje te nabrizgavanje. Prednost laserske zrake je njegovauniverzalnost, jer se uz manje promjene ista zraka moe primijeni-ti za razliite tehnoloke operacije na istom ureaju.

Laserski moemo zavarivati provodno ili konduktivno bez ispari-vanja materijala, ili s isparavanjem u zazoru (Slika 1a, b), a polimerei prijenosom laserske zrake preko transparentnog polimera (Slika

1c). U praksi se primjenjuje i hibridno lasersko zavarivanje, gdjenajee kombiniramo MIG zavarivanje s laserskim zavarivanjem(Slika 1d). Pri provodnom laserskom zavarivanju postiemo manju

dubinu laserske zrake, iri zavar i veu zonu utjecaja topline (ZUT).Izgled zavara je estetski lijep i gladak. Takav nain zavarivanja seprimjenjuje za zavarivanje tanjih pripremaka, kao to su folije, ice,

tankostjene cijevi itd. Pri zavarivanju s isparavanjem u zazoru,

Nedoumice prije uvoenja laserskihtehnologija u proizvodni proces

U posljednje vrijeme laserski sustavi postaju jeftiniji, a time i

dostupniji za itavu paletu proizvodnje. Stoga se ubrzo postavlja

pitanje opravdanosti uvoenja laserskog sustava, koje su

tehnoloke ili ekonomske prednosti te hoemo li ih moi uspjeno

iskoristiti i u svom sluaju.

Damjan Klobar

postiemo vee dubine zavara, zavari su ui, a ZUT je manja.Zavarivanje s isparavanjem u zazoru primjereno je za laserskozavarivanje debljih materijala, dok je zavarivanje tankih materijala sisparavanjem u zazoru iznimno zahtjevno. Za postizanje zavariva-nja s isparavanjem u zazoru, trebamo lasere veih snaga, odnosnogustoe snaga laserske zrake vie od 106 W/cm2(Slika 2). Na iskori-

stivost energije laserske zrake utjee i apsorpcija laserskog svjetla umaterijalu, koja ovisi o valnoj duljini laserske zrake (Slika 3).

a)

c)

b)

d)

Slika 1: Lasersko zavarivanje a) s provoenjem topline, b) s parnicom, c) s

prijenosom zrake preko transparentnog polimera i d) hibridno zavarivanje [1]

Slika 2: Utjecaj gustoe snage laserske zrake na dubinu zavara [1]

Slika 3: Utjecaj valne duljine svjetlosti na apsorpciju energije laserske

zrake [1]

7/25/2019 NedoumicePrije

2/3

Lipanj 31 (2/2015) Godina 9 127

ZAVARIVANJE I REZANJE

Prednosti laserskog zavarivanja

Meu prednosti ubrajamo minimalni unos topline, koji uzrokujemanje savijanja i deformacija na proizvodu, manju zonu utjecaja

topline i uski zavar. Nainjeni spojevi mogu postii veu vrstou(mogunost oblikovanja zavara Slika 4) te poboljanju krutostkonstrukcije (Slika 7), uz istodobnu manju masu proizvoda (slike

od 3 do 6). S pomou laserske zrake moemo zavarivati na tekodostupnim mjestima, koje s pomou drugih postupak zavarivanjane bismo mogli dosei (uski utori, dostupnost samo s jedne strane).

Lasersko zavarivanje je zavarivanje visoke kvalitete, omoguujeujednaenu penetraciju i izgled zavara, ponovljivost, mogue ga jeautomatizirati i integrirati u postojeu opremu i proizvodni proces.

Lasersko zavarivanje je prilagodljivo, jer se laserskom zrakom moejednostavno upravljati, dijeliti je, zavarivati razliite materijale iproizvode na razliitim mjestima u proizvodnji. Zavarivanje radi

visoke gustoe energije laserske zrake i naprednog te brzog uprav-ljanja, najee je bre od klasinog lunog ili elektro-otpornog

zavarivanja. Lasersko zavarivanje moe biti i cjenovno konkuren-tno, ukoliko se uspiju iskoristiti njegove prednosti, koje obuhvaaju

visoku produktivnost, kratka vremena ciklusa (potreban je manjibroj proizvodnih elija), smanjenje broja loih proizvoda i poprava-ka, smanjenje koliine runog rada, smanjenje potrebnog materijalai mase proizvoda, te ukoliko s pomou zamjene tehnologije zavari-

vanja iskljuimo neku drugu tehnoloku operaciju.

Slika 4: Oblikovanje zavara obzirom na optereennje [1]

Prednost laserskog zavarivanja pred elektro-otpornim

Lasersko zavarivanje u odnosu na tokasto elektro-otpornozavarivanje ima nekoliko prednosti. Prva je smanjenje veliineprirubnica (Slika 5). Manje prirubnice, ugraene u automobilsku

karoseriju, imaju manju veliinu i masu, za izradu se koristi manjematerijala, a to smanjuje trokove izrade. Dodatna prednost jepoveanje vidljivosti iz automobila i laki pristup u vozilo (Slika5). Sljedea prednost je vea vrstoa i krutost komponenata iproizvoda, koje postiemo lokalnim poveanjem vrstoe i krutostikomponenata, optimiranjem oblika i poloaja zavara obzirom naoptereenja (Slika 6a) te uklanjanjem otvora za pristup elektroda(Slika 6b). Sa zatvorenim nosaem naime smanjujemo debljinu sti-jenke nosaa, a time i masu komponente. Kako se laserskim zavari-vanjem brzina spajanja obino povea, vremena ciklusa mogu bitibitno kraa, pa za zavarivanje trebamo manje mjesta zavarivanjai opreme, a manje su i potrebe za prostorom (Tablica 2 i Slika 8).Pri uporabi laserskog zavarivanja nije potrebno toliko prostora zapristup mjestu spajanja, mogue je zavarivanje na udaljenim, tekodostupnim i tijesnim mjestima. Sa stajalita odravanja, otpadajusvi poslovi povezani s popravcima istroenih i deformiranih elek-troda za elektro-otporno zavarivanje i njihove zamjene, radi ega jepotreban i manji broj zaposlenika.

Slika 5: a) Optimiranje oblika spoja obzirom na smanjenje mase te

b) smanjenje veliine prirubnica pri uporabi laserskog zavarivanja, koje

poveava vidljivost iz vozila i pristup u vozilo [1]

Slika 6: a) Oblikovanje zavara obzirom na optereenje i b) poveanje

krutosti komponente uklanjanjem otvora i smanjenjem debljine i/ili velii-

ne nosaa, ime smanjujemo masu komponente [1]

Izazovi laserskog zavarivanja u usporedbi skonvencionalnim zavarivanjem

Laserski sustavi su jo uvijek vrlo skupi u usporedbi s klasinimpostupcima zavarivanja, unato padu cijene lasera i razvoju novihvrsta lasera, koji imaju veu iskoristivost energije. Za uspjeno

zavarivanje potrebno je pripremiti obratke u uskim dimenzijskimtolerancijama, s odgovarajue pripremljenim rubovima za zavari-vanje (ravan rez bez polumjera i konusnih stranica pri sueonomzavarenom spoju), odgovarajuim alatima i steznim napravama.

a)

b)

a)

b)

7/25/2019 NedoumicePrije

3/3

Lipanj 31 (2/2015) Godina 9128

ZAVARIVANJE I REZANJE

Primjer Passat

Sljedei primjer je laserskozavarivanje sa skeniranjem

poklopca prtljanika VWPassata (Slika 8). Pri izradi pokrova tokastim elektro-otpornimzavarivanjem, izradili su 34 zavarene toke, pri emu su kodproizvoda upisivali mehaniki. elija za zavarivanje je trebala etirirobota i pet klijeta za zavarivanje. Vrijeme spajanja je iznosilo34,7 sekundi. Pri zamjeni tehnologije laserskim zavarivanjem saskeniranjem, nainili su 34 laserska C-spoja i laserom zapisali kodproizvoda. Za itav proces su trebali jedan robot i jednu optikuza skeniranje. Vrijeme zavarivanja pri uporabi lasera snage 4 kWbilo je 13 sekundi, a pri uporabi lasera snage 6 kW, manje od 10sekundi.

Slika 8: Lasersko skenirno zavarivanje poklopca prtljanika VW Pasata

Tada (2004, Trumpf, [3]) su pri Volkswagenu lasere primjenjivaliza zavarivanje, lemljenje i rezanje. Na lokaciji u Wolfsburgu suinstalirali 150 l Nd:YAG lasera snage 4 kW (ukupno 250), jedanNd:YAG laser snage 1 kW (ukupno 3), 250 laserskih glava za za-varivanje (ukupno 420) te tri laserske glave za rezanje (ukupno 9).Pri tome je za potrebe rada lasera bilo potrebno osigurati 24 MWinstalirane elektrine energije (ukupno 40 MW) te za hlaenjelaserskih sustava 23 MW (ukupno 38 MW), to mnogo govori oiskoristivosti laserskih izvora. Na toj lokaciji su s pomou tih laseraizraivali 2000 vozila dnevno (ukupno vie od 3000) te izradili 140km laserski zavarenih spojeva (ukupno vie od 210 km) [3].

Viri:

[1] Dave Locke, David Havrilla: Design for Laser Welding Seminar.

Trumpf, 2013.[2] David Havrilla: Design Principles for Laser Welding. UVa 2014.[3] Tim Morris: VW Golf V Laser Processing Concept and Production

Implementation, www.autosteel.org, 2004.

Pored toga, potrebno je osigurati tono voenje laserske zrake,prije svega pri zavarivanju sueonih zavarenih spojeva. Openitovrijedi, da je pri zavarivanju sueonih zavarenih spojeva potrebnoiznimno precizno pripremiti obratke, kako bi se eliminirali sviljebovi, jer pri zazoru veem od promjera laserske zrake dolazi dozaustavljanja procesa. Stoga je preporuka vie koristiti preklopnezavarene spojeve.

Izazov za lasersko zavarivanje predstavlja i zavarivanje pocina-nog lima u preklopnom zavarenom spoju. Pri instaliranju laserskogsustava u prostoru, potrebno je voditi rauna o zraenju laserskezrake. Stoga je laserski sustav potrebno izolirati od preostalog dije-la proizvodnje s pomou odgovarajuih zatitnih kabina. Osoblje utvrtki mora biti dodatno educirano obzirom na sigurnost na radupri uporabi lasera u proizvodnji. Dodatnu edukaciju za potrebeodravanja opreme je potrebno i za osoblje odravanja.

Primjer iz automobilske industrije

Primjer Golf na Slici 7 pokazuje usporedbu i iznimno poveanjestatike i dinamike torzijske krutosti te dinamike savojne kru-

tosti s pomou laserske tehnologije pri modelu Golf V obziromna prijanju generaciju Golf IV. To je bilo postignuto djelomi-nom zamjenom tokastog elektro-otpornog zavarivanja laserskimzavarivanjem. Druge prednosti, koje su bile postignute pri modeluGolfa V bile su vea brzina spajanja, poveana produktivnost, krat-ka vremena ciklusa (30 sekundi), smanjenje potekoa s vitopere-njem radi manjeg unosa topline, ue prirubnice, odnosno spojevibez primjene prirubnica, visoka fleksibilnost spajanja prijenosomenergije laserske zrake preko kabela do razliitih elija i smanjenjeveliine proizvodnog prostora.

Slika 7: Usporedba i poveanje statike i dinamike torzijske krutosti te

dinamike savojne krutosti s laserskom tehnologijom pri modelima Golf

IV i Golf V [1]

Pri novom modelu se proizvodni prostor pri izradi stranica vozilasmanjio za 50 %, a pri izradi podvozja za 33 % (Tablica 1). Prijanjimodel Golfa je bio spojen s 4608 zavarenih toaka i 1,4 metra zava-ra, a model V s 1400 toaka i 70 metara laserskoz zavara.

Golf IV Golf V Razlika

Veliina proizvodnog prostora pri izradistranica [m2]

2816 1472 -50 %

Veliina proizvodnog prostora pri izradipodvozja [m2]

480 320 -33 %

Broj zavarenih toaka 4608 1400

Duljina laserskog zavara [m] 1,4 70

Tablica 1: Smanjenje proizvodnog prostora pri proizvodnji novog modela

na raun zamjene tehnologije spajanja