SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZVÁRANIE VYBRANÝCH NEŽELEZNÝCH KOVOV A ICH ZLIATIN LAS

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZVÁRANIE VYBRANÝCH NEŽELEZNÝCH KOVOV A ICH ZLIATIN LASEROVÝM LÚČOM BAKALÁRSKA PRÁCA MTF Rudolf DRLIČKA

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE ZVÁRANIE VYBRANÝCH NEŽELEZNÝCH KOVOV A ICH ZLIATIN LASEROVÝM LÚČOM BAKALÁRSKA PRÁCA MTF Študijný program: Číslo a nákov študijného odboru: Školiace pracovisko: Vedúci záverečnej práce: Konzultant: Výrobné technológie výrobné technológie MTF STU Trnava doc. Dr. Ing. Pavel Kovačócy Ing. Miroslav Sahul TRNAVA 2010 Rudolf DRLIČKA 2

3 POĎAKOVANIE Týmto sa chcem poďakovať vedúcemu bakalárskej práce doc. Dr. Ing. Pavlovi Kovačócymu za odborné poradenstvo, poskytnutie odbornej dokumentácie a cenné pripomienky pri vypracovávaní mojej bakalárskej práce. 3

4 SÚHRN DRLIČKA, Rudolf: Zváranie vybraných neželezných kovov a ich zliatin laserovým lúčom. Bakalárska práca - Slovenská technická univerzita v Bratislave. Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave; Ústav výrobných technológií. - Školiteľ: doc. Dr. Ing. Pavel Kovačócy, - Trnava: MtF STU, s. Kľúčové slová: laserový lúč, zváranie, laserové zariadenia, meď, titán Cieľom bakalárskej práce je popísať princíp vzniku laserového lúča, vlastnosti laserového lúča, princíp zvárania, základnú podstatu vzniku zvarového spoja. Popisuje laserové zariadenia a súčasný stav laserových zariadení. Zváranie medi a jej zliatin, charakteristiku a vlastnosti medi a súčastné praktické aplikácie v praxi. Zváranie titánu a jeho zliatin, charakteristiku a vlastnosti titánu a súčasné praktické aplikácie v praxi. ABSTRACT DRLIČKA, Rudolf: Welding of selected non-ferrous metals and alloys by laser beam. Bachelor Thesis - Slovak University of Technology in Bratislava. Faculty of Materials Science and Technology in Trnava; Institute of Manufacturing Technologies - Supervisor: doc. Dr. Ing. Pavel Kovačócy. - Trnava: MtF STU, p. Key words: laser beam, welding, laser equipment, copper, titanium The goal of this bachelor thesis is to describe a principle of the laser beam, characteristics of the laser beam, welding principle, basic nature of weld joint. It describes laser equipments and it s current status; welding of copper and its alloys, characteristics and properties of copper and also practical applications in practice; welding of titanium and its alloys, characteristics and properties of titanium and also practical applications in practice. 4

5 OBSAH ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ A TABULIEK ZOZNAM ZNAČIEK A SYMBOLOV ÚVOD PRINCÍPY ZVÁRANIA LASEROVÝM LÚČOM Vznik laserového lúča Vlastnosti laserového lúča Monochromatičnosť Divergencia (rozbiehavosť) Koherencia Fókusovanie laserového lúča Vznik spoja pri laserovom zváraní Výhody a nevýhody zvárania laserovým lúčom SÚČASTNÝ STAV V OBLASTI LASEROVÝCH ZARIADENÍ Laserové zariadenia Pevnolátkové lasery Kvapalinové lasery Plynové lasery Molekulové CO 2 lasery Využívanie laserových zariadení ZVÁRANIE Cu A Cu ZLIATIN Charakteristika medi Vlastnosti medi Zliatiny medi Súčasné praktické použitie ZVÁRANIE Ti A Ti ZLIATIN Charakteristika titánu Vlastnosti titánu Zliatiny titánu Súčasné praktické použitie ZÁVER ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ODKAZOV

6 ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ A TABULIEK Obr. 1 Schéma spontánnej (a) a stimulovanej emisie (b) Obr. 2 Porovnanie vlnovej dĺžky červeného a modrého svetla Obr. 3 Rozklad viditeľného svetla na hranole Obr. 4 Smerovosť laserového lúča Obr. 5 Nekoherentné svetelné vlny Obr. 6 Koherentné svetelné vlny Obr. 7 Fókusovanie laserového lúča Obr. 8 Fókusovanie laserového lúča zrkadlami Obr. 9 Porovnanie zvárania vedením tepla a hlbokého zvaru (keyhole) Obr. 10 Schéma FAF CO 2 lasera Obr. 11 Rezonátor CO 2 lasera od firmy TRUMPF Obr. 12 Zastúpenie laserov v roku 2006 Obr. 13 Genéza penolátkových laserov Obr. 14 Schéma diskového lasera Obr. 15 Schéma vláknového laseru Obr. 16 Budiace LED Obr. 17 Zvarový spoj medeného vodiča s priemerom 0,2 mm na podložku z nízko legovanej nízkouhlíkovej ocele Obr. 18 Zvarový spoj tenkého medeného pliešku s hrúbkou 0,1 mm vytvorený pomocou impulzného lasera Obr. 19 Zváranie medi, výkon laseru 200 W, rýchlosť 15 m.min -1 Obr. 20 Bodové zváranie medi na nerezovú oceľ,priemer 0,5 mm Obr. 21 Impulzný Nd: YAG laser, švové zváranie medenej membrány Obr. 22 Detail švového zvaru medenej membrány Obr. 23 Impulzný Nd: YAG laser, švové zváranie mosadze a nerezovej oceli Obr. 24 Detail švového zvaru mosadze a nerezovej oceli Obr. 25 Impulzný Nd: YAG laser, zváranie medi a zlata Obr. 26 Konštrukcia žiariča na báze izotopu 143 Sm Obr. 27 Čelný pohľad na zvary vykonané v ochrannej atmosfére Ar 4.8 (dĺžka zvaru cca 1 mm) Obr. 28 Čelný pohľad na zvary vykonané v ochrannej atmosfére Ar 50 % He 50 % (dĺžka zvaru cca 1 mm) 6

7 Obr. 29 Obr. 30 Obr. 31 Obr. 32 Obr. 33 Zváranie titánového implantátu a zväčšený obrázok zvarového švu. Zváranie titánového zlomeného zubného skeletu Zváranie titánového rámu okuliarov Zváranie titánových trubiek s hrúbkou 0,9 mm Zváranie titánových prechodiek pre vesmírne antény 7

8 ZOZNAM ZNAČIEK A SYMBOLOV d [mm] priemer sfókusovanej stopy lúča d 0 [mm] priemer šošovky f [mm] ohnisková vzdialenosť šošovky E [J] energia pulzu h [J.s] Plancková konštanta N 1 N 2 k počet častíc na hladine s menšou energiou počet častíc na hladine s väčšou energiou Boltzmannová konštanta λ [µm] vlnová dĺžka žiarenia π Ludolfovo číslo T [K] teplota sústavy v [Hz] frekvencia vyžiareného fotónu z 0 [mm] hĺbka ostrosti 8

9 ÚVOD Vznik stimulovanej emisie, ktorá sa stala základom všetkých kvantových zosilňovačov, ako prvý objasnil Albert Einstein v roku Prvé experimentálne dôkazy o stimulovanej emisii podali v roku 1928 Ladenburg a Kopferman. [3] Albert Einstein vo svojej práci Emisia a absorpcia svetla podľa kvantovej teórie prvýkrát ukázal na možnosť existencie ako spontánnej, tak aj stimulovanej emisie, ktorá predstavuje základný princíp kvantovej mechaniky. [1] V roku 1955 bol vytvorený prvý, principiálne nový zdroj koherentného mikrovlnného žiarenia maser. Autormi boli ruskí fyzici N. G. Basov, A. M. Prochorov a americký fyzik Ch. Townes, ktorí získali aj Nobelovú cenu. V roku 1960 americký fyzik T. Maiman skonštruoval prvý optický maser, alebo laser. Na konci šesťdesiatych rokov boli vyrobené prvé svetlovody a začala sa prakticky využívať vláknová optika. V roku 1960 vznikli prvé plynové rubínové lasery. Názov laser je akronym vytvorený začiatočnými písmenami anglického názvu Light Aplification by Stimulated Emission of Radiation, čo znamená zosilňovanie svetla pomocou stimulovanej emisie žiarenia. Teóriou a technikou laserov sa zaoberá kvantová mechanika. [1] Laserové zváranie je relatívne nová, no už v dostatočnej miere rozšírená metóda zvárania s mnohoročnými skúsenosťami v priemyselných podmienkach. Štatistiky každoročne preukazujú rast výroby, na ktorej sa podieľa a prognózy predpovedajú, že tento rast bude naďalej pretrvávať. Stále je však zaraďované medzi špeciálne (nekonvenčné) metódy zvárania, predovšetkým vďaka svojím unikátnym vlastnostiam, ktorými sa odlišuje od metód, ktoré sa zaraďujú medzi tzv. tradičné. [7] Laser vytvára široké možnosti využitia v technologických aplikáciách. Laserové spracovanie je označované ako fyzikálny spôsob spracovania vysoko čistým zdrojom, s vysokou hustotou energie. Umožňuje sústredenie energie na veľmi malú plochu, kde prívod energie je taký veľký, že je potlačený vplyv odvodu tepla do materiálu. Technologické procesy sa tak zrýchľujú a zasahujú oveľa menší objem materiálu. [3] Táto práca je zameraná na procesy zvárania neželezných kovov laserovým lúčom a súčasný stav v oblasti laserových zariadení, zvárania laserovým lúčom medi a jej zliatin a titánu a jeho zliatin. 9

10 1 PRINCÍPY ZVÁRANIA LASEROVÝM LÚČOM Laserový lúč vo svojej podstate je vlnenie optického druhu, ktoré patrí do skupiny elektromagnetického žiarenia a od iných druhov žiarenia sa líši vlnovou dĺžkou. Bežné svetelné žiarenie je vlnenie, ktoré obsahuje vlny najrozmanitejších dĺžok a frekvencií, spontánne vychádzajúce rôznymi smermi. V laseri sa prvý raz podarilo utvoriť podmienky, za ktorých sa vo vhodnom aktívnom prostredí vplyvom určitého stimulujúceho elektromagnetického žiarenia spontánna emisia potlačí na úkor emisie, vynútenej stimulujúcim žiarením. Takto získané laserové žiarenie je koherentné, môže interferovať, je extrémne monochromatické a divergencia žiarenia je veľmi malá pri vysokej spektrálnej hustote žiarenia. Vďaka koherentnosti lúča možno pomocou optického systému sústrediť žiarenie do veľmi malého bodu teoreticky rádovo veľkosti vlnovej dĺžky žiarenia, prakticky 0,1 až 0,001 mm čím sa dávajú podľa údajov v literatúre získať hustoty energetického toku väčšie ako 10 8 W.cm -2. To sú hodnoty tisíc ráz väčšie ako teploty dosahované fókusaciou slnečného svetla. Takto skoncentrovaná energia je schopná roztaviť prakticky každý známy materiál. Dopadom laserového lúča na materiál umiestnený v ohnisku vzniká absorpcia žiarenia na povrchu materiálu, a tým jeho ohrev. Teplota v tomto mieste bude funkciou hustoty energie fókusovaného laserového lúča. [4] 1.1 Vznik laserového lúča Laserový lúč sa od iných druhov žiarenia odlišuje len vlnovou dĺžkou. Vďaka koherentnosti lúča možno žiarenie pomocou optického systému sústrediť na veľmi malú plôšku. Podstatou lasera je, že elektromagnetická vlna určitej frekvencie (ktorej násobok Planckovou konštantou určuje vzdialenosť energetických hladín) vynucuje prechod elektrónov z vyššej hladiny na nižšiu, čím sa posilňuje pôvodná vlna. Lasery sú v podstate transformátormi energie relatívne nižšej kvality (tepelnej, chemickej, svetelnej...) na energiu s vyššou kvalitou energiu laserového žiarenia. Použitím termodynamickej terminológie môžeme povedať, že laser je zariadenie, ktoré zmenšuje entropiu sústavy, pričom sa spotrebuje určité množstvo energie. 10

11 Podľa kvantovej fyziky môže molekula alebo atóm prijať (alebo vyžiariť) energiu len v určitých dávkach kvantách. Tie sú dané rozdielom medzi energetickými hladinami, ktoré môže elektrón (atóm, molekula) zaujať. Vyjadruje to Bohrov vzťah. E = h. v (1) kde E [J] - je energetický rozdiel medzi hladinami, h [Js] - Plancková konštanta, v [Hz] - frekvencia vyžiareného fotónu. K tomu aby došlo k zväčšeniu počtu atómov na niektorej z vyšších energetických hladín je potrebné vonkajšie pôsobenie, ktoré sa nazýva čerpanie. Na čerpanie môžeme použiť rôzne druhy energie (optickú, tepelnú, chemickú, elektrickú...) Obsadenie energetických hladín sa riadi Boltzmannovým rozdelením. Po čerpaní nastáva porušenie rovnováhy, ktoré sa nazýva inverzia. kde N 1 N 2 k N hv - 2 = kt c (2) N 1 - počet častíc na hladine s menšou energiou, - počet častíc na hladine s väčšou energiou, - Boltzmannová konštanta, T [K] - Teplota sústavy. Po načerpaní zostávajú elektróny (atómy, molekuly) na metastabilnej energetickej hladine určitú dobu, pričom môže dôjsť k niektorým javom, obrázok 1: spontánna emisia - ide o žiarivý kvantový prechod z vyššej energetickej hladiny na nižšiu; tento prechod nezávisí od pôsobenia vonkajšieho elektromagnetického žiarenia, relaxačné prechody - sú to prechody vyvolané rôznymi mechanizmami (zrážky častíc) stimulovaná emisia - je žiarivý kvantový prechod z vyššej hladiny na nižšiu, ktorý je ale podmienený existenciou budiaceho elektromagnetického žiarenia. 11

12 Obr. 1 Schéma spontánnej (a) a stimulovanej emisie (b) [1] Stimulovaná emisia je charakterizovaná tým, že nabudený atóm, nachádzajúci sa na vyššej energetickej úrovni, pod vplyvom dopadajúceho žiarenia vyžaruje energiu a prechádza na nižšiu energetickú úroveň. Podľa spôsobu čerpania, relaxácie a stimulovanej emisie poznáme rôzne systémy, ktoré sú dané použitým aktívnym prostredím. (Aktívne prostredie: pracovná látka v kvantových zosilňovačoch). Poznáme dvoj-, troj-, štvor- a viachladinové systémy. Budenie môže byť priame alebo nepriame. Pri nepriamom budení príjem energie potrebný na dosiahnutie inverzie je sprostredkovaný inou látkou, ako je aktívna látka. Ďalšou podmienkou pre vznik stimulovanej emisie je spätná väzba medzi vyžarovanými fotónmi, čím dochádza k zosilneniu vychádzajúceho žiarenia. Túto funkciu zabezpečuje rezonátor. Realizuje sa tak, že pracovné prostredie je umiestnené medzi dvoma zrkadlami, z ktorých jedno je čiastočne priepustné. Polopriesvitné zrkadlo prepustí časť vzniknutej svetelnej vlny von z aktívneho prostredia a druhá časť vlny sa vracia späť, kde umožňuje ďalšie zosilnenie svetla. Najjednoduchším a najrozšírenejším rezonátorom je rovinný rezonátor s paralelnými zrkadlami.[1] 1.2 Vlastnosti laserového lúča Zväzok elektromagnetického žiarenia (ďalej lúč) vyžiarený laserom sa líši od svetla, ktoré produkuje iné zdroje, ako sú napríklad: žiarovky, žiarivky, reflektory alebo vysoko výkonové oblúkové lampy. Jedinečná vlastnosť laserového lúča sa najlepšie ukáže pri porovnaní s inými menej jedinečnými zdrojmi svetla. [2] 12

13 1.2.1 Monochromatičnosť Farba svetla závisí od jeho vlnovej dĺžky, ako to ukazuje nasledujúci obrázok 2. Obr. 2 Porovnanie vlnovej dĺžky červeného a modrého svetla [2] Vlnová dĺžka je rozdiel medzi dvoma po sebe nasledujúcimi vlnami. Označuje sa gréckym písmenom λ (lambda). Každá farba viditeľného svetla má jej charakteristickú vlnovú dĺžku. Biele svetlo vznikne rozložením rôznych vlnových dĺžok. Trojboký hranol dokáže biele svetlo rozložiť na jeho jednotlivé vlnové dĺžky, ako to znázorňuje obrázok 3. [2] Obr. 3 Rozklad viditeľného svetla na hranole [2] Monochromatičnosť je jedinečná vlastnosť svetla. Dokonalé monochromatické svetlo by obsahovalo len jedinej vlnovej dĺžky. Laserový lúč sa tejto predstave veľmi približuje, pretože obsahuje svetlo úzkeho intervalu vlnových dĺžok. [2] 13

14 1.2.2 Divergencia (rozbiehavosť) Svetlo vychádza zo žiarovky vo všetkých smeroch. Všetky bežné svetelné zdroje vyžarujú svetlo takýmto spôsobom. Napríklad automobilové reflektory, alebo bodové svetlá sú vytvorené len optickými systémami, ktoré sústreďujú svetlo zo zdroja do úzkeho smerového lúča. Smerovosť je charakteristická vlastnosť laserového lúča, ktorá spôsobuje jeho šírenie priestorom v podobe úzkeho kužeľa, ktorý sa vyznačuje veľmi malou rozbiehavosťou, obrázok 4. [2] Obr. 4 Smerovosť laserového lúča [2] Ale rovnako ako v prípade monochromatičnosti dokonale rovnobežný lúč svetla, na ktorý sa odvolávame, vytvoriť nedokážeme. Všetky svetelné lúče, aj tie laserové sa v priestore rozbiehajú. Laserové svetlo je veľmi vysoko smerové, na rozdiel od iných zdrojov a jeho rozbiehavosť je veľmi malá. V mnohých aplikáciách sú použité optické systémy, ktoré zmenšujú rozbiehavosť výstupného laserového lúča. [2] Koherencia Obrázok 5 znázorňuje paralelné vlny svetla z bežného zdroja šíriace sa priestorom. Žiadna z tých vĺn nemá žiadnu spojitosť s inou vlnou v tomto lúči. Takéto svetlo nazývame inkoherentným a myslíme tým to, že svetlo v lúči nemá žiadne vnútorné usporiadanie. 14

15 Obr. 5 Nekoherentné svetelné vlny [2] Obrázok 6 znázorňuje svetelné vlny vnútri vysoko usporiadaného laserového lúča. Každá z jednotlivých vĺn je v každom okamihu vo fáze s ktoroukoľvek inou vlnou. Tento jav dokonalého usporiadania vĺn v laserovom lúči nazývame koherenciou. Obr. 6 Koherentné svetelné vlny [2] Rovnako ako laserový lúč nemôže byť dokonale monochromatický alebo dokonale smerový, takisto nemôže byť ani dokonale koherentný, ale v porovnaní s inými zdrojmi svetla je laserový lúč vysoko koherentný. Koherencia je vysoko významná vlastnosť laserového lúča a odlišuje ho od svetla z iných zdrojov. Laser môžeme definovať ako zdroj koherentného žiarenia. Úplný význam koherencie sa nedá pochopiť, kým nebudú zavedené ďalšie pojmy, ale dôkaz o koherencii laserového žiarenia sa dá spozorovať ľahko. [2] 15

16 1.3 Fókusovanie laserového lúča Nesfókusovaný lúč vo všeobecnosti nedáva dostatočnú hustotu energie, potrebnú na dosiahnutie teploty tavenia alebo varu spracovávaného materiálu. Jeho priemer býva rádovo v mm, preto je potrebné fókusovanie lúča. Priemer sfókusovanej stopy lúča d je daný vzťahom, obrázok 7: [3] 4.f. λ d= (3) π.d 0 kde d f λ d 0 [mm] - priemer sfókusovanej stopy lúča, [mm] - ohnisková vzdialenosť šošovky, [µm] - vlnová dĺžka žiarenia, [mm] - priemer šošovky. Obr. 7 Fókusovanie laserového lúča [3] z 0 hĺbka ostrosti Fókusovanie laserového lúča sa robí za pomoci optických šošoviek alebo zrkadiel. Výber vhodných optických prvkov na sfókusovanie laserového lúča závisí hlavne od vlnovej dĺžky laserového žiarenia a intenzity výkonu. Laserový lúč nie je ovplyvňovaný elektromagnetickým ani statickým poľom, ktoré by vplývalo na 16

17 fókusovanie lúča. Šošovky umožňujú fókusovať laserový lúč do menšieho a symetrickejšieho bodu než zrkadlá, čo vplýva na zvýšenie intenzity výkonu v ohnisku. Nevýhodou šošoviek je, že sú použiteľné len do určitého výkonu (prakticky asi 2 kw). Systém používajúci optické šošovky nemôže dlhšie pracovať pri vysokých výkonoch. Fokusačné šošovky sú vysokovýkonným laserovým lúčom porušované a môžu zhorieť. Pri výkonoch nad 2 kw sa používajú optické zrkadlá. Na optické zrkadlá sa používajú vrstvy z kovov s vysokou reflexivitou pre danú vlnovú dĺžku laserového žiarenia, napríklad: Au, Ag, Cu. Používajú sa tiež rôzne dielektrické vákuovo naparené vrstvy. Fokusovanie sa vykonáva konkávnymi a parabolickými zrkadlami, obrázok 8. [3] Obr. 8 Fókusovanie laserového lúča zrkadlami [3] a klasické fókusačné systémy b Arátové fókusačné systémy 1.4 Vznik spoja pri laserovom zváraní Laserové zváranie sa radí medzi tavné metódy zvárania s typickým tepelným cyklom, ktorý obsahuje ohrev základného materiálu, vznik zvarového kúpeľa na rozhraní zváraných materiálov a jeho tuhnutia. Vzniká zvarový spoj, pričom jeho výsledné vlastnosti sú dané zložitou súhrou fyzikálnych pomerov, ktoré ovplyvňujú jeho vznik, ako aj chemickým zložením materiálov. Na rozdiel od klasických (oblúkových) metód teplo vzniká priamo v spájanom materiáli. 17

18 V závislosti od výkonovej hustoty dopadajúceho laserového žiarenia získavajú prevahu rôzne mechanizmy šírenia tepla vo zvarovom kúpeli a z tohto hľadiska môžeme hovoriť o laserovom zváraní s plytkým prievarom a o zváraní s hlbokým prievarom, čo vidíme na obrázku 9. Význam slov plytký alebo hlboký treba chápať v relatívnom význame vzhľadom na porovnanie hĺbky voči šírke zvarového kúpeľa. Pri plytkom zváraní (pomer / šírka < 1) je typický konduktívny prenos tepla z miesta interakcie s minimálnym premiešaním a odparovaním spájaných kovov. Pri hlbokom pretavení vzniká tzv. paroplynový kanál (keyhole), vďaka ktorému môže laserové žiarenie preniknúť pod povrch zváraného materiálu a pre koeficient formy zvaru sú typické hodnoty > 1. Hlavným parametrom pre prítomnosť paroplynového kanála počas zváracieho procesu je výkonová hustota dopadajúceho žiarenia a jej kritické hodnoty sa sa pre jednotlivé materiály líšia v závislosti od ich termofyzikálnych vlastností. [6] Obr. 9 Porovnanie zvárania vedením tepla a hlbokého zvaru (keyhole) [9] 1 - plazma, 2 - roztavený materiál, 3 lokálna diera (keyhole), 4 hĺbka zvaru 1.5 Výhody a nevýhody zvárania laserovým lúčom Medzi hlavné výhody zvárania laserom patrí hlboký prievar a úzka šírka zvaru, úzka teplom ovplyvnená oblasť, malé deformácie zvarkov, malý rozstrek zvarového kovu, dobré metalurgické vlastnosti zvarových spojov, možnosť zvárať veľmi malé súčiastky a vysoké rýchlosti zvárania. Jedna z najväčších výhod je možnosť použitia pulzného zvárania laserom, ktorá zabezpečí vnesenie minimálneho množstva tepla do zváraných materiálov. Pulzné zváranie je preto obzvlášť výhodné na zváranie tenkých materiálov. 18

19 Medzi nevýhody je možné uviesť vysoké počiatočné náklady na zariadenie, vysoké náklady na prevádzku premietajúce sa do ceny zvarkov, náročnosť na presnosť prípravy zvarových plôch, nutnosť odbornej prípravy obsluhy zariadenia, relatívne malé hrúbky zváraných materiálov a stacionárnosť zariadenia. [10] 19

20 2 SÚČASTNÝ STAV V OBLASTI LASEROVÝCH ZARIADENÍ 2.1 Laserové zariadenia V súčasnosti sa v priemyselnej praxi používajú rôzne druhy laserov. Vo všeobecnosti ich možno rozdeliť podľa skupenského stavu aktívneho prostredia na: tuhé, kvapalné a plynné. Technologické aplikácie ako delenie, zváranie a tepelné spracovanie si vyžadujú dostatočné množstvo energie na požadované množstvo transformácií. Pre tieto aplikácie je v súčasnosti obmedzená voľba na CO 2 a pevnolátkové lasery. [3] Pevnolátkové lasery Pre pevnolátkové (dielektrické) lasery sa ako aktívne látky používajú monokryštalické, alebo amorfné látky, do ktorých sa pridávajú prímesi aktivačných prvkov. Kvanty energie sa vyžarujú a absorbujú pri zmene energetických stavov prímesových atómov. Hlavnými časťami pevnolátkových laserov sú: rezonátor s aktívnou látkou, zdroj čerpania, optický čerpací systém, napájací zdroj a spúšťací obvod. Druhy pevnolátkových laserov: - rubínový laser, - neodýmový laser. [3] Kvapalinové lasery Kvapalinové aktívne látky majú veľkú optickú homogenitu. Táto vlastnosť umožňuje získať veľkú hustotu indukovaného žiarenia. Chladenie aktívnej látky je pomerne jednoduché. Kvapalinové lasery možno rozdeliť na dve základné skupiny. - lasery s anorganickými aktívnymi látkami, - lasery s organickými aktívnymi látkami. [3] Plynové lasery Plynové lasery ako aktívnu látku používajú plyny, alebo zmes plynov a pár. Sú schopné emitovať žiarenie vo veľmi širokom pásme vlnových dĺžok od ultrafialového 20

21 po submilimetrové pásmo. Podľa typu energetických prechodov lasery rozdeľujeme na: - atómové (He-Ne, Ar), - iónové (Ar, Kr, He-Cd, He-Se), - molekulové (CO 2, CO, H 2 O, N 2 O, HCN, HF), - s parami kovov a iných prvkov (Cu, Au, Mn, Pb), - rekombinačné (Sr, Ca, Eu), - excimerové (Ar 2, Kr 2, Xe 2 ), - exciplexové (ArF, KrCl, KrF, XeCl, XeF). Vo zváraní sa najčastejšie používajú molekulové CO 2 lasery a iónové Ar lasery. [3] Molekulové CO 2 lasery Základnou osobitosťou molekulových laserov je využitie vibračno-rotačných prechodov molekúl. Na čerpanie CO 2 laserov možno využiť samostatný alebo nesamostatný elektrický výboj. Prechody vibračnými a rotačnými hladinami zabezpečujú veľký kontinuálny (CW) alebo pulzný výkon s relatívne vysokou účinnosťou. CO 2 lasery používané v technologických aplikáciách možno rozdeliť do troch skupín: CO 2 laser s pomalým, pozdĺžnym prúdom plynu (Slow Axial Flow). Dosahuje výstupné výkony do 1200W pri CW režime. Pri pulznom režime sú výkony niekoľkonásobne väčšie. Excitácia je zvyčajne prevádzaná zvyčajne jednosmerným prúdom. Poskytuje stabilný výkon a mód lúča. CO 2 laser s rýchlym pozdĺžnym prúdom plynu (Fast Axial Flow). Dosahuje výstupné výkony do 5000W pri excitácii jednosmerným prúdom a do 10000W pri excitácii striedavým prúdom. Excitácia striedavým prúdom zabezpečuje kvalitnejšiu výkonovú aj módovú stabilitu. Schéma zariadenia je na obrázku 10. CO 2 laser s priečnym prúdom plynu (Fast Transverse Flow). Dosahuje výstupné výkony do 25000W pri CW režime. Nie je vhodný pre prácu v pulznom režime, z dôvodu obtiažnej kontroly výboja pri excitácii jednosmerným prúdom. FTF CO 2 laser má horšiu módovú kvalitu a väčšiu divergenciu. Výstupný laserový lúč je použitelný len do menších vzdialeností. [3] Na obrázku 11 je zobrazený rezonátor CO 2 lasera od firmy TRUMPF 21

22 Obr. 10 Schéma FAF CO 2 lasera [3] 1-kavita, 2-zapojenie spínacej elektroniky, 3-prúd laserového plynu, 4-anóda, 5-katóda, 6-rohové zrkadlá, 7-výmenník tepla, 8-výveva, 9-polopriepustné zrkadlo, 10-vystupujúci laserový lúč, 11-konkávne zrkadlá Obr. 11 Rezonátor CO 2 lasera od firmy TRUMPF [18] 2.2 Využívanie laserových zariadení Laserové technológie sa už pred dlhšou dobou udomácnili vo viacerých oblastiach strojárenstva. V súčasnej dobe ako zdroj laserového žiarenia prevažujú CO 2 lasery, ktoré ponúkajú nielen dostatočný výkon, ale sú aj značne robustné, znášajú drsné priemyslové prostredie a nasadenie vo viaczmennej prevádzke. V podstate sú to zariadenia po mechanickej, optickej a elektronickej stránke zložité, vyžadujúce pravidelnú údržbu. Navyše spotrebovávajú laserové plyny He, N 2, a CO 2. Zvlášť He sa začína javiť ako problematický faktor, lebo jeho zdroje sú obmedzené a počet aplikácií (vrátane použitia v priemyslových CO 2 laseroch) stále stúpa. Z týchto dôvodov sú investičné a prevádzkové náklady pomerne vysoké. V dnešnej dobe sú však stále dominantnými lasery s 34 % celkového obratu priemyslových laserových systémov v roku 2006, čo je vidieť z grafu na obrázku 12. [5] 22

23 Obr. 12 Zastúpenie laserov v roku 2006 [5] Nasledujúca generácia Nd:YAG laserov už mala budenie pomocou polovodičových laserov, pretože zariadenie z polovodičových laserov je z princípu monochromatické, dramaticky sa zlepšila účinnosť lasera ako celku, lebo u polovodičových laserov ako celku sa zvolila pracovná vlnová dĺžka súhlasiaca s absorpčným pásmom Nd:YAGu. Týmto spôsobom sa vyriešilo efektívne sčítanie výkonu jednotlivých budiacich laserových diód, ktoré (zvlášť v počiatkoch nasadenia) vykazovali malý výstupný výkon. Tento typ laseru je dnes bežne ponúkaný viacerými výrobcami, kde sa líši konfiguráciou budenia (priečne pozdĺžne) a ďalšími konštrukčnými detailami. Stabilita výstupného zväzku je o rád lepšia než u predchádzajúcej generácie. Z ekonomického hľadiska tento typ laseru vychádza pomerne draho vzhľadom na nasadenie väčšieho počtu výkonových laserových diód. Schéma laseru je na obrázku 13, kde sú vyobrazené dve ďalšie možné genézy tohto laseru. Pokiaľ z tyčky (aktívneho prostredia) odrežeme tenký plátok disk, vznikne diskový laser. Pokiaľ naopak tyčku natiahneme do extrémnej dĺžky vlákna, potom vznikne vláknový laser. [5] 23

24 Obr. 13 Genéza pevnolátkových laserov. [5] U diskového laseru je teda aktívne prostredie Yb:YAG (Yterbium- Aluminium-Granat) vo forme disku pritmelený na chladiaci element. Budenie je pomocou laserových diód. Vďaka tejto konfigurácii sú prakticky potlačené deformácie aktívneho prostredia vyvolané tepelnými deformáciami (a s tým spojené vplyvy na výstupný mód laserového zväzku), lebo odvod tepla z tenkého disku je podstatne dokonalejší a jednoduchší ako v prípade tyčovej konfigurácie, obrázok 14. [5] Obr. 14 Schéma diskového lasera [17] Prvé výkonové diskové lasery prišli na trh v roku Ich výkon sa v priebehu krátkeho času zdvojnásobil. Experti si veľa sľubujú od tohto zdroja lúčov, pretože ich 24

25 laserový lúč dosahuje kvalitu lúča CO 2 lasera pri vyššej efektivite. Diskové lasery zo sériových zariadení dodávajú výkon 2 kw a viac. V laboratóriu producenti laserov už v súčasnosti vyrábajú mnoho kw pomocou diskového lasera. [17] Vo vláknovom lasery aktívnym prostredím sú atómy zemín ako Yterbium (Yb), Erbium (Er) alebo Thulium (Tm). Konce vlákna sú tvorené Braggovými rozprestretými zrkadlami. Hlavným trikom tohto laseru je systém budenia. Vlákno tvoriace aktívne prostredie má totiž obal s rozličnými materiálovými a optickými vlastnosťami, čím sa šíri budiace žiarenie. Ide teda vlastne o dve koaxiálne vlákna, viď obrázok 15. Vplyvom mnohonásobných odrazov pri šírení budiaceho žiarenia vláknom je stredové vlákno aktívneho materiálu ponorené do intenzívneho svetelného poľa a tým pádom dochádza k vysoko efektívnej excitácií atómov aktívneho prostredia. [5] Obr. 15 Schéma vláknového laseru. [5] Budiace LED sú na vlákna naviazané pomocou optických odbočníc známych z telekomunikačných optických káblov. Na obrázku 16 s poľom budiacich LED naviazaných individuálnymi vláknami na aktívne laserové vlákno. Obr. 16 Budiace LED [5] 25

26 Medzi výhody takejto konfigurácie patrí veľmi jednoduchá a kompaktná konštrukcia (pokiaľ samozrejme prehliadneme technológiu výroby vlastného vlákna), dlhá životnosť vzhľadom na to, že budenie používajú LED zdroje žiarenia, len vzduchové chladenie a z toho všetkého vyplývajúce nízke prevádzkové náklady (zo všetkých v priemysle používaných laserov najnižší). [5] V súčasnej dobe pôsobí od roku 1997 na Slovensku firma PGS Automation so sídlom v Trnave, ktorá vyrába špecializované zváracie pracoviská pre zákazníkov v SR a krajinách EU v oblasti laserového zvárania. 26

27 3 ZVÁRANIE Cu A Cu ZLIATIN 3.1 Charakteristika medi Meď je jediný kov červenej farby. Vyznačuje sa vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou. [8] Meď má dobrú koróznu odolnosť, ktorá je daná jej kladným elektrickým potenciálom, ale aj pasivačnými účinkami oxidov a ďalších zlúčenín vytvárajúcich na jej povrchu ochrannú vrstvu. V atmosfére sa na povrchu medi vytvorí vrstva Cu 2 O (červenej farby), ďalšou reakciou s atmosférou sa mení na zásaditý uhličitan meďnatý medenku (zelenej farby). Meď má výbornú tvárniteľnosť a húževnatosť pri izbovej teplote a zníženej teplote, deformáciou za studena sa spevňuje. Meď má výbornú chemickú stálosť vo vode (destilovanej aj morskej) a v niektorých menej agresívnych prostrediach. Vlastnosti technickej medi sú tým priaznivejšie, čím je meď čistejšia. Z hľadiska chemickej stálosti, fyzikálnych, fyzikálno-chemických a metalurgických vlastností sa meď využíva na rôzne aplikácie v chemickom, potravinárskom a elektrotechnickom priemysle. Rozdelenie medi podľa stupňa čistoty: a) meď elektrovodná, Cu 99,9 (obsah nečistôt max. 0,1 hmot. %) b) meď vhodná na tvárnenie, Cu 99,85 (obsah nečistôt max. 0,15 hmot. %, z toho max 0,02 hmot. % kyslíka) c) meď vhodná na zváranie, Cu 99,75 (obsah nečistôt max. 0,25 hmot. %, z toho max 0,04 hmot. % kyslíka) d) meď bežnej akosti, Cu 99,5 (obsah nečistôt max. 0,5 hmot. %, z toho max 0,1 hmot. % kyslíka). [14] 3.2 Vlastnosti medi Hustota kg/m 3 Pevnosť v ťahu MPa Medza klzu MPa Lomová húževnatosť MPa.m 1/2 Teplota tavenia 918, ºC Max. prevádzková teplota ºC [8] 27

28 3.3 Zliatiny medi Zliatiny medi rozdeľujeme na: a) mosadze (zliatina Cu a Zn, prípadne ďalších prvkov) b) bronzy (zliatina Cu a iný hlavný prvok okrem Zn) Tieto skupiny môžeme rozdeliť na zliatiny určené na tvárnenie a odlievanie. [14] 3.4 Súčastné praktické použitie Aplikácia laserového mikrozvárania v Medzinárodnom laserovom centre v Bratislave. Obrázok 17 zobrazuje ako pomocou série troch laserových impulzov s trvaním 20 ms (opakovacia frekvencia 1 Hz) a energiou 10 J v jednom impulze boli privarené tenké medené vodiče (priemer 0,2 mm) na podložku z nelegovanej nízkouhlíkovej ocele (hrúbka 0,5 mm). Medené vodiče boli pokryté izolačným lakom, čo by v prípade spájkovania vyžadovalo ich čistenie pred spájkovaním. Pri použití laserového zvárania sa vďaka tepelným účinkom žiarenia lak odstránil počas procesu a tak počas jednej operácie sa tak vytvoril kvalitný zvarový spoj. [6] Obr. 17 Zvarový spoj medeného vodiča s priemerom 0,2 mm na podložku z nízko legovanej nízkouhlíkovej ocele (parametre: Nd:YAG laser, 3 impulzy, 20 ms, 10 J) [6] 28

29 Obrázok 18 dokumentuje zvarový spoj tenkého medeného pliešku (hrúbka 0,1 mm) pomocou impulzného pevnolátkového lasera. Na obrázku je vzhľad skúšobného telieska po ťahovej skúške s detailným výrezom povrchu zvaru. Použité parametre: dĺžka impulzu 5 ms, energia impulzu 17 J. [6] Obr. 18 Zvarový spoj tenkého medeného pliešku s hrúbkou 0,1 mm vytvorený pomocou impulzného lasera (parametre: Nd:YAG laser, impulzy, 5 ms, 17J) [6] Na obrázku 19 je zobrazený rez mikrozvaru medených plechov vláknovým laserom s maximálnym výkonom 20 kw, typ YLR od firmy IPG Photonics. [9] Obr. 19 Zváranie medi, výkon laseru 200 W, rýchlosť 15 m.min -1 [9] 29

30 Meď je typicky najnáročnejší materiál na vytvorenie laserového zvaru a zváranie medi na iný materiál, ako napríklad oceľ, alebo nerezový materiál je dvojnásobne náročné. Tento proces zvárania sa využíva pri výrobe solárnych panelov. Obrázok 20 dokumentuje bodové zváranie medi na oceľ. [11] Obr. 20 Bodové zváranie medi na nerezovú oceľ, priemer 0,5 mm [11] Vo firme INDUSTRIAL LASERS SYSTEMS, LCC v Pittsburgu vykonávajú zvary medi, medi a zliatin medi s inými materiálmi Nd:YAG laserom, čo dokumentujú nasledovné obrázky 21, 22, 23, 24 a 25. Obr. 21 Impulzný Nd:YAG laser, švové zváranie medenej membrány [15] 30

31 Obr. 22 Detail švového zvaru medenej membrány [15] Obr. 23 Impulzný Nd:YAG laser, švové zváranie mosadze a nerezovej oceli [15] Obr. 24 Detail švového zvaru mosadze a nerezovej oceli [15 31

32 Obr. 25 Impulzný Nd:YAG laser, zváranie medi a zlata [15] 32

33 4 ZVÁRANIE Ti A Ti ZLIATIN 4.1 Charakteristika titánu Titán je ľahký, pevný, lesklý prechodný kov s bielou striebristou-metalickou farbou. V zemskej kôre je siedmym najrozšírenejším prvkom, a to hlavne vo forme oxidov rutil (oxid titaničitý TiO 2 ) a ilmenit (FeTiO 3 ). Získavanie čistého titánu je však extrémne náročné, preto je veľmi drahý (približne desať krát drahší ako hliník). Vyznačuje sa vysokou pevnosťou, približne ako oceľ, avšak je až o 45% ľahší. Titán je paramagnetický a vyznačuje sa slabou elektrickou a tepelnou vodivosťou. Podobne ako platina je odolný voči korózii, morskej vode, väčšine kyselín a zásad a aj voči plynnému chlóru. Pôsobením silných kyselín sa na povrchu titánu tvorí ochranná pasivačná vrstva oxidov, ktorá zvyšuje jeho odolnosť voči korózii. [8] 4.2 Vlastnosti titánu Hustota kg/m 3 Pevnosť v ťahu MPa Medza klzu MPa Lomová húževnatosť MPa.m 1/2 Teplota tavenia ºC Max. prevádzková teplota ºC [8] 4.3 Zliatiny titánu V zliatinách titánu pri pomalom ochladzovaní vznikajú v závislosti od zloženia rovnovážne štruktúry α, α + β alebo β. Pri zvýšenej rýchlosti ochladzovania dochádza k bezdifúznej martenzitickej premene fázy β na presýtený tuhý roztok α. Na rozdiel od martenzitu v oceliach sa však tvrdosť fázy α podstatne nelíši od tvrdosti α. Zliatiny α sú charakteristické dobrými zlievarenskými vlastnosťami, strednou pevnosťou, vysokou húževnatosťou pri nízkych teplotách, dobrou zvariteľnosťou a a dobrou odolnosťou proti tečeniu. Dôležité sú relatívne vysoké a stále mechanické vlastnosti pri vyšších teplotách ( ºC). Žíhanie pri teplotách ( ºC) vedie k vzrastu ťažnosti, lomovej húževnatosti, ale aj rozmerovej a teplotnej stabilite. 33

34 Nevhodné teplotné spracovanie vedie k zhrubnutiu zrna. Zjemnenie zrna možno dosiahnuť tvárnením a rekryštalizačným žíhaním. Zliatiny α + β sa používajú v tepelne spracovanom stave. Obsahujú stabilizátory fázy α (predovšetkým Al) a stabilizátory fázy β (napr. V, Mo, Fe, Cr, Mn). Sú najstaršími, najrozšírenejšími a súčastne najperspektívnejšími zliatinami titánu. V žíhanom stave majú veľmi dobrú lomovú húževnatosť. Najrozšírenejšou zliatinou z tejto skupiny je Ti6Al4V. Mechanické vlastnosti tejto zliatiny sú vysoké (R m = 900 MPa), kalením alebo vytvrdzovaním je možné pevnosť zvýšiť na MPa. Zliatiny β sú vytvrditeľné a dosahujú vysokú pevnosť pri teplote okolia, ale majú horšie pevnostné vlastnosti pri teplotách nad 350 ºC. Majú sklon k absorpcii kyslíka a vodíka, čím sa znižuje húževnatosť, preto vyžadujú zváranie v atmosfére veľmi čistého argónu. Niektoré zliatiny sa ľahko stávajú superplastickými. Zliatiny β možno spevňovať aj deformačne, takto sa používajú ako pružiny. [14] 4.4 Súčastné praktické použitie Praktické použitie elementárneho titánu vyplýva predovšetkým z jeho mimoriadnej chemickej odolnosti a malej hustoty. Ťažisko použitia titánu je v kozmických technológiách, špeciálnych aplikáciách leteckého priemyslu a najmä v zdravotníctve. Technológia uzatvárania titánových puzdier rádioaktívnych žiaričov používaných v radioterapeutickej metóde brachyterapii. Táto metóda spočíva v tom, že rádioaktívny žiarič malých rozmerov je umiestnený priamo do nádoru, kde stanovenú dobu pôsobí a ako trvalý implantát zostáva v ľudskom organizme. Z toho dôvodu sú kladené vysoké nároky na vyhotovenie zvarového spoja puzdra. Puzdro je konštruované ako kalíšek, ktorý sa získava obrábaním titánového polotovaru. Uzatvoriť je teda potrebné len jeden koniec puzdra. Pred samotným zváraním je nutné puzdro naplniť práškovým oxidom samaritým, potom voľný koniec očistiť a stlačiť tak, aby mohol byť vytvorený lemový zvar, obrázok 26. [12] 34

35 Obr. 26 Konštrukcia žiariča na báze izotopu 143 Sm [12] Zváranie prebieha na spoločnom pracovisku strojnej fakulty ČVUT a Ústavu rádiotechniky AV ČR, ktoré je vybavené pulzným Nd 3+ :YAG laserom a presným polohovadlom. Najprv boli vykonávané experimenty v ochrannej atmosfére čistého argónu 4.6 a 4.8 (10 12 l/min). Argón má nízky potenciál a nízke hodnoty tepelnej vodivosti za vysokých teplôt. Na povrchu zvarového kovu neboli vidieť produkty oxidácie, dochádzalo k dobrému nataveniu materiálu. Na obrázku 27 sú vidieť stopy jednotlivých pulzov s nepriechodným kráterom v mieste energetického maxima dopadajúceho zväzku. V tomto prípade došlo k príliš rýchlemu ochladeniu zvarového kúpeľa ktorý nestačil vytvoriť jednoliaty povrch. Takto vykonaný zvarový spoj je hermetický, okraje zvaru sú však príliš ostré, rohy nedokonale zaoblené. Nie je viditelný podstatný rozdiel medzi Ar 4.6 a 4.8. [12] Obr. 27 Čelný pohľad na zvary vykonané v ochrannej atmosfére Ar 4.8 (dĺžka zvaru cca 1 mm) [12] Pre odstránenie uvedených nedostatkov boli odskúšané zmesi ASTEC TM 30 (70 % Ar + 30 % He) a ASTEC TM 50 (50 % Ar + 50 % He). He má vyšší izolačný potenciál a tiež vyššie hodnoty tepelnej vodivosti, čo má za následok jednak zväčšenie hĺbky 35

36 prievaru a rovnako zaistí teplejší zvarový kúpeľ zabezpečujúci lepšie podmienky jeho odplynenia a dostatok času pre jeho dokonalé zliatie. Profil zvaru je mohutnejší so širším, plochejším a hladším povrchom, obrázok 28. [12] Obr. 28 Čelný pohľad na zvary vykonané v ochrannej atmosfére Ar 50 % He 50 % (dĺžka zvaru cca 1 mm) [12] Zváranie titánových zdravotníckych zariadení vo firme UNITEK MIYACHI. Kardiostimulátory, rovnako ako rôzne iné druhy slúžia na ovládanie rôznych aktivít v tele a mozgu. Elektronika umiestnená vo vnútri je uzatvorená tenkostenným titánovým viečkom, ktoré vyžaduje vysoko kvalitné hermetické utesnenie. Zvary musia byť vykonané, tak aby nedošlo k prehriatiu elektroniky vo vnútri. Na tento typ aplikácie zvárania sa dobre hodí pulzný Nd:YAG laser, kde kontrola tepelného príkonu a kvalita zvaru sú kľúčové. Obrázok 29 zobrazuje kardiostimulátor a detail zvarového spoja. Obr. 29 Zváranie titánového implantátu a zväčšený obrázok zvarového švu [13] 36

37 Firma ZNZ DENT, s.r.o. Líbeznice využíva pre svoju prax v stomatológii už 8 rokov pulzný technický laser Dentaurum. Okrem stomatológie používajú laser pri zváraní zlomených okuliarových obrúb z titánu, iných kovov a zliatin. Využívajú technológiu laserového zvaru, kde laserový lúč s vysokou energiou umožňuje zvar so spájkou, niekedy i bez spájky, ktorý je čistý bez prímesí, pevný a húževnatý, pretože zváranie prebieha pod ochrannou vrstvou argónu. [12] Obr. 30 Zváranie titánového zlomeného zubného skeletu [16] Obr. 31 Zváranie titánového rámu okuliarov [16] 37

38 Ukážky zvárania titánových súčiastok laserovými zariadeniami vo firme Carrs Welding Technologies Ltd. Obrázok 32 znázorňuje zváranie trubiek s hrúbkou steny 0,9 mm, obrázok 33 znázorňuje zváranie prechodiek pre vesmírne antény. Obr. 32 Zváranie titánových trubiek s hrúbkou steny 0,9 mm [19] Obr. 33 Zváranie titánových prechodiek pre vesmírne antény [19] 38

39 ZÁVER Z hľadiska súčastných trendov možno očakávať, že laserové zváranie bude hrať dôležitú úlohu pri spájaní novovyvýjajúcich a ťažkozvariteľných materiálov. Hlavným stimulom bude ďalší vývoj a cenová dostupnosť zdrojov laserového žiarenia s vysokou kvalitou výstupného zväzku a so širokým rozsahom nastavitelnosti jeho technologických parametrov. [6] V posledných desiatich rokoch zaznamenali laserové technológie takmer vo všetkých sférach spracovania materiálov pomerne búrlivý rozvoj. Nasadenie laserov a laserových technológií prináša do priemyselnej výroby novú dimenziu a to najmä v strojárenských odboroch. Zváranie laserom je v jadrovom strojárenstve, dopravnej technike alebo v stavebníctve, teda všade tam, kde je potreba vysokej kvality a minimálnych deformácií. Laser je unikátny intenzívny zdroj lokálneho ohrevu, ktorý sa už dnes bežne používa v mnohých oboroch ľudskej činnosti. Vývoj laserovej technológie a jej veľký rozmach je daný skutočnosťou, že tento proces zaručuje zvýšenie produktivity, kvality a konkurencie schopnosti výrobkov. Základnou prednosťou laserových technológií je možnosť spracovania materiálov bez priameho kontaktu nástroja s materiálom, možnosť použitia i v ťažko prístupných miestach a v neposlednom rade tiež počítačové riadenie celej operácie. Laserovou technológiou môžeme zvárať materiály celkom nesúrodé, ktoré sú inými spôsobmi nezvaritelné, ako napríklad kov a plast, kov a keramika. Laserom zvárané súčiastky môžu byť značne rozdielne svojimi rozmermi (napríklad tenké fólie na masívny podklad, tenké drôty k hrubostennému obrobku a podobne). Príkladom použitia laserového zvárania môže byť dopravná technika, profily, konštrukcie, ozubené kolesá, rúrky a podobne. Prednosť laserového zvárania vynikne pri porovnaní rôznych zváracích technológií. [20] Zváranie medi a titánu laserovým lúčom, tak ako je uvedené v predošlých kapitolách, prináša pre ľudstvo veľa užitočných a praktických výrobkov, najmä v zdravotníctve, ktoré by inými technológiami nebolo možné vyrobiť. Vypracovanie tejto bakalárskej práce mi prinieslo veľa teoretických vedomostí z oblasti zvárania laserom, získal som prehľad o druhoch laserových zariadení a ich rozdelení z hľadiska vzniku laserového lúča a použiteľnosti v technickej praxi. 39

40 ZOZNAM BIBLIOGRAFICKÝCH ODKAZOV [1] BENKO, B., FODOREK, P., KOSEČEK, M., BIELAK, R. Laserové technológie. Bratislava: STU, s. ISBN [2] GAJTANSKÁ, M., CHRISTOV, I., IGAZ,R. Lasery a ich využitie v priemysle. Zvolen: TU, s. ISBN [3] TURŇA, M., KOVAČÓCY, P. Zváranie laserovým lúčom. Bratislava: STU, s. ISBN [4] TURŇA, M. Špeciálne metódy zvárania. Bratislava: Alfa, s. ISBN [5] MRŇA, L. Vláknové lasery vycházející hvězda v průmyslové oblasti. In Svařování, dělení, spojování materiálů, 2008, roč. 6, č. 3, s , ISSN [6] BRUNCKO, J., MICHALKA, M., UHEREK, F. Laserové mikrozváranie kombinovaných materiálov. In Zvárač, 2009, roč. 6, č. 3, s. 3-6, ISSN [7] BRUNCKO, J., UHEREK, F. Laserové zváranie a metódy monitorovania technologických procesov. In Zváranie - Svařování, 2003, roč. 52, č. 3-4, s , ISSN [8] Dostupné na internete: [9] Dostupné na internete: trendy vo svarovani laserem, [10] MARỐNEK, M., BARTA, J. Multimediálny sprievodca technológiou zvárania. Trnava: AlumniPress s. ISBN [11] Dostupné na internete: [12] Zborník prednášok z 20. medzinárodného zváračského kongresu, Pokrok vo zváraní. Bratislava: Weldtech s. [13] Dostupné na internete: [14] MORAVČÍK, R., HAZLINGER, M. Náuka o materiáloch II. Trnava: AlumniPress, s. ISBN [15] Dostupné na internete: [16] Dostupné na internete: [17] Dostupné na internete: [18] Dostupné na internete: [19] Dostupné na internete: [20] Dostupné na internete:

41 VYHLÁSENIE Podpísaný Rudolf Drlička čestne vyhlasujem, že som bakalársku prácu Zváranie vybraných neželezných kovov a ich zliatin laserovým lúčom vypracoval na základe poznatkov získaných počas štúdia a informácií z dostupnej literatúry uvedenej v práci. Uvedenú prácu som vypracoval pod vedením Pavla Kovačócyho, doc. Dr. Ing. V Trnave podpis 41