Laserové zváranie kovov a ich vlastnosti

Aplikácie laserového zvárania kovov

Kovy laserovým zváraním sú spojené najmä vtedy, keď iné spôsoby pripojenia sú zbytočné alebo problematické. Zariadenie na pripojenie lasera je veľmi drahé, takže ho musíte kúpiť len vtedy, keď sa ubezpečujete, že prácu nemožno vykonať inými metódami.

Takže oblasti použitia sú také:

• výroba nástrojov a iných presných mechanizmov;
• výroba komplexných výrobkov na báze kovov s nízkou teplotou topenia;
• výroba detailov zo surového železa;
• výroba plastových výrobkov.

Táto technológia v priemysle sa začala používať iba asi pred 20 rokmi a ak je to možné, môžete si kúpiť stroje len pre stacionárny typ, ale aj manuál pre zváranie doma.

Klady a zápory

Laserové pripojenie kovov má svoje plusy a mínusy. Pokiaľ ide o výhody, sú tieto:

• Kovový povrch mierne ohrieva, čo výrazne znižuje jeho pretrhnutie počas prevádzky;
• Laserový lúč je prenášaný optickými vláknami, takže ho možno nájsť aj na ťažko dostupných miestach;
• Laserové zariadenia sa môžu používať nielen na zváranie kovov, ale aj na rezanie;
• poskytuje kvalitné zvary;
• Proces zvárania poskytuje dobrý výkon, je ľahko ovládateľný.

Má však technológie a ich nedostatky:

• vybavenie je veľmi nákladné;
• zvárací stroj má nízku účinnosť;
• Prevádzkovateľ inštalácie musí mať vysokú kvalifikáciu.

Avšak napriek nedostatkom je laser jediným riešením na zabezpečenie presnej zváracej operácie alebo spájania tavných materiálov.

Druhy zvárania

Laserové zváranie je dvoch druhov:

• Kĺbový kĺb - v tomto prípade nepoužívajte prísady a toky. Medzi kovmi je povolený minimálny spoj, nie viac ako 0,2 mm. Rovnaká hodnota je maximálna hodnota zaostrenia laserového lúča na križovatke. Zváranie sa uskutočňuje pomocou kovovej penetrácie "dýku" pre celú hrúbku s intenzitou laserového žiarenia až do 1 mW / cm2. Švu v tomto prípade musí byť chránený pred oxidáciou argónom alebo dusíkom a hélium ho ochráni pred rozpadom laserového žiarenia;
• Lashing - kovové plechy sú navzájom superponované, sú spojené silným žiarením. Zváranie sa vykonáva miestnym upínaním dielov. Maximálna povolená medzera medzi povrchmi kovov pri práci je 0,2 mm. Ak potrebujete zlepšiť kvalitu častí, ktoré sa majú spojiť, používa sa dvojitý šev.

Typy laserov

Pri zváraní kovov sa používajú dva typy lasera:

• tuhý stav;
• plyn.

Tento alebo ten typ laseru sa vyberá v závislosti od účelu použitia zariadenia.

Solid State

V tomto prípade sa aktívne teleso pôsobí rubínovú tyče so sklom a dopovaný neodýmu alebo YAG, ktorý je dotovaný neodým a yterbium. Tyč sa nachádza v osvetľovacej komore. K excitáciu atómov aktívneho tela lampy čerpadla je použitý, čo vytvára silný svetelný záblesk.

Na koncoch aktívneho telesa sú dve zrkadlá:

• čiastočne transparentné;
• odrážajúce.

Laserový lúč vystupuje cez čiastočne priehľadné zrkadlo, opakovane sa odráža v rubínovej tyči a dopredu zosilní. Lasery na polovodičové zariadenia nie sú príliš silné, ich výkon sa pohybuje od 1 do 6 kW.

S týmito zvárané laserom iba malé a nie silnejšieho diely, často - mikroelektronických zariadení, napríklad tenké prívodné vodiče s priemerom 0,01-0,1 mm na báze nichrom, zlato alebo tantalu. Taktiež je možné zvárať výrobky na báze fólie s bodovým priemerom rádovo 0,5-0,9 mm. Rovnakým spôsobom sa na kineskopu moderných televízorov vytvára utesnený katódový šev.

Katóda je rúrka s dĺžkou 2 mm, priemerom 1,8 mm a hrúbkou steny 0,04 mm. Dno s hrúbkou 0,12 mm sa na takúto rúrku zvára na základe zliatiny chrómu a niklu. Takéto malé produkty sú varené kvôli vysokému stupňu zaostrenia lúča, ako aj presnému dávkovaniu energie úpravou trvania impulzu v rámci určitých limitov.

plynový

Plynové lasery sú silnejšie, aktívna zmes v nich je plynová zmes. Plyn sa čerpá z valcov čerpadlom cez plynovú výbojku. Energetické budenie plynu je spôsobené elektrickým výbojom medzi elektródami. Na koncoch plynovej výbojky sú zrkadlá. Elektródy sú pripojené k zdroju energie a samotný laser je chladený vodným systémom.

Hlavnou nevýhodou zariadenia s pozdĺžnym čerpaním plynu sú jeho rozmery. Ale lasery s priečnym čerpaním plynu sú kompaktnejšie. Celkový výkon môže byť od 20 kW alebo viac, takže môžete pri vysokých otáčkach spojiť kovy s hrúbkou až 20 mm - asi 60 m / h.

Najvýkonnejšie štruktúry sú plynovo dynamické. Používajú sa pre plyny, ktoré sa zahrievajú na teplotu 1000 až 3000 K. Plyn v nich rýchlo bežiaci cez trysku Lawley, nakoniec expanduje adiabaticky, a potom sa plyn ochladí v oblasti duté komory. Po ochladení, excitované molekuly pohybujú na nižšiu úroveň energie, vyznačujúci sa tým, koherentného žiarenia emitovaného. Čerpanie môže nastať pri použití iného lasera alebo iných silných zdrojov energie. Výkonné konštrukcie umožňujú zváranie rýchlosťou asi 200 m / h ocele s hrúbkou 35 mm.

Zváranie laserom sa vykonáva za atmosférických podmienok, nie je potrebné vytvárať vákuum, je potrebné chrániť roztavený kov zo vzduchu. Zvyčajne sa používajú plyny, napríklad argón. Proces je charakterizovaný skutočnosťou, že kvôli vysokému tepelnému výkonu nosníka na povrchu zváraného výrobku sa kov veľmi intenzívne odparuje. Pary sú ionizované, v dôsledku čoho je lúč rozptýlený a preosievaný.

Preto v podmienkach používania vysoko výkonných zariadení sa dodatočne k ochrannému plynu dodáva aj plyn znižujúci plazma do zváracej zóny. Oni sú zvyčajne hélium, ktoré je oveľa ľahšie ako argón a nebude rozptýliť lúč. Na zjednodušenie procesu je potrebné použiť špeciálne zmesi plynov, ktoré majú funkciu potlačenia plazmy a ochranu. V tomto prípade musí horák dodávať plyn, aby mohol odfúknuť ionizovanú paru.

Počas prevádzky sa lúč pomaly prehlbuje do časti a vytláča roztavený kov zvarového bazénu na zadnú stenu krátera. To poskytuje penetráciu "dýku" za predpokladu veľkej hĺbky a malej šírky švu.

Vysoká koncentrácia energie v lúči umožňuje dosiahnuť vysokú pracovnú rýchlosť a tiež poskytuje dobrý tepelný cyklus a vysokú pevnosť zvarového kovu.

Laserové zváracie stroje

Pri tomto druhu zváracích prác sa používa ako mobilné, tak aj kompaktné zariadenie a na pripojenie veľkých častí je možné použiť aj zariadenia s plným rozmerom.

Často na priemyselné účely, také modely strojov ako:

• LAT-S - slúži na laserové zváranie ako aj na zváranie kovov. Má vysoký výkon, takže môžete dosiahnuť vysoký výkon v zmysle. Môže byť vybavená automatickými súradnicovými tabuľami, vďaka čomu je možné s vysokou rýchlosťou manipulovať so zložitými konštrukciami. Stroj obsahuje dva moduly. V prvej z nich je zdroj energie a zariadenie na chladenie lasera a druhý modul je mobilný rám, kde je umiestnený laserový žiarič. Dve moduly sa ľahko pohybujú vďaka prítomnosti kolies v základni. Pre stacionárnu prácu so strojom je nehybnosť zabezpečená pomocou špeciálneho mechanického blokovania;
• MUL-1 - tento stroj je malý, používa sa na laserové zváranie a povrchové úpravy kovov. Aj s jeho pomocou môžete spájkovať zlato a striebro. Varenie šperkov pomocou tohto stroja je možné vykonať jednoducho a s vysokou presnosťou. Zariadenie sa často používa na opravu a výrobu šperkov. Kovové časti malých rozmerov je možné zvárať bez silného ohrevu, dokonca aj pripojenie rámov okuliarov. Prístroj je vhodný v tom, že dostatočný výkon na prevádzku je 220 V. V závislosti od zvoleného režimu je výkon zariadenia od 1,9 do 2,5 kW;
• LAT-400 - slúži na spojenie veľkých výrobkov. Systém obsahuje výkonný laser pevnej a tuhej, zdroj napájania a chladiace zariadenie. Laser má vysoký výkon a výkon, takže dokonca zložitá práca môže byť vykonávaná s vysokou rýchlosťou. Zariadenie je pripojené na úkor trojfázovej siete 380 V. Pri špičkovom zaťažení je výkon zariadenia približne 13 kW. Jednotka je vybavená mechanizovaným systémom, ktorý je poháňaný jednosmerným motorom. To uľahčuje pohyb hlavy laseru v troch rovinách.

Ručné laserové zváranie sa vykonáva pomocou takýchto zariadení:

• WELD-WF je prenosné zariadenie, ktoré umožňuje vykonávať prácu aj na ťažko dostupných miestach. Obsahuje manipulátor pripojený k vláknu. Generované laserové žiarenie sa prenáša pozdĺž vlákna. Keďže existuje spätná väzba, pomocou prístroja môžete získať najkvalitnejší zvar v porovnaní so zariadeniami, v ktorých nie sú k dispozícii žiadne takéto možnosti. Prístroj má výkon len 1,5 kW a pracuje zo siete 220 V. Je vhodný na rôzne opravy pri ťažkej alebo časovo náročnej demontáži;
• CLW120 je ručné zariadenie s nízkym výkonom, ktoré je vynikajúce pre prácu vyžadujúcu šperkovú presnosť, ako aj bodové laserové zváranie. Okrem toho sa môže použiť na spojenie železných a neželezných kovov, nehrdzavejúcej ocele alebo zliatin titánu. Kapacita zariadenia je 10 kW, sieťové požiadavky sú 220 V.

Takmer všetky tieto zariadenia sú vybavené ďalekohľadom, ktorý chráni oči od negatívneho dopadu laserového lúča a súčasne prispieva k zvýšeniu spracovanie, práce, ktoré majú byť vykonávané účinne a presne.