A lézerhegesztés fejlődése és szerepe a modern iparban

Ahogy az ipar fejlődése végigkíséri és támogatja mindennapjainkat, úgy a hegesztéstechnológia is hasonló ütemben fejlődött – és ez a folyamat természetesen ma sem állt meg. A gyártók és végfelhasználók részéről egyre magasabbak az elvárások a késztermékekkel szemben: ilyen például az esztétika, a méret- és súlycsökkentés, ami gyakran speciális anyagok és anyagkapcsolatok alkalmazását teszi szükségessé.

Mindez arra készteti a hegesztőberendezések gyártóit és a mérnököket, hogy folyamatosan új, korszerűbb technológiákat fejlesszenek. A vevői igények növekedése mellett a ciklusidő csökkentése is kulcsfontosságú szemponttá vált. Emellett az új technológiáknak nemcsak hatékonynak kell lenniük, hanem mérhető módon javítaniuk kell a gyártás minőségbiztosítási eredményeit is.

Napjainkban a piacon számos hegesztéstechnológia érhető el, így a gyártók az igényeikhez leginkább illeszkedő megoldást választhatják az adott feladat elvégzéséhez. Fontos azonban kiemelni, hogy tökéletes technológiai választás ritkán létezik – gyakran egy adott termék gyártásához nem egy, hanem két vagy akár több hegesztési eljárás együttes alkalmazására van szükség.

Ebben a cikkben egyetlen hegesztéstechnológiára szeretnék fókuszálni, hogy az érdeklődők magabiztosabban eligazodjanak annak működésében és alkalmazási lehetőségeiben. A választott eljárás nem más, mint a napjainkban egyre népszerűbb és keresettebb technológia: a lézerhegesztés.

A lézerhegesztés nem a 21. század találmánya – ezt a technológiát már korábban is alkalmazták például az űriparban, a hadiparban és az orvosiparban. A valódi áttörést azonban napjainkban érte el, amikor az elektronikai komponensek technológiája és fejlettsége olyan szintre jutott, valamint a piaci kereslet is olyan mértékűvé vált, hogy a lézerhegesztő berendezések gyártása gazdaságossá vált.

De mit is jelent pontosan a lézerhegesztés? Az egyik legfontosabb különbség a hagyományos eljárásokhoz képest – mint például a MIG/MAG vagy a TIG hegesztés –, hogy itt nem keletkezik elektromos ív. A lézerhegesztés működési elve sokak számára ismerős lehet egy hétköznapi példából: amikor nagyítólencsével a Nap fényét egyetlen pontra fókuszáljuk.

A fény ugyanis energiát hordoz, és ha ezt az energiát egy kis felületre összpontosítjuk, akkor ott hő keletkezik. Ezt az elvet használja ki a lézertechnológia is: egy rendkívül koncentrált fénysugarat hoz létre, amellyel precízen és hatékonyan lehet anyagokat megmunkálni. Ilyen módon alkalmazható például hegesztésre, vágásra, felrakásra (a felrakóhegesztéshez hasonlóan), hőkezelésre – de akár orvosi műtétekhez is.

Most az ipari felhasználásra szeretnék jobban fókuszálni. Az iparban természetesen nem a Nap fényének energiáját gyűjtik össze egy pontba, hanem korszerű félvezetők alkalmazásával hozzák létre a szükséges koncentrált fénysugarat. Ezek olyan elektronikai komponensek, amelyeket speciális vezérlők segítségével adott feszültség és áram impulzussal gerjesztve foton kibocsátásra lehet kényszeríteni. A lézerhegesztéshez használt fényforrásokat több csoportba is lehet sorolni, úgymint:

• Fiber lézer
• Co2 lézer
• YAG lézer
• Kék/Zöld lézer
• Dióda lézer forrás.

A felsorolt fényforrásoknak megvannak a saját, jól meghatározott felhasználási területeik. Egyetlen technológia sem alkalmazható univerzálisan minden hegesztési feladathoz, ezért gyakran többféle lézerforrást is igénybe kell venni.

Minden fényforrás által kibocsátott fotonnak meghatározott hullámhossza van, amely alapvetően befolyásolja az alkalmazhatóságát. Például a „kék/zöld” lézerek hullámhossza – kék esetén 400–500 nm, zöldnél pedig 534 nm – kiválóan alkalmas az elektronikai iparban történő megmunkálásokhoz, viszont acélok vagy könnyűfémek hegesztésére nem.

Acélszerkezetek hegesztéséhez a legideálisabb hullámhossz körülbelül 1000 nm, mivel ez az érték biztosítja az említett anyagoknál a legjobb fényabszorpciót, ami elengedhetetlen a hatékony hegesztéshez.

Fontos azonban megemlíteni, hogy az abszorpció mértéke nemcsak a felület előkészítésétől, hanem az alapanyag kristályszerkezetétől is függ. Ha az anyag olyan szerkezetű, hogy a fényt szinte tükörként veri vissza (reflektálódás), akkor a hegesztés hatékonysága jelentősen csökkenhet, vagy akár lehetetlenné válhat.

A következő cikkekben részletesebben szeretném bemutatni a lézerhegesztés technológiai jellemzőit, előállítását és ipari lehetőségeit.