S novom tehnologijom do 70 mm zavarivanja u jednom prolazu

Izraelska tvrtka Civan Lasers je predstavila novu lasersku tehnologiju s laserom s dinamičkim snopom. Tehnologija tvrtke, koja je specijalizirana za lasere iz optičkih vlakana visoke svjetlosti i snage, nudi učinkovitiji i troškovno povoljniji pristup zavarivanju, posebice za područja, koja zahtijevaju zavarivanje čelika debljine 25–70 mm.

Zavarivanje je već od nekada ključni aspekt brojnih industrijskih branši, uključujući brodogradnju, stupove vjetroelektrana, nuklearne reaktore, kotlove, parne uređaje te naftne i plinske cijevi. Tradicionalne metode zavarivanja, kao što su GMAW (plinsko metalno lučno zavarivanje), SAW (eletkro-lučno zavarivanje pod prahom) i GMA Laser Hybrid, često su dugotrajne i uzrokuju veliku unos topline, što dovodi do velikih zona utjecaja topline (HAZ) i primjene potrošnog materijala, kao što su punilo za žicu i otapalo.

Tradicionalna tehnologija laserskog zavarivanja može bez obrade u vakuumskom okruženju postići najveću penetraciju svega nešto više od 15 mm. Međutim, s tehnologijom optičkog faznog polja (OPA), koja je bila komercijalizirana u laseru s dinamičkim snopom, ta ograničenja više ne predstavljaju prepreku.

Dinamički laseri s dinamičkim snopom omogućuju najnaprednije mogućnosti dinamičkog oblikovanja snopa za vrhunsku kontrolu zazora i rastaljenog bazena. Civano laser s dinamičkim oblikovanjem snopa (DBL) proizvođačima omogućuje, da brzo prilagode postupak zavarivanja aplikaciji, s mogućnošću kontrole oblika zrake, redoslijeda zraka, frekvencije oblikovanja i dubine žarišta pri brzini MHz bez pokretnih dijelova. Civano laseri ne poboljšavaju samo kvalitetu zavarenih spojeva, već nude i veću snagu, vežu brzinu dodavanja i učinkovitiju proizvodnju novih, kompleksnih proizvoda do različitih materijala. Tehnologija Dynamic Beam Laser omogućuje učinkovito lasersko zavarivanje debljina od 25 do 70 mm pri atmosferskom tlaku, što uklanja potrebu za vakuumskih pećima te smanjuje vrijeme i troškove, povezane s metodama u više prolaza.

Tvrtka Civan Lasers, osnovana 2008. godine, se odlikuje kao jedini ponuditelj lasera s dinamičkom zrakom. S pomoću te tehnologije proizvođači imaju mogućnost mijenjati oblik, frekvenciju i redoslijed zraka za postizanje optimalnih rezultata. Laseri s dinamičkim snopom uklanjanju raspršivanje, povećavaju snagu zavarivanja i omogućuju veće brzine zavarivanja, a istodobno omogućuju upravljanje i usmjeravanje zrake. Te napredne performanse otvaraju svije novih mogućnosti za različite aplikacije.

Ekonomičnost sustava je jasna. Zavarivanje s brzinom dodavanja 10–40 mm/s samo s jednim prolazom može skratiti ukupno vrijeme zavarivanje, što dovodi smanjivanju troškova zavarivanja za trideset puta. Pored toga, jedan laserski stroj zavaruje s deset puta većom učinkovitošću u usporedbi s drugim sustavima, zbog čega je privlačan za tvrtke koje trebaju dubinsko zavarivanje. Brojne, posebice brodograđevne tvrtke već istražuju prednosti tehnologije lasera s dinamičkim snopom, koji može preoblikovati industriju zavarivanja, te povećava učinkovitost rada i troškova zavarivanja debelih čelika. U tvrtki su uvjereni, kako će ta tehnologija njenim kupcima osigurati konkurentnu prednost te omogućiti lakše, brže i učinkovitije zavarivanje. Ruben Cesana, direktor prodaje u Civan Lasers ističe, da se investicija u njihov sustav može vratiti već prilikom zavarivanja jednog broda.

Nove funkcije znače nove aplikacije, pri čemu korisnici mogu po želji oblikovati oblik zrake (s Civano programskom opremom, koja je jednostavna za primjenu, stvarajte svoj profil zrake po mjeri, u nekoliko minuta i prenesite novi oblik zrake u laser), kontrolirati frekvenciju zrake (oblik zrake se stvara s brzim oscilacijama zrake i može postići frekvenciju do 50 MHz), ostvarivati kompleksne oblike zraka (mogu primjenjivati više oblika zrake i stvarati kompleksni oblik, koji objedinjuje statičko i dinamičko gibanje za vrhunsku kontrolu bazena taljevine), brzo usmjeravati izoštravanje (rezanje i zavarivanje dobivaju treću dimenziju s prilagođavanjem dubine izoštravanja za jednostavnu simulaciju učinka slagalice, što je posebice učinkovito kod materijala osjetljivih na napukline).

Zavari u jednom prolazu od 25 mm do 70 mm.

Teorije u domeni tehnologije

Civano laseri se temelje na koherentnom objedinjavanju zraka i optičkom faznom nizu. Civano laserska tehnologija dinamičkog snopa je tehnologija optičke fazne matrice i vrsta koherentnog objedinjavanja snopova (CBC), koja udružuje brojne jednomodne laserske zrake u jedan veći snop. Ta tehnologija omogućuje jedno stavno mijenjanje oblika zrake u stvarnom vremenu, bez pomičnih dijelova, čime se ostvaruje laser s dinamičkim snopom. Paralelno pojačavanje samo jednog vanjskog svjetlosnog signala omogućuje koherentnu rekombinaciju, čime se izlazna snaga poveća do stupnja, što sa serijskim pojačalima nije moguće postići.

Prikaz stroja za zavarivanje, posebno razvijenog za zavarivanje ploča s pomoću tehnologije lasera s dinamičkim snopom.

Tim inovatora u tvrtki Civan Lasers je zadnje desetljeće posvetio razvoju nove laserske tehnologije za primjenu u različitim branšama. Njihov laserski sustav z dinamičkom zrakom omogućuje proizvođačima upravljanje oblikom zrake, frekvencije, redoslijeda i usmjeravanja fokusa za poboljšanje kvalitete i brzine. Sa svojim naprednim mogućnostima, laseri s dinamičkim snopom otvaraju vrata nebrojenim novim aplikacijama za obradu materijala. S pomoću tehnologije koherentnog udruživanja zraka u Civano laserima s dinamičkim oblikovanjem snopa moguće je ostvariti široki raspon profila zraka.

Optički faziran niz (OPA) je jedna od CBC metoda, koja uključuje udruživanje brojnih jednomodnih laserskih zraka u jednu veću zraku. Kako svaki laser emitira svoju svjetlost, dolazi do prekrivanja u udaljenom polju, što stvara difrakcijski uzorak. Postupak omogućuje jednostavno upravljanje oblikom zrake u stvarnom vremenu. Laser se može primjenjivati kao olovka za ispisivanje željenog oblika zrake.

Redoslijed zraka dodaje još jedan stupanj prilagodljivosti. Uključuje sposobnost lasera, da unutar mikrosekundi promijeni oblik zrake. To znači, da je laser moguće jednostavno programirati, kako bi se pri različitim brzinama i intervalima pokrenula serija različitih oblika sa specifičnim vremenom i redoslijedom. Na kraju izabrani redoslijed zraka ovisi o tome, koji redoslijed najbolje odgovara ciljevima i zadacima aplikacije. Postojeća rješenja nisu toliko prilagodljiva, stoga su potrebni kompromisi, primjerice primjena minimalnih svojstava, koja su potrebna za sve materijala u određenoj aplikaciji. Ta metoda je neučinkovita, jer postupak nije optimiran niti za jedan materijal. S redoslijedom zraka moguće je laser jednostavno programirati, tako da se tijekom prolaska kroz različite slojeve i s promjenom materijala, mijenja iz jednog oblika zrake u drugi. Na taj način postupak je optimiran za svaki sloj materijala. Na značajke zavara utječu brzina, a manja od optimalne brzine može uzrokovati greške, kao što su raspršivanje. Brze frekvencije (primjerice 50 MHz) stvaraju kvazi-statičke oblike i daju potpuno drugačije rezultate od frekvencije kHz ili Hz. Slično kao i pri oblikovanju zrake, moguće je jednostavno promijeniti i frekvenciju, što omogućuje brzu usporedbu različitih brzina, kako bi se utvrdilo, koja najbolje odgovara posebnim potrebama obrađivanog materijala. U nekim slučajevima moguće je da je razlika u frekvenciji jedina promjena, koja je potrebna za drastično poboljšanje kvalitete zavara.

Usporedba između metode zavarivanja s laserom s dinamičkim snopom i tradicionalnim metodama zavarivanja, uključujući GMAW, SAW i GMA Laser Hybrid.

Neposredne prednosti fokusnega mešanja

Standardni laseri imaju kratku dubinu izoštravanja, zbog čega je velika količina topline fokusirana na jednu točku. Zbog toga su sva druga područja zrake bitno hladnija. Posljedica je nekonzistentan zavar po čitavoj dubini materijala tj. više materijala. Jednomodni laseri imaju veću dubinu fokusa, a laseri Dynamic Beam su jednomodni laseri, koji mogu i usmjeravati fokus. To znači, da tijekom postupka zavarivanja mogu bilo u kojem trenutku i s bilo kojom brzinom promijeniti položaj fokusa na osi Z unutar materijala. Usmjeravanje fokusa je posebice korisno pri zavarivanju debljih materijala, jer omogućuje glatkiji i konzistentniji zavar, a također i kod laserskog rezanja, gdje uzrokuje manju hrapavost i manji srh.