Производители автомобилей, поставщики автомобилей первого уровня и другие крупные производители успешно внедряют лазерную сварку в течение многих лет, но в малом и среднем бизнесе она гораздо менее распространена.
Лазерная сварка полезна как для проектирования деталей, так и для бережливого производства генерирует лишь часть тепловложения, свойственного другим методам сварки, требует доступа только к одной стороне детали и позволяет получить узкий валик. Поскольку не требуются электроды и, как правило, присадочный материал, повторяемость при лазерной сварке очень хорошая. Это настолько стабильный процесс, что можно обеспечить высокий уровень автоматизации.
Хотя фиксация деталей для лазерной сварки может быть весьма сложной, процесс лазерной сварки на самом деле очень прост и может выполняться на самых простых машинах, включая повседневную систему лазерной резки.
Основы лазерной сварки
И при лазерной резке, и при сварке на заготовку воздействует сильно сфокусированный лазерный луч, и либо заготовка, либо лазерный луч перемещаются, создавая геометрию. Лазерный луч расплавляет небольшую часть заготовки при движении.
Разница между лазерной резкой и сваркой заключается в используемой фокальной головке и способе подачи газа . При резке расплавленный материал выбрасывается из заготовки сфокусированной струей вспомогательного газа, подаваемой сверху. При сварке сварной шов защищается от загрязнения кислородом с помощью мягкого и несфокусированного защитного газа, подаваемого сбоку.
Проведение лазерной резки над заготовкой с очень низким уровнем вспомогательного газа приводит к образованию сварного валика, а не разреза. Замена вспомогательного газа на гелий или аргон (или другой инертный газ, подходящий для материала) позволяет получить блестящий сварной шов, а не пористый, загрязненный. Наконец, изменение подачи газа (теперь называемого защитным или защитным газом) так, чтобы он плавно текла по верхней части детали, а не проецировалась на деталь вниз, позволит получить косметически привлекательный сварной шов.
Лазерные сварочные головки
В большинстве случаев лазерной сварки используются три типа сварочных головок: передающая головка , параболическая головка и выносная или сканирующая головка . Передающая головка со съемной фокусной линзой часто используется для простых приложений с низким энергопотреблением. Эти головки просты в использовании и настраиваются с объективами с различным фокусным расстоянием. С другой стороны, фокусная линза более подвержена повреждениям от сварочных брызг, и ее труднее эффективно охлаждать, поскольку ее можно охлаждать только с боков.
Параболическая сварочная головка — лучший выбор для сварки более высокой мощности, поскольку зеркало менее подвержено повреждениям и его можно легко очистить с помощью крема для полировки зеркал. Кроме того, поскольку задняя часть зеркала может охлаждаться непосредственно водой, вероятность его повреждения в результате термического напряжения или изменения его фокусных характеристик при изменении мощности лазера гораздо меньше.
Выносная сварочная головка, или сканирующая головка, — это отличный выбор для высокоскоростных и крупносерийных сварочных работ, требующих более сложной геометрии и креплений, например панелей кузова автомобиля. Поскольку удаленная сварочная головка может расположить фокус лазерного луча в любом месте в пределах своего рабочего диапазона, просто поворачивая внутренние зеркала, она работает быстро и часто лучше всего подходит для сложных деталей.
У удаленной сварочной головки есть ограничения. Поскольку для этого требуется оптика с очень большим фокусным расстоянием, обычно от 20 до 40 дюймов, луч не будет фокусироваться так плотно, что снижает интенсивность лазера и, следовательно, скорость и проникновение для любой заданной мощности лазера. По этой причине к удаленной сварке предъявляются более строгие требования с точки зрения мощности лазера и качества луча.
Основы лазерной сварки: фокусное расстояние и качество режима
Факторами, определяющими поперечное сечение (глубину в зависимости от ширины) сварного соединения, являются качество лазерного луча и характеристики фокусирующей оптики.
Высококачественный или яркий лазерный луч обеспечивает небольшое, интенсивное фокусное пятно и глубокий, узкий сварной шов при любой заданной мощности лазера и скорости обработки. И наоборот, балка более низкого качества обеспечивает более широкий сварной валик с более мелким проваром.
Такая же зависимость существует и для фокусирующей оптики: оптика с коротким фокусным расстоянием обеспечивает небольшое пятно для более глубоких и узких сварных швов.
На первый взгляд может показаться, что глубокий сварной шов всегда желателен, но это не так. Для тонких деталей, где легко достичь полного провара, может быть предпочтительнее иметь более широкий сварной шов. Кроме того, более широкое фокусное пятно и большая глубина резкости могут быть более щадящими с точки зрения фиксации и выравнивания. Когда вы работаете с инструментом диаметром всего в несколько тысячных дюйма, решающее значение имеют подгонка детали и выравнивание инструмента.
Типы лазеров
Каждый тип лазера, используемый в сварке, имеет свои положительные и отрицательные стороны, а также различную структуру затрат. Некоторые применения можно выполнить с помощью любого лазера; некоторые настолько сложны или специализированы, что подходит только один тип лазера. Наиболее распространенными сегодня типами являются CO 2 , Nd:YAG, волоконные и дисковые лазеры.
Самый старый инструмент на стенде, лазеры CO 2 генерируют лазерный луч, подавая электрическую энергию на закрытую смесь газов, которая стимулирует молекулу CO 2 испускать фотоны света или тепла. Они обеспечивают высокое качество луча при хорошем соотношении цена/ватт, время безотказной работы может превышать 99 процентов и относительно безопасны для глаз.
Лазеры Nd:YAG — это твердотельные лазеры, которые накачивают источник света высокой интенсивности (лампы-вспышки или диоды) в кристаллический стержень со специальным покрытием, в результате чего стержень генерирует лазерный луч. Качество их луча не такое хорошее, как у CO 2 ; однако в них мало движущихся частей, если они вообще есть, и они могут передаваться по гибкому оптоволоконному кабелю.
Дисковые лазеры, вариант Nd:YAG, накачивают диодный свет в диск или пластину, а не в стержень, что обеспечивает лучшее качество луча, чем типичный стержневой лазер Nd:YAG.
Волоконные лазеры — это новый тип твердотельного лазера, который генерирует лазерный луч путем накачки диодного света непосредственно в оптоволокно, в результате чего лазерный луч генерируется прямо внутри оптоволокна. Как и дисковый лазер, волоконные лазеры обеспечивают превосходное качество луча, возможности оптоволокна и отсутствие движущихся частей. Их модульная конструкция обеспечивает простоту масштабирования.
Хотя у каждого из этих лазеров есть свои плюсы и минусы, все они являются современными и надежными производственными инструментами.
