Лазерная сварка для ремонта авто

С. В. Фаргер, С. Ю. Кайгородов // В сборнике: Техника и технологии машиностроения. Материалы IX Международной научно-технической конференции. Омск, 2020. С. 25-28.

В данной статье представлены области применения лазерной технологии в производстве автомобилей. Рассмотрены типы лазерной сварки и виды сварочных соединений, входящие в технологию лазерной сварки. Перечислены ее преимущества и недостатки по сравнению с другими видами сварки. Приведен пример использования лазерной сварки в изготовлении кузова автомобиля од- ной из известных компаний Volvo Cars, которое привело к повышению конструкционных и прочностных характеристик автомобиля. Сделаны выводы о том, что лазерная сварка является более совершенной технологией сварочного процесса при поточном производстве.

Усложнение технологии сборки кузова из-за сложности дизайна кузова, необходимости в улучшении внешнего вида шва, повышении качества детали и т.д., приводит к внедрению новых технологий в поточное производство. Одной из таких технологий является лазерная сварка. Весь процесс сварки исключает человеческий фактор, т.к. проходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме, что способствует прочному и долговечному шву. Принцип работы лазерной сварки заключается в нагревании металла лазерным лучом, расплавляя его. Отличие лазерной сварки от других видов сварочных технологий – высокая плотность энергии в пятне нагрева, достигает 1 МВт/см2. Это обеспечивает высокую скорость разогрева и охлаждения зоны сварного шва, что значительно уменьшает тепловое воздействие на околошовную зону. Поэтому сварочный процесс не вызывает структурных изменений материала, приводящих к разупрочнению, деформации и образованию трещин.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точечной сваркой кузовных элементов из тонколистовой стали. Для снижения веса в современных автомобилях все чаще применяют детали из алюминиевых и магниевых сплавов. Характерная особенность этих материалов — наличие у них поверхностной оксидной пленки с высокой температурой плавления. По- этому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

Все лазерные установки делятся на два типа: твердотельные и газовые. Твердотельный лазер используется в связке со специальными электродами.

Электроды могут быть рубиновыми, стеклянными, с примесями неодимов. Схема стандартного твердотельного лазера изображен на картинке ниже. Мощность таких лазерных установок крайне мала и не превышает 6 кВт. Поэтому твердотельные лазеры используют для сварки деталей малых толщин. Например, детали, которые необходимы в микроэлектронике. Таким лазером можно сварить детали из золота, нихрома или тантала. Также применяется для обработки солнечных элементов для широко распространенных в будущем электромобилей: резка, металлизация, маркировка, лазерное фрезерование и изоляция кромок.

Газовые лазеры более мощные по сравнению с твердотельными, поэтому сфера их применения гораздо шире. Здесь вместо электродов используется защитный инертный газ, зачастую аргон.

Единственный недостаток газовых лазеров – это их немалый размер и вес. Но он вполне оправдан, ведь за громоздким тяжелым корпусом скрывается большая мощность, достигающая 20 кВт. А это значит, что с помощью такого оборудования можно соединить даже самые толстые детали, не сбавляя скорости (средняя скорость сварки газовым лазером – 60 м/ч).

Но самые впечатляющие, конечно, газодинамические лазеры. Для их работы требуется нагреть газ до очень высоких температур. Сам лазер выдает до 100 кВт и сваривает металл со скоростью 200 м/ч. Конечно, такие установки используются только на очень крупных производствах.

С помощью газовой установки любой мощности становится возможна лазерная сварка алюминиевых сплавов, лазерная сварка кузова автомобиля, лазерная сварка нержавеющей стали и даже лазерная сварка стекла.

Основные достоинства лазерной сварки

2. Отсутствие или очень малый объем последующей обработки швов. Швы могут располагаться в любом положении (возможна роботизированная пространственная (3D) сварка).

Недостатки лазерной сварки

1. Большие инвестиции на полностью оснащенную роботизированную лазерную установку.

2. Высокая стоимость работ на подготовку кромок.

3. Специальные меры безопасности.

Также существует лазерно-дуговая сварка. Это гибрид из лазерной и дуговой сварки, который обладает всеми преимуществами и того, и другого метода соединения металлов. На данный момент набирает все большее распространение. Преимущества гибридной сварки: высокая способность перекрытия зазоров в случае образования зазора на короткое время, более широкого и глубокого проникновения (глубину сварного шва), значительно более широкого диапазона применений и повышенной ударной вязкости.

В основном лазерная сварка применяется для внутренних соединений. Внешние швы требуют большую прочность и косметическую красоту – крыша, багажник и т.д., поэтому применяется лазерная пайка.

Лазерную сварку используют многие известные фирмы: Volvo Cars, Nissan, Toyota, Hyundai, General Motors, Ford Motor Company, DaimlerChrysler, BMW, Volkswagen, Audi. Volvo Cars одна из первых компаний которая начала использовать лазерную сварку при разработки новой модели кабриолета С70. Для создания этой модели была разработана совершенно новая структура кузова, с применением лазерной сварки, которая позволила получить косметически идеальный шов, не требующий шлифовки. Улучшенный дизайн, использование в кузове в качестве конструкционного материала высокопрочной стали, наличие почти 11 м лазерной сварки и 0,2 м лазерной пайки – все это позволило добиться поразительных результатов с точки зрения конструкционных и прочностных характеристик автомобиля. Увеличилась угловая жесткость кузова на скручивание в 2,5 раза, общая масса кузов при этом снизилась в 2,7 раз. Основные элементы жесткости – это порог, передняя рама бокового стекла, переднее и заднее ребра жесткости.

Таким образом лазерная сварка является передовой технологией, позволяющая улучшить качество изготовления автомобильных деталей и их внешний вид, полностью механизировать рабочий процесс и сокращает время сборки, что дает лазерной сварке преимущества перед другими видами сварки в поточном производстве таких ответственных элементов автомобиля как кузов.

1. Блащук В. Е. Металл и сварка: учебное пособие; 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 2006. 144 с.

2. Катаяма С. Справочник по лазерной сварке/ под ред. И.Л Истоминой. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2015. 704 с.

3. Пушков А. Н., Рузаев Д. Г. Лазерные технологии в автомобилестроении // Автомобильная промышленность. 2004. №12. С.28-30

Полное содержание статьи:

Марк Бойл, менеджер по продукции Amada Weld Tech, отвечает на пять ключевых вопросов, касающихся автомобильной лазерной сварки. Amada Weld Tech — производитель оборудования и систем для контактной сварки, лазерной сварки, маркировки, резки и микрообработки.

Каковы основные области применения лазерной сварки в автомобилестроении, и когда и почему лазерная сварка может быть лучшим выбором для этих целей?

В автомобильной промышленности наблюдается огромный рост использования лазерной сварки в производстве. Сейчас это обычное дело для многих автомобильных приложений, включая крупномасштабную сварку каркасов кузова (кузов в белом цвете), дверных рам, багажников, автомобильных капотов и шасси; и лазерная сварка пластика для передних и задних фонарей и корпусов электроники.

Читайте также:  Ремонт фар — цены в Москве

Лазерная сварка, о которой иногда забывают, поскольку сварные швы являются внутренними для автомобилей, а иногда и очень небольшими по размеру, также широко используется для сварки металлов многих компонентов, включая инициаторы подушек безопасности; обмотки катушек двигателя; соединения клемм аккумуляторной батареи с шиной для автомобильной электроники; и электрические соединения внутри автомобиля.

В прошлом сварка для этих применений осуществлялась с использованием множества других технологий, включая контактную сварку (RW), вольфрамовый инертный газ (TIG или GTAW) и металлический инертный газ (MIG или GMAW). Лазеры заменяют эти технологии во многих применениях в автомобильной сварке, прежде всего потому, что в процессе сварки выделяется меньше тепла, что приводит к более локализованному нагреву с меньшей зоной термического влияния (HAZ). Кроме того, с переходом автомобильной промышленности к более легким и более проводящим материалам сваривать их легче лазерной сваркой, чем, например, контактной сваркой (RW). Поскольку при лазерной сварке выделяется локализованное тепло, операторы могут обрабатывать более мелкие детали. Лучшая доступность и меньшее количество ограничений для деталей повышают гибкость дизайна, позволяя подходы, которые, возможно, были невозможны с другими методами.

Наконец, другие методы сварки могут оставлять видимые следы сварных швов на некоторых деталях, что может быть проблемой с точки зрения дизайна или эстетики. В лазерах не так много тепла, и один не обеспечивает такой большой тепловой сигнатуры, что значительно увеличивает гибкость конструкции.

Какие тенденции оказали наибольшее влияние на лазерную сварку на автомобильном рынке?

Безусловно, самая большая тенденция сегодня — это электрификация двигателей, о чем свидетельствует растущее количество гибридов и полностью электрических автомобилей на улицах. Эти автомобили требуют сварки компонентов электродвигателей, включая соединения трансмиссии и шпильки статора. Сварка аккумуляторов и соединения аккумуляторов — дополнительные ключевые области применения в электрификации транспортных средств. Сварка требуется для создания аккумуляторной ячейки, соединения ячеек для создания модуля или блока, а иногда и для соединения модулей для создания полной аккумуляторной сборки.

Соединения при производстве электродвигателя и аккумуляторной батареи обычно выполняются из токопроводящих материалов, для которых подходит лазерная сварка. Кроме того, сварные соединения требуют высокой прочности, высокой проводимости и высокой надежности в неблагоприятных условиях, что означает, что эти сварные швы должны соответствовать этим критериям и быть отслеживаемыми.

Еще одна тенденция в пользу лазерной сварки — повсеместное увеличение использования электроники в транспортных средствах по сравнению с тем, что было 20–30 лет назад. В настоящее время почти все управляется компьютером; Практически единственное, что может сделать водитель транспортного средства вручную — это долить жидкость в стеклоочиститель!

Лазерная сварка соединений электроники зарекомендовала себя с очень высокой степенью безопасности. Кроме того, обеспечивается высокая производительность без большого количества брака, что способствует повышению экономических показателей технологии лазерной сварки. Эта тенденция также включает в себя увеличение оборудования для обеспечения безопасности транспортных средств, особенно передовых систем помощи водителю (ADAS), подключающих оборудование безопасности на основе датчиков. Хотя некоторые соединения выполняются пайкой оплавлением — как гибкая цепь к печатной плате, часто корпуса датчиков герметизируются с помощью лазерной сварки.

Наконец, технология лазерной сварки хорошо подходит для высокоскоростных производственных линий, особенно для волоконных лазеров, которые не имеют расходных материалов и снижения мощности. Эти лазеры составляют основу новых автомобильных производственных линий.

Какие типы оборудования и технологий для лазерной сварки используются в автомобилях, и каковы преимущества и недостатки существующих технологий / вариантов оборудования?

Используются различные лазерные технологии, в том числе импульсный, легированный неодимом иттрий-алюминиевый гранат (Nd: YAG) для небольших компонентов, точечной и шовной сварки; голубые прямые диодные лазеры; волоконные лазеры; и импульсные дисковые лазеры.

Волоконные лазеры в последнее время получили все большее распространение и находят широкое применение в автомобильной промышленности. Волоконный лазер генерируется внутри гибкого легированного стекловолокна, которое обычно имеет длину от 10 до 30 футов и диаметр сердцевины волокна от 10 до 50 микрон. Иттербий используется в качестве легирующего элемента, поскольку он обеспечивает хорошую эффективность преобразования и длину волны на выходе около 1 микрона, что хорошо сочетается с существующими компонентами доставки лазера.

Доступное для приложений, требующих всего от нескольких ватт до десятков киловатт, оптоволокно обеспечивает простоту использования, обращения и долговечность (если оно не повреждено в результате неправильного обращения). Волокна также экономичны и относительно дешевы для эксплуатации на заводе, поскольку они не потребляют столько электроэнергии, как YAG или импульсный дисковый лазер.

Какой процесс вы используете, чтобы консультироваться с клиентами по вопросам, связанным со сваркой в ​​автомобилях?

Клиенты отправляют или привозят образцы деталей для сварки в наш технический центр, который состоит из 25 000 квадратных футов лабораторных площадей, расположенных на производственном предприятии площадью 85 000 квадратных футов. В техническом центре есть специализированные лаборатории, которые поддерживают каждую линейку продуктов компании и различные технологии соединения.

Эксперты в прикладных лабораториях определяют решение, которое лучше всего подходит для приложения и бюджета. Эти прикладные инженеры предоставляют варианты и разрабатывают отчет с информацией, показывающей, как объединить эти две технологии — по всем технологиям, — а также предоставляют информацию о многих различных технологиях и дают советы о том, какой источник будет лучше всего, помогая клиентам выбрать оборудование для надежного процесса. Сравнивая и сравнивая лазерную сварку со сваркой сопротивлением, сваркой в ​​режиме микро-TIG и другими платформами, эксперты по приложениям помогают клиентам принимать обоснованные решения.

Помимо гибкого выбора технологии, клиенты могут видеть варианты оборудования в рамках технологии. Что касается лазерной обработки, то в прикладных лабораториях есть аппараты для сварки Nd: YAG и волокна. Например, варианты контактной сварки включают переменный ток, емкостный разряд, высокочастотный и линейный постоянный ток. Для резки и микрообработки клиенты могут увидеть реализации системы, показывающие, что именно будет куплено.

Мы также отметили интерес к переходу на лазерную сварку и можем помочь клиентам, переходящим на эту технологию.

Можете ли вы привести пример или примеры недавнего сложного автомобильного применения и описать процесс лазерной сварки, который был разработан для решения этой проблемы?

Недавно мы увидели три интересных применения в автомобильной промышленности: герметизация инициаторов подушек безопасности; сварка аккумуляторных батарей между контактами и шинами; и приварка медной шпильки в электродвигателе. Каждое из этих приложений может быть достигнуто с помощью волоконного лазера непрерывного действия (CW).

Читайте также:  Ремонт авто глушителя в москве

Инициатор подушки безопасности

В применении инициатора подушки безопасности сварной шов используется для герметизации пороха внутри контейнера инициатора. Если водитель попадает в аварию, ток проходит через провода на банке с порохом, который нагревается и взрывается, чтобы запустить процесс открытия подушки безопасности. Мы поставили ряд лазеров для систем сварки инициаторов подушек безопасности, использующих как импульсную технологию Nd: YAG, так и технологию волоконного лазера. За последние пять-семь лет промышленность перешла на технологию волоконного лазера, которая является гораздо более быстрым процессом и увеличивает производительность — процесс сварки выполняется в 10 раз быстрее!

Tab-to-cell и tab-to-bus bar

Еще одним растущим рынком являются соединения аккумуляторных элементов, аккумуляторных блоков и аккумуляторных модулей. Поскольку популярность гибридных и полностью электрических транспортных средств продолжает расти, спрос на сварку аккумуляторных батарей между контактами и шинами будет продолжать расти. Мы разработали несколько решений для соединения табуляции с ячейкой и от табуляции с шиной.

По мере того, как промышленность продолжала развиваться, для вкладок стал использоваться более проводящий материал. Однако материал аккумуляторной батареи (при использовании цилиндрических батарей) не изменился. Теперь нас часто просят приварить Cu к холоднокатаной стали (CRS) или, что еще хуже, алюминий к CRS. Новые лазерные источники делают возможным соединение разнородных металлов.

Например, мы использовали микросварочные аппараты с одномодовым волоконным лазером непрерывного действия мощностью 500-1000 Вт, чтобы сконцентрировать энергию в небольшом пятне, чтобы способствовать передаче энергии в материал и последующему проникновению. Этот новый метод показывает многообещающие возможности соединения разнородных металлов, которые можно найти в приложении «вкладка-к-ячейке».

В одном тематическом исследовании механические испытания показали, что прочность на отслаивание является хорошей — после термической выдержки и удара 50 образцов сварного шва отслоились в пределах ± 2 Н. Эта узкая полоса результатов отслаивания показывает воспроизводимость и надежность, необходимые при производстве. Высокая мощность позволяет лучше подключать более толстые язычки к шине.

Заколка для волос из меди

В настоящее время стало обычным делом использовать штыри вместо традиционной медной обмотки, находящейся внутри статора электродвигателя, как способ улучшения характеристик двигателя. Однако штифты сделаны из меди, которую сложно сваривать. Медь обладает высокой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне, поэтому соединение с материалом для создания ванны расплава требует значительной плотности энергии.

С развитием одномодовых волоконных лазеров и систем доставки сканирующего луча мы смогли успешно сваривать этот сложный материал и геометрию. В зависимости от размера контактов обычно используется от 1000 до 4000 Вт. Ключом к успеху был контроль ванны расплава и предотвращение пористости.

Описание технологии лазерной сварки

Лазерная сварка основана на использовании высокопроизводительного лазера, генерирующего энергоемкий пучок света с выходной мощностью в несколько киловатт. Это процесс термического соединения металлов (и пластмасс) с использованием лазеров. Лазерная сварка обычно означает глубокое проплавление и метод сварки с глубоким проплавлением. Лазерный луч фокусируется и направляется на поверхность или точку чуть ниже толщины материала. Генерируемый световой пучок собирается в фокусирующую линзу и направляется в фокусное пятно диаметром от 0,2 до 0,3 мм. Высокая плотность энергии лазерного луча обеспечивает быстрое плавление материала в определенных точках. Из-за чрезвычайно высокой плотности мощности сфокусированного луча металл плавится, и расплав заполняет сварочный шов по мере прохождения луча по стыку, затем металл затвердевает и образует прочный сварной шов.

Лазерная сварка — это метод сварки с низким тепловыделением, при котором сварные швы с полным проплавлением обеспечивают эстетичный конечный результат. При соединении тонких широких листов лазерная сварка во многих случаях является единственным методом сварки, позволяющим предотвратить термическую деформацию конечного изделия. Лазерная сварка — лучший метод сварки, позволяющий свести к минимуму потерю основных свойств металла, таких как твердость и прочность.

При чисто лазерной сварке присадочный материал не используется. Существенной характеристикой чисто лазерной сварки при соединении металлов является то, что сварной шов имеет почти те же свойства материала, что и основной металл. В некоторых случаях к лазерному шву может быть добавлена ​​сварочная проволока — это может быть подача холодной проволоки или проволока с индукционным нагревом для снижения теплового воздействия ванны расплава. Другим распространенным методом является гибридная сварка, которая сочетает в себе процессы лазерной и MAG-сварки. При гибридной сварке подвод тепла выше, чем при чистой лазерной сварке, но намного меньше, чем при обычной сварке MAG. Гибридная сварка обеспечивает более высокие скорости сварки и подходит для более толстых свариваемых поверхностей.

Процесс лазерной сварки зачастую используется для процессов автоматизациии, требующей скорости сварки 1-5 м/мин. Традиционный Co2-лазер по-прежнему используется, в основном, в системах сварки листов, но волоконные лазеры становятся все более распространенными в недавно устанавливаемых системах лазерной сварки и являются единственным вариантом современных передовых роботизированных систем 3D-сварки. Лазерная сварка и лазерная гибридная сварка являются стандартными рабочими методами в автомобильной, судостроительной и железнодорожной промышленности, с быстрорастущей тенденцией в сельскохозяйственном оборудовании, кузовах самосвалов и контейнерах.

Заготовки из листового металла, сваренные лазером, уже много лет присутствуют в каждом произведенном автомобиле с разной толщиной и разными марками стали в таких компонентах, как подрамник, подвеска и многих других деталях.

Лазерная сварка может использоваться не только для соединения металлических материалов. С помощью этого процесса также можно обрабатывать термопласты и керамические заготовки.

Импульсная лазерная сварка

Сварка импульсным методом представляет собой перемещение лазерного излучателя по траектории соединения деталей с кратковременным периодическим включением лазера в точках. При включении лазера на период 3-5 мс происходит формирование полусферической сварной ванны, излучатель перемещается к следующей точке, находящейся на небольшом расстоянии от предыдущей. Следующая сварная ванна формируется частично из материала предыдущей сварной ванны с добавлением нового материала из соединяемых деталей.
Сварные ванны формируются с наложением друг на друга с определенным смещением, обычно составляющем 10-30% от диаметра сварной ванны. Это смещение называется перекрытием. От величины процентного перекрытия зависит степень герметичности изделия, прочность шва и производительность процесса сварки.

Преимуществами импульсной сварки являются

  • минимальное термическое воздействие на изделие, возможность сваривать изделия с наполнением (например, корпуса микросборок с содержащимися внутри микросхемами) без ущерба для содержимого;
  • отсутствие перегрева шва;
  • полная защита агроном, так как обеспечить защиту сварной точки до 1.5 мм в диаметре не представляется проблемой даже с локальной подачей защитного газа.
Читайте также:  Как рассчитать ремонт авто после дтп по страховке

При этом сварка импульсным методом более требовательна к качеству подготовки изделий, зазорам, а также химическому составу свариваемых изделий.

Преимущества лазерной сварки

Большой интерес к лазерной сварке обусловлен специфическими достоинствами, которые выгодно отличают ее от других методов сварки:

  • Лазерная сварка может осуществляться в любой среде и любых условиях, не требует наличия вакуума.
  • Зона термического влияния при лазерной сварке очень мала, при этом сохраняются свойства исходного материала.
  • Лазерная сварка практически не вызывает деформации обрабатываемых изделий, так как зона теплового влияния минимальна.
  • Высокая точность и производительность процесса лазерной сварки достигается при сварке любых марок сталей.
  • Лазерная сварка – один из немногих типов сварки, допускающих соединение разнородных материалов.
  • При лазерной сварке обеспечивается значительная глубина провара при небольшой ширине сварного шва.
  • Лазерная сварка возможна по месту, без дополнительного закрепления изделий, поэтому возможна обработка изделий крупных габаритов.
  • Лазерная сварка возможна и в труднодоступных местах за счет средств доставки лазерного излучения к месту сварки.
  • Лазерная сварка является бесконтактным методом обработки, позволяя осуществлять процесс сварки в том числе через кварцевое стекло вакуумной камеры.
  • Оборудование и расходы на эксплуатацию для лазерной сварки требуют гораздо меньших капиталовложений, чем для ближайшего аналога – электронно-лучевой сварки.

Подготовка изделий к лазерной сварке

Лазерная сварка для ремонта авто

В приборостроительной промышленности широкую популярность приобрела технология лазерной сварки точечным методом. Зачастую лазерная сварка может использоваться для получения прочных и герметичных соединений проводников между собой или приварки их к печатной плате, к элементам микросхем, для соединения токопроводящих элементов. В данном случае показывает высокую эффективность и качество лазерная сварка разнородных материалов: никель-бор, вольфрам-никель и др.

Методы лазерной сварки проводников имеют несомненное преимущество в виду того, что для лазерной сварки нет необходимости в подготовке поверхностей для сварки и зачистке изоляционных слоев (полиуретан, тефлон и др.). Лазерная сварка позволяет удалить изоляцию в месте воздействия непосредственно в процессе сварки.

Лазерная сварка выводов обмотки якоря с коллектором

Лазерная сварка для ремонта авто

Один из примеров – лазерная сварка статора с соединением выводов обмотки якоря с коллектором электродвигателя. Для этого медные выводы должны располагаться в пазах для соединения в коллекторе. Применение технологии лазерной сварки для получения токопроводящего соединения медных выводов с коллектором выполняется без удаления изолирующего слоя.

Фиксация зубчатых колес на оси с помощью лазерной сварки

Лазерная сварка для ремонта авто

В приборостроении зачастую важна не механическая прочность изделия под силовыми нагрузками, а необходима качественная фиксация изделий друг с другом, герметичность шва, отсутствие деформаций деталей в процессе сварки. Из-за небольших размеров изделий различные традиционные методы соединений (резьбовые, шпоночные, клепаные, посадки с натягом) не подходят для данных изделий. Другие методы сварки, дающие большой неравномерный нагрев изделий, также не подходят для данной задачи т.к. теряется аккуратного самого сварного шва. Примеры сварных работ: сварка цилиндрических изделий по поверхности одного из них, круговая сварка по торцу, точечная прихватка деталей перед дальнейшей обработкой.

Изготовление датчиков давления с помощью лазерной сварки

Лазерная сварка для ремонта авто

Большое распространение получила технология лазерной сварки датчиков высокого давления. Внедрение лазерной сварки позволило повысить надежность работы датчика, увеличить диапазон рабочего давления и циклическую прочность. Лазерная импульсная сварка гарантирует высокое качество сварного соединения и обеспечивает технологическую воспроизводимость сварочного процесса.

Ремонт очковых оправ

Лазерная сварка для ремонта авто

Лазерная сварка широко применяется не только в промышленности и серийном производстве, но и для точечной сварки применяемых в быту изделий (очковые оправы, кухонная утварь, ювелирные изделия). Лазерная сварка позволяет надежно скреплять детали из конструкционных сплавов, титана, нержавеющей стали, в том числе применяемой при изготовлении в пищевой промышленности (пищевая нержавейка). Для ремонта подобных изделий обычно применяют лазерные установки малой мощности, сварка производится вручную.

Как работает сварка пластика лазером?

При лазерной сварке пластмасс методом просвечивающей сварки соединяются между собой два вида термопластичных пластмасс: прозрачный пластик облучается лазером, а поглощающий нагревается. Абсорбирующий пластик расплавляет прозрачную область соединения. Соединяемые элементы должны быть спрессованы с помощью подходящего устройства, чтобы обеспечить достаточную теплопередачу. Зазор должен быть меньше 150 мкм, если это возможно. Для прочного соединения расплавленный пластик должен полностью затвердеть. Таким образом, устройство прижимает оба соединительных элемента друг к другу в течение определенного времени выдержки даже после фактического процесса сварки.

Какие пластмассы можно сваривать лазером?

Если пластик содержит большое количество стекловолокна, могут легко возникнуть хрупкие сварные соединения. Поэтому рекомендуется не превышать содержание стекловолокна в 40%. Лазеропрозрачный материал со стекловолокном не должен быть толще 2 мм.

Что нужно учитывать при лазерной сварке пластмасс?

Поскольку многие свариваемые термопласты поглощают лишь небольшую часть лазерного излучения твердотельных лазеров, в них добавляют такие добавки, как сажа. В результате термопласты можно плавить и сваривать лазерным излучением. Чтобы обеспечить воспроизводимость сварочных процессов, подходящее приспособление должно также позиционировать компоненты воспроизводимым образом. Усилие соединения создается за счет прижатия детали к близлежащей к контуру прижимной маске или специальному стеклу. Стекло должно пропускать лазерный свет с высокой механической стабильностью.

Сравнение трех процессов лазерной просвечивающей сварки

В частности, при контурной сварке круглые детали вращаются под лазерным лучом со скоростью до 25 м/мин. Свариваемый контур трассируется лазерным лучом и нагревается. Помимо круглых деталей, для контурной сварки также идеально подходят крупные трехмерные детали. Самая большая проблема этого процесса: в очень объемных компонентах могут возникать напряжения, потому что контур свариваемого компонента не нагревается одновременно.

Одновременная сварка лазером

При одновременной сварке лазерный луч формируется таким образом, чтобы он оптимально адаптировался к детали. Таким образом, одновременно нагревается свариваемый контур. Результат: очень короткое время обработки всего около 100 мс. Компоненты, которые не очень сложны и производятся в больших количествах, особенно подходят для этого процесса. Однако, если геометрия компонента изменяется, форма луча также должна быть скорректирована.

Квазисинхронная сварка лазером

Сканирующий лазерный луч нагревает сварочный контур при квазисинхронной сварке. Поскольку лазерный луч вращается со скоростью до 15 м/с (900 м/мин), он настолько быстр по сравнению с охлаждением, что контур нагревается практически одновременно. Благодаря программируемой фокусирующей оптике можно быстро реагировать на изменение контуров сварки, что является явным преимуществом по сравнению с одновременной сваркой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *