Все о сварке

Установка лазерной сварки


Принцип действия лазерной сварки

Лазерная сварка среди множества других видов сварки отличается тем, что позволяет достичь мельчайших сварных швов. Кроме того, ее применяют при производстве микроэлектроники, так как станки лазерной сварки способны резать детали с минимальной погрешностью, а также производить идеальной круглой формы отверстия диаметром в 0,5мм. Посему, лазерная сварка и резка считается «ювелирной», то есть идеально точной и к тому же и быстрой.

Источником света в лазерной сварке является сфокусированный лазерный (твердотельный или газовый) луч. Луч формируется в лазер- генераторе, затем фокусируется при помощи системы фокусирования, и попадает на свариваемое изделие, проникая в него, нагревает и расплавляет материал изделия (лучи бывают импульсного и постоянного действия). Существует 3 вида лазерной сварки:

Микросварка лазером и мини-сварка лазером получила распространение в производстве микроэлектроники. Таким образом, применение лазерной сварки данных видов проявляется в производстве элементов печатных плат. Резка пластмассовых изделий при необходимости также осуществляется данными видами сварки.

Макро сварка лазером находит свое применение в практически любом виде промышленности, так как существуют станки для макро сварки, которые способны работать на огромных мощностях и плавить самые термостойкие марки металлов на глубины в несколько сантиметров, а может и десятки сантиметров.

Конструкция установки твердотельного лазера такова, что является довольно примитивной (см. рис.). В качестве активного тела используется рубиновая трубка или стеклянная трубка со специальными примесями: Nd-Glass (неодима), Nd-YAG (алюмоиттриевого граната, легированного неодимом), Yb-YAG (иттербий).

От высокомощной лампы накачки активное тело формирует луч, который отбивается от зеркал, установленных по торцам его, причем одно из зеркал является условно-отражающим. Это значит, что когда луч набирает достаточную мощность (концентрацию) во время того, как отбивается от зеркал, условно-отражающее зеркало перестает его отражать, пропуская луч дальше к свариваемой детали.

Установки твердотельной лазерной сварки могут быть для производства микросварки и мини-сварки. Они не способны производить лучи больших мощностей, современные показатели мощности для таких установок колеблются в приделах от 1 кВт до 6 кВт включительно.

Устройство газового лазера

Принцип работы газового лазера отличается от твердотельного тем, что он использует смесь газов (СО2+N2+Не), закаченных в газоразрядную трубку.

Как видно на рисунке, активное тело (смесь газов) закачивается в трубку, в которой находятся электроды. Данные электроды предназначены для создания электрического разряда между ними, что приводит к энергетическому возбуждению газа.

Собственно, таким образом и формируется лазерный газовый луч, а в остальном, он также отражается от зеркал, набирает концентрацию, как и твердотельный, после чего перестает срабатывать второе условно отражающее зеркало и происходит выброс луча к свариваемой детали.

Однако, на втором рисунке была показана схема действия лазера, который имеет продольную систему прокачки газа, он имеет недостаток, который проявляется в больших габаритах сварной установки.

На следующем же рисунке изображена схема все той же газовой лазерной системы, но уже с поперечной системой прокачки газа.

В обеих конструкциях установок газовых лазеров они имеют солидную мощность порядка 20 кВт и больше, благодаря чему может производится сварка металлов с толщиной изделия до 2 см; при этом скорость сварки развивается до 60 метров в час, что является довольно таки солидным показателем для многих других видов сварки.

Устройство газодинамического лазера

Имеется также и третий вариант лазерных установок, которые значительно отличны от предыдущих, они имеют наиболее высокие мощности (100 кВт), способны производить сварку разной тугоплавкости металлов, толщиной в 35 мм, иногда даже больше. При этом скорость сварки шва доходит до 200 метров в час.

Итак, суть резонатора данной сварочной установки состоит в том, что разогретый до температуры 1000 – 3000 К газ подается в его зону с сверхзвуковой скоростью через сопло; расширяясь и охлаждаясь, молекулы CO2 способствуют переходу на новый, более низкий энергетический уровень, с образованием когерентного излучения.

Напоследок статьи стоит сказать, что данный вид сварки является довольно экономичным относительно расхода электроэнергии и позволяет производить работу на различных напряжениях.

mastery-of-building.org

Лазерная сварка металлов – характеристики, особенности и преимущества

Наплавка металла под слоем флюса является самым распространенным на сегодняшний день видом наплавки металла. Причины такой популярности кроются в технологических особенностях этого процесса, а также в тех несомненных преимуществах, которыми он обладает. 

Тщательный контроль качества сварочных работ требуется для того, чтобы в дальнейшем исключить разрушение сварного соединения во время эксплуатации металлоконструкции. Но правильный контроль – это не просто контрольные испытания, проводимые на этапе приемки металлоконструкции в эксплуатацию, контроль сварочных работ должен производиться и до начала сварочных работ и вовремя их проведения. 

Мастерство конечно нарабатывается годами, но именно от желания постичь тайны ремесла, багажа знаний будет зависеть качество выполненных работ. О том, как выполняется устранение дефектов сварных швов, что необходимо для того,чтобы их допустить и поговорим сегодня.

stalevarim.ru

Сварка лазерным лучом

Художественные изделия минувших времен часто выполнялись в смешанной технике из различных материалов, каждый из которых при реставрации требует к себе особого отношения. При этом, разумеется, произведение искусства далеко не всегда можно разобрать на детали. Возникает вопрос: «Как устранять изломы и трещины на одной части изделия, не повредив при этом другой фрагмент?»

Традиционно с такими повреждениями, как излом, боролись с помощью клея или пайки. Надежные клеи на основе эпоксидных смол, обеспечивающие надлежащую прочность соединения, появились только во второй половине ХХ века, и, надо сказать, их поголовное использование принесло немало вреда, поскольку нарушался главный принцип реставрации — обратимость материалов (то есть возможность растворения клеев и возврата склеенного соединения в исходное состояние). Для склейки же металлических изделий смолы непригодны еще и по той причине, что отвердители (амины — моноэтаноламин, триэтаноламин) вступают в реакцию с большинством металлов и образуют впоследствии коррозионную прослойку. В ряде случаев не годятся даже современные клеи: например, клеить проволоку встык нет смысла.

Пайка мягкими припоями тоже не всегда допустима, особенно если речь идет о драгоценных металлах. То же самое относится и к пайке твердыми высокотемпературными припоями: в частности, пайка, золоченых деталей с нагревом до нескольких сотен градусов приводит к диффузии золота внутрь основы, и на поверхности не остается слоя позолоты.

Неразрешимые проблемы в случае применения клея и пайки часто возникают, когда необходима реставрация изделий, выполненных из металла в сочетании с деревом (оружие), кожей (доспехи, дамские сумочки), тканью, драгоценными и полудрагоценными камнями.

На основе достаточно длительного опыта в области традиционной реставрации произведений искусства и памятников истории, у которых основным художественным элементом является металл, мы пришли к выводу, что единственным возможным методом устранения повреждений в этих случаях становится сварка лазерным лучом. Изучению возможностей лазерной сварки и посвящена данная статья.

Особенности лазерной сварки

Сущность процесса сварки лазерным лучом заключается в следующем. Лазер является источником когерентного, монохроматического излучения, имеющего малую угловую расходимость. Это позволяет обеспечивать высокую точность и степень фокусировки луча на образце и достигать высокой концентрации энергии в строго определенной и очень малой зоне обработки. Под действием сфокусированного импульсного лазерного излучения на поверхности металла происходит быстрый локальный нагрев. Поглощенное излучение в материале начинает действовать как интенсивный источник тепла. Затем в образовавшейся зоне плавления, в соответствии с параметрами теплопроводности металла, быстро протекает процесс кристаллизации. Особенности теплового воздействия определяют специфику физико-химических и металлургических процессов при лазерной сварке (см. схему). Лазерное излучение, направленное на поверхность, частично отражается, а частично поглощается материалом. Такие металлы, как серебро, алюминий, медь, обладают особенно высокой отражательной способностью, при их сварке значительная часть энергии теряется. Таким образом, преимуществами лазерной сварки являются:

К недостаткам лазерной сварки относится высокая отражательная способность металлов (особенно оплавленных), которая приводит к потере мощности в процессе облучения, в результате чего возникает необходимость увеличения энергии лазерной установки.

Опыты по сварке лазером

В последние годы реставраторы все чаще стали использовать лазеры. Однако, поскольку реставрация — наука осторожная и консервативная, внедрению любых новых технологий предшествует длительный процесс изучения их возможностей и побочных эффектов на пробных образцах.

С этой целью для реставрации музейных экспонатов была приобретена промышленная установка «Квант 12», работающая на основе твердотельного оптического квантового генератора с активным элементом из алюмоиттриевого граната, легированного неодимом. (Nd -неодим, элемент с атомным номером 60 в таблице Менделеева, относится к семейству лантаноидов.) Достоинством данной лазерной установки в процессе изучения реставрационной сварки является возможность обеспечения и выбора чрезвычайно тонкой фокусировки и точной дозировки энергии лазерного луча на образце в импульсном режиме.

Для изучения практических возможностей сварки лазерным лучом были вначале подготовлены экспериментальные образцы из различных металлов, применявшихся при создании произведений искусства с древних времен: медь, латунь, серебро, сталь, чугун, цинк, олово и мельхиор. Образцы подбирались различной толщины, начиная с массивных отливок и заканчивая тонкой фольгой (басмой).

Параметры лазерной установки
Длина волны 1,06 мкм
Длительность импульса 2,0-5,0 мс
Частота импульсов 10-20 Гц (при длительности 2,0 мс)
Диаметр светового пятна на образце 0,3-1,3 мм
Энергия импульса излучения 8 Дж

Первоначально проверялось воздействие различных режимов луча на металлическую поверхность. Затем были подобраны изделия с дефектами, имитирующими типичные повреждения произведений искусства, — изломами. Ставя подобные эксперименты, мы учились подбирать оптимальные режимы, разрабатывали приспособления для удержания сложных деталей в процессе сварки, использовали присадочную проволоку для заполнения нестыкующихся разрывов и т. д. Работа проводилась в режиме однократных импульсов. И только получив необходимый опыт, мы начали осторожно применять лазер для сварки музейных экспонатов.

Результаты проведенных экспериментов продемонстрировали возможность применения лазеров для устранения таких повреждений металлических изделий, как трещины, разрывы, каверны. Лазером небольшой мощности (см. параметры в таблице) можно с успехом пользоваться для сварки изломов в тех случаях, когда другие методы неприемлемы: точное наведение луча с помощью микроскопа и очень малая зона воздействия позволяют добиться желаемых результатов. При плотном прилегании свариваемых частей сварка осуществляется без применения присадочного материала, а при невозможности плотно сжать стороны трещины требуется минимальное количество присадочной проволоки.

Обработанная лазером поверхность обладает повышенной стойкостью к коррозии и к образованию горячих и холодных трещин, при этом стоит еще раз подчеркнуть, что зона термического влияния невелика.

Для сварки массивных деталей, особенно из металлов, хорошо отражающих лазерное излучение, в частности из меди и медных сплавов (бронза, латунь и т. д.), необходима лазерная установка большей мощности. Для сварки же очень тонкой фольги — басмы — подобрать режим нам не удалось: луч прожигает басму насквозь.

Примеры применения лазерной сварки

Рассмотрим несколько типичных примеров, где применялась лазерная сварка при реставрации музейных произведений искусства и исторических памятников.

1. Солнечные часы (начало XVIII века, бронза), приобретенные по приказу императора Петра I в Германии. На металлической поверхности присутствует слой золотистой патины, которую необходимо было сохранить. Метрическая шкала и цифры заполнены краской. Навершием астрономического прибора служат два симметричных завитка, один из которых погнулся.

1. Солнечные часы. Общий вид для реставрации.

2. Солнечные часы. Фрагмент. Стрелкой указано место шва лазерной сварки.

При попытке выправить завиток вручную оказалось, что металл пружинит и не может принять первоначальное положение. Зафиксировав пружинящую деталь с помощью деревянных вкладышей, мы смогли выполнить точечную сварку лазерным лучом с обеих сторон и таким образом закрепить деталь. Сварочный шов оказался достаточно надежным. Это был один из первых опытов применения лазерной сварки на историческом экспонате.

2. Филигранная сухарница (начало ХХ века, латунь, серебрение) выполнена из тонкой витой латунной серебреной проволоки, что создает эффект прозрачности, как у паутины. Подобное художественное решение с неизбежностью влечет за собой конструктивную непрочность. На сухарнице заметны многочисленные изломы и повреждения ажурного плетения.

3. Филигранная сухарница. Общий вид

4а-б. Фрагменты сухарницы до и после сварки5а-б. Фрагменты сухарницы до и после сварки

Пайка мягким припоем и склеивание проволок встык не привели бы к желаемому результату, так как проволочные элементы обладают высокой упругостью. Пайка твердым высокотемпературным припоем недопустима, так как это чревато значительной утратой серебряного покрытия. Была необходима сварка лазерным лучом, безопасная для серебряного покрытия. Мы вручную сомкнули разорванные пружинящиеся части изломов, держа деталь руками вблизи зоны сварки. Сварка велась сначала по конструктивному верхнему ободку, а затем по мелким внутренним завиткам. В некоторых местах, где части проволоки полностью свести не удалось, мы осуществили наращивание присадочной латунной проволокой. Точечный сварной шов получился настолько небольшим, что его декоративное серебрение не понадобилось.

3. Ножны кавказской сабли (середина XIX века, серебро) снаружи полностью выполнены из металла, а вовнутрь зачеканен деревянный вкладыш, извлечь который при реставрации ножен практически невозможно.

14. Кавказская сабля с ножнами

15. Фрагмент ножен до реставрации

16. Ножны после лазерной сварки

Кроме обычной косметической обработки (смены консервирующего покрытия и осветления поверхности металла), на ножнах было необходимо ликвидировать опасную развивающуюся трещину длиной 55 мм. Даже при незначительном нажатии трещина постепенно увеличивалась. Чтобы остановить развитие трещины, в месте ее начала несколькими лазерными импульсами была выполнена точечная сварка. Затем края трещины удалось свести на расстояние, позволяющее выполнить сварку уже по всей длине. В некоторых местах, где края плотно не сошлись, пришлось воспользоваться присадочной серебряной проволокой. Сварной шов получился практически незаметным.

Приведенные примеры использования лазера для устранения повреждений произведений искусства показывают перспективность внедрения этой технологии в реставрационную практику.

Реставрация на форуме →

Сергей Смирнов, Дмитрий Горячкин, Светлана Холодова

ostmetal.info

Аппараты для лазерной сварки

Какими аппаратами осуществляется лазерная сварка? На сегодняшний день наиболее распространенными решениями является оборудование для лазерной сварки двух типов — твердотельное и газовое, в зависимости от типа активной рабочей среды лазера. Сварка с применением твердотельных лазеров происходит в разных активных средах: хром-форстерит, синтетический рубин и другие. Более всего распространена сварка в среде кристалла алюмоиттриевого граната, который прошёл легирование неодимом. Все классификации сварочных аппаратов основаны на физическом свойстве лазерного луча. Различия в устройствах заключаются в длине и различии импульсных волн излучения.

Установки с твердотельным лазером

Длина волн, излучаемых твердотельной установкой лазерной сварки, значительно короче, чем у аппаратов лазерной сварки газового типа. Часть твердотельных лазеров работает в импульсном и непрерывном режиме, но большинство — только в импульсном. Мощность аппаратов, основанных на действии твердотельного лазера, несколько слабее, чем газового.

Схема работы твердотельных установок представляет собой излучение лазера через стержень (твердотельный активный элемент) из стекла с включением неодима, рубина, граната алюмоиттриевого (легированного иттербием или неодимом). Стержень размещается в квантроне, где в качестве оптической накачки среды выступает лампа, способная создавать мощные и равномерные вспышки света. В торцах активных стержней расставлены отражающее и частично прозрачное зеркала. Всё оборудование для лазерной сварки работает по следующему принципу: лазерный луч проходит через частично прозрачное стекло и усиливается, множество раз отражаясь в активном элементе.

Применяют лазерные твердотельные аппараты для сварки мелких деталей с небольшой толщиной. Это могут быть, например, элементы электронных приборов и устройств — тоненькие проволочные выводы из нихрома, золота и тантала. Современные системы позволяют производить точечную сварку элементов из фольги, создавать герметичные швы катодов кинескопа и т.д. С помощью данных установок можно так же производить операции по лазерной наплавке, закалке и легированию.

Преимущества лазерной сварки, цена

Лазерное излучение обеспечивает высокую концентрацию энергии, существенно превосходящую другие источники энергии, используемые для сварки. Лазерный луч на несколько порядков превосходит по концентрации остальные источники теплоты, используемые для сварки.

Особенностью лазерного излучения является возможность легкой его транспортировки. С помощью зеркальных оптических систем лазерный луч можно направлять в труднодоступные места, подавать на значительные расстояния без потерь энергии, одновременно или последовательно использовать на нескольких рабочих участках. Эти характерные особенности лазерного излучения создают возможность легкого и оперативного управления процессом лазерной сварки. К этому следует добавить простоту управления энергетическими характеристиками лазерного излучения.

Сколько стоит  устройство для газовой сварки?

Стоимость лазерного технологического комплекса для сварки нового поколения зависит от конструктивных особенностей  и назначения той или иной модели оборудования. Точную стоимость ЛТК можно узнать только после определения технического задания, т.к. все зависит от предъявляемых к комплексу требований.

Продажа установок лазерной сварки

Узнать сколько стоит газовая сварка цветных металлов, уточнить особенности различных моделей оборудования и договориться о доставке Вы можете в нашей компании. Мы тесно сотрудничаем с многими городами России и стран СНГ (Беларусь, Казахстан). Так, в настоящее время партнерами нашей компании являются предприятия Москвы, Санкт-Петербурга, Минска и Астана. И количество успешно совершенных сделок постоянно увеличивается благодаря выгодным условиям продажи и высококачественному оборудованию лазерной сварки.

hanslaser.ru


Смотрите также