Lazerinio suvirinimo mašinos pristatymas
Lazerinis suvirinimas yra universalus ir tikslus procesas, naudojamas sujungti metalinius komponentus įvairiose pramonės šakose. Ši technika naudoja koncentruotus lazerio spindulius medžiagoms lydyti ir sujungti, kad būtų gauti stiprūs ir aukštos kokybės siūlai. Lazerinio suvirinimo mašinos, aprūdintos pažangia lazerine technologija, yra įranga, naudojama šiam procesui atlikti, užtikrinant tiek tikslumą, tiek efektyvumą. Šis išsamus straipsnis apžvelgia visas lazerinio suvirinimo mašinų puses, įskaitant jų veikimą, komponentus, privalumus, taikymo sritis, tipus, techninį aptarnavimą ir ateities tendencijas.
Kas yra lazerinės suvirinimo mašina?
Lazerinis suvirinimas yra bekontaktis procesas, kuriame naudojamas aukštos intensyvumo lazerio spindulys dviejų medžiagų sujungimui. Lazerio spindulys sutelkiamas į mažą plotą, kur generuojama pakankamai šilumos, kad medžiagos ištirptų, o vėliau sustingtų į stiprią sujungimo vietą. Ši technika žinoma dėl savo tikslumo, greičio, gebėjimo suvirinti mažus ir sudėtingus komponentus bei minimalios deformacijos.
Lazerinio suvirinimo veikimo principas
Lazerinis suvirinimas – tai suvirinimo metodas, naudojantis aukštos energijos tankio lazerio spinduliu kaip šilumos šaltiniu; jo principą sudaro šie aspektai:
Optinis fokusavimas: Lazerinio suvirinimo įrenginys sukuria lazerio spindulį per lazerį ir jį fokusuoja naudodamas optinius elementus, tokius kaip lęšiai ar veidrodžiai, kad lazerio energija būtų sutelkta ties suvirinimo vieta.
Šilumos perdavimas: Kai lazerio spindulys krinta ant darbinio kūno paviršiaus, lazerio energija yra sugeriama ir verčiama į šiluminę energiją. Ši šiluma perduodama palei suvirinamos jungties metalinę dalį, padidinant metalo temperatūrą.
Lydymas ir maišymas: kai metalo paviršius yra pašildomas iki pakankamai aukštos temperatūros, metalas pradeda lydėti ir susidaro lydalio telkinys. Veikiant lazerio spinduliui, lydalio telkinys greitai plinta ir maišosi, kad būtų pasiektas metalinio sujungimo sujungimas.
Aušinimas ir kristalizacija: sustabdžius lazerio spindulį, lydalio telkinys palaipsniui aušta, o kristalizacijos procese susidaro suvirintas sujungimas. Kristalizacijos metu metalo molekulės pergrupuojasi ir kristalizuojasi, sudarydamos stiprų suvirinimą.
Lazerinis suvirinimas turi tokių pranašumų kaip didelis energijos tankis, mažas šilumos padavimas, greitas suvirinimo greitis ir maža šilumos paveikta zona, todėl ypač tinka mikroskopinių detalių bei sunkiai pasiekiamų dalių suvirinimui.
Lazerinio suvirinimo aparato komponentai
Lazerio šaltinis
Lazerių tipai: dažniausiai naudojami CO2 lazeriai, Nd (legiruoti itrio aliuminio granatais) lazeriai ir šviesolaidiniai lazeriai. Kiekvienas tipas turi savo pranašumų, priklausomai nuo taikymo.
Funkcija: Lazeras generuoja laserio spindulį suvirinimui. Tai pagrindinis komponentas, kuris nulemia mašinos galingumą ir efektyvumą.
OPTIKA
Laserio spindulys ir veidrodis: naudojami laserio spinduliui sutelkti ir nukreipti į detalių paviršių. Aukštos kokybės optiniai komponentai užtikrina tikslų laserio spindulio valdymą.
Spindulio perdavimo sistema: apima tokias sudedamąsias dalis kaip optinė pluošta ir spindulio kanalas, pernešančios laserio spindulį iš šaltinio į suvirinimo zoną.
Detalių tvarkymo sistema
Positionavimo stalas: platforma, skirta detalei fiksuoti. Ji gali būti nejudanti arba turėti judėjimo funkciją, kad detalė būtų tinkamai suderinta su laserio spinduliu.
Fiksavimo mechanizmas: užtikrina, kad detalė būtų tvirtai pritvirtinta vietoje, kad būtų išvengta jos judėjimo metu suvirinant.
Navar
SKN valdymas: Skaitmeninio kompiuterinio valdymo (SKN) sistemos dažnai naudojamos automatizuotuose suvirinimo procesuose, kad tiksliai kontroliuotų suvirinimo parametrus bei laserio spindulio judėjimą.
Programinės įrangos sąsaja: suteikia operatoriui sąsają, kurioje galima įvesti suvirinimo parametrus ir stebėti procesą.
Aušinimo skystio kanalas
Vandens arba oro aušinimas: Lazerinis suvirinimas sukuria daug šilumos ir reikalauja aušinimo sistemos, kad būtų išvengta lazerio šaltinio ir optinių komponentų perkaitimo.
Apipardavimo korpusas
Apsaugos priemonės: Korpusas apsaugo operatorių nuo lazerinės spinduliuotės ir suima bet kokius kenksmingus dūmus ar šukes, atsirandančius suvirinant.
Lazerinio suvirinimo mašinų tipai
Šviesolaidis lazerinis suvirinimo įrenginys
Chirurgija: Naudojamas pluoštinis lazerio šaltinis, per pluoštą perduodantis lazerio spindulį.
Privalumai: aukšta spindulio kokybė, aukštas energijos naudingumas, tinka įvairių medžiagų suvirinimui.
CO2 lazerinio suvirinimo mašina
Chirurgija: CO2 egzimerinis šaltinis naudojamas lazerio spinduliui generuoti elektros stimuliacijos būdu veikiant dujų mišinį.
Privalumai: didelis galios išėjimas ir gebėjimas suvirinti storas medžiagas.
ND lazerinio spindulio suvirinimo mašina
Chirurgija: Naudojant ND skatinimo šaltinį, lazerio spindulys gaunamas leguojant neodimą į itrio aliuminio granato kristalą.
Privalumai: didelė viršūtinė galia, tinka impulsiniam suvirinimui.
Diodinis lazerinis suvirinimo aparatas
Chirurgija: Diodinio lazerio šaltinis naudojamas lazerio spinduliui generuoti per puslaidininkinį diodą.
Privalumai: mažas dydis, energijos taupymas, galima suvirinti mažus tikslumo komponentus.
Lazerinio suvirinimo aparato privalumai ir trūkumai
Lazerinio suvienodinimo aparato privalumai
Lazeriniai suvirinimo aparatai turi daug privalumų ir puikiai tinka įvairioms pramonės sritims. Šie privalumai apima tikslumą, greitį, universalumą ir bendrą kokybę. Žemiau išsamiau pateikiami lazerinių suvirinimo aparatų privalumai:
Tikslumas ir tikslumas
Griežti toleransai: Lazeriniai suvirinimo aparatai gali pasiekti labai griežtus toleransus, kurie yra būtini aukšto tikslumo aplikacijoms.
Maža šilumos paveiktoji zona (HAZ): Laserio spindulys yra labai sutelktas, suformuodamas mažą šilumos paveiktą zoną. Tai sumažina šiluminį iškraipymą ir sumažina riziką pažeisti gretutines medžiagas.
Tvirtinimas yra greitas
Padidinkite našumą: Lazerinis suvirinimas gali būti atliekamas dideliu greičiu, žymiai padidinant našumą ir sumažinant ciklo trukmę.
Automatizavimo funkcijos: Procesas gali būti lengvai automatizuojamas naudojant CNC sistemą ir robotą, dar labiau padidinant greitį ir nuoseklumą.
Universalumas
Medžiagų suderinamumas: lazerinis suvirinimas suderinamas su įvairiomis medžiagomis, įskaitant įvairius metalus (plieną, aliuminį, titaną ir kt.), lydinius bei net kai kurias plastikines medžiagas.
Sudėtinga geometrija: Šis procesas gali suvirinti sudėtingą geometriją, kurią sunku pasiekti tradiciniais suvirinimo metodais.
Puiki suvirinimo kokybė
Stiprūs siūliai: Lazerinis suvirinimas gali sukurti aukštos stiprumo kokybės siūlius su puikiomis mechaninėmis savybėmis, užtikrinančiomis ilgaamžiškumą ir patikimumą.
Švarūs ir patrauklūs suvirinimo siūlai: Suvirinimo siūlai paprastai yra švarūs ir patrauklūs, reikalaujantys tik nedidelio apdailinimo. Tai ypač svarbu taikymuose, kuriuose išvaizda turi didelę reikšmę, pvz., automobilių ir juvelyrikos pramonėje.
Minimalus iškraipymas
Mažesnis terminis poveikis: koncentruoti šilumos šaltiniai gali sumažinti terminį poveikį ir išlinkimą, išlaikant darbo detalės vientisumą.
Tikslus valdymas: Laserį galima tiksliai valdyti, kad būtų minimaliai deformuojamos plonos medžiagos.
Lankstumas
Bekontaktis procesas: Lazerinis suvirinimas yra bekontaktis procesas, tai reiškia, kad tarp įrankio ir detalių nėra fizinio kontakto. Tai sumažina įrangos dėvėjimąsi ir leidžia suvirinti sunkiai pasiekiamose vietose.
Reguliuojami parametrai: Proceso parametrai (lazerio galia, greitis, fokusavimas ir kt.) gali būti lengvai reguliuojami, kad atitiktų skirtingas medžiagas ir jų storius.
Energetinė efektyvumas
Energetinė efektyvumas: Lazeriniai suvirinimo aparatai, ypač naudojantys šviesolaidinius lazerius, yra labai energijos taupūs. Jie daug elektros energijos paverčia į lazerį.
Sumažinti eksploatacijos kaštus: Ilgainiui energijos efektyvumas reiškia žemesnius eksploatacijos kaštus.
Automatizavimas ir integracija
Bevaris integravimas: Lazerinis suvirinimo sistema gali būti bevariai integruota į automatizuotą gamybos liniją, kad būtų pagerinta bendra gamybos efektyvumas.
Robotų suvirinimas: Lazerinio suvirinimo tikslumas ir kontrolė daro jį idealų pasirinkimą robotizuotoms suvirinimo aplikacijoms, leidžiant nuolatinę veiklą ir didelę gamybą.
Mažesnių sunaikinamų medžiagų kiekis
Minimalus sunaikinami produktai: Skirtingai nei tradiciniai suvirinimo metodai, kurie reikalauja užpildymo medžiagų ir elektrodų, lazerinis suvirinimas paprastai reikalauja mažai arba visiškai nereikalauja sunaikinamų medžiagų.
Taupyti kaštus: Suvartojamų medžiagų mažinimas gali padėti sutaupyti lėšų ir sumažinti būtinybę atsargų papildymo.
Padidinti saugumą ir švarumą
Apsaugos funkcijos: Šiuolaikiniai lazeriniai suvirinimo aparatai aprūpinti saugos funkcijomis, tokiomis kaip apsauginė danga ir blokavimo įrenginys, kurie apsaugo operatorius nuo žalingos lazerinės spinduliuotės.
Valymo procesas: Palyginti su tradiciniais suvirinimo metodais, šis procesas sukuria mažiau dūmų ir tryškimų, todėl darbo aplinka yra švaresnė.
Aplinkos nauda
Aplinkai draugiškas: Lazerinio suvirinimo efektyvumas ir tikslumas sumažina atliekas ir energijos suvartojimą, todėl tai yra aplinkai draugiškas pasirinkimas.
Tvarus gamybos būdas: Lazerinis suvirinimas palaiko tvarias gamybos praktikas, mažindamas medžiagų atliekas ir gerindamas energijos naudojimo efektyvumą.
Lazerinių suvirinimo aparatų trūkumai
Nors lazeriniai suvirinimo aparatai turi daug privalumų, tačiau reikia atsižvelgti ir į kai kuriuos trūkumus. Štai keli pagrindiniai lazerinių suvirinimo aparatų trūkumai:
Aukšta pirminė kaina
Brangūs įrengimai: Dėl pažangių technologijų ir komponentų lazeriniai suvirinimo aparatai dažnai yra brangesni už tradicinį suvirinimo įrangą.
Lazerių šaltinių kaina: aukštos kokybės lazerių šaltiniai, tokie kaip šviesolaidiniai ir ND lazeriai, padidins bendrą kainą.
Sudėtingas diegimas: lazerinio suvirinimo sistemos diegimas gali būti sudėtingas ir reikalauja ekspertizės.
Infrastruktūros reikalavimai: diegimui gali prireikti papildomos infrastruktūros, pvz., aušinimo sistemų, apsauginių korpusų ir pažangių ventiliacijos sistemų.
Techninė sudėtingumo klasė
Profesionalus mokymas: operatoriai turi gauti specializuotą mokymą, kad galėtų valdyti ir programuoti lazerinio suvirinimo įrangą.
Sudėtinga programavimas: CNC valdymo sistemos sąranka ir programavimas gali būti sudėtingi, reikalinga ekspertizė CAD/CAM programinėje įrangoje ir suvirinimo parametruose.
Techninės priežiūros ekspertizė: lazerinio suvirinimo mašinos techninė priežiūra reikalauja žinių ir įgūdžių.
Periodinė kalibracija: siekiant išlaikyti tikslumą, reikalinga dažna lazerinės sistemos kalibracija ir reguliavimas.
Jungčių paruošimo ir surinkimo jautrumas
Sujungimo paruošimas: Lazeriniam suvirinimui reikia tikslaus sujungimo paruošimo ir išlyginimo. Net maži nukrypimai gali sukelti prastą suvirinimo kokybę.
Tarpusavio tarpų ribotumas: Procesas turi mažą pakantą tarpams ir netinkamam išlyginimui, todėl reikalingas tikslus fiksavimas ir padėties nustatymas.
Medžiagos storio apribojimai
Storio diapazono apribojimai: Lazerinis suvirinimas labiau tinka plonoms ir vidutinio storio medžiagoms. Labai storumų medžiagų suvirinimui gali prireikti kelių siūlių ar išankstinio įkaitinimo.
Šilumos sklaida: Storoms medžiagoms šilumos sklaidos valdymas tampa sudėtingesnis, kas gali poveikti suvirinimo kokybei.
Saugos problema
Apsinuodijimo rizika: Egzistuoja pavojus būti veikiamam žalingos lazerinės spinduliuotės, kuri gali sukelti rimtus akių ir odos pažeidimus.
Apsaugos priemonės: Būtinos visapusiškos saugos priemonės, tokios kaip apsauginis korpusas, apsauginiai akiniai ir lazerio saugos protokolai.
Žalingas dūmai: Procesas sukelia žalingus dūmus ir dalelių medžiagą, todėl reikalingos veiksmingos ventiliacijos ir dūmų šalinimo sistemos.
Šukių susidarymas: Aukštos intensyvumo lazeriniai spinduliai gali sukelti šukes ir aptaškymą, kurie gali sukelti papildomus saugos pavojus.
Medžiagų suderinamumas yra ribotas
Atspindžio problema: Didelio atspindžio medžiagos, tokios kaip aliuminis ir varis, gali atspindėti lazerinius spindulius, dėl ko suvirinimas tampa sunkesnis ir mažiau efektyvus.
Specialus dengimas: Siekiant pagerinti atspindinčių medžiagų suvirinamumą, gali prireikti specialaus dengimo ar paviršiaus apdorojimo.
Lydinio jautrumas: Kai kurie lydiniai gali susidurti su specifiniais iššūkiais, susijusiais su įtrūkimais, poringumu ar metalurginiais pokyčiais, naudojant lazerinį suvirinimą.
Nors lazerinės suvirinimo mašinos siūlo daug privalumų tikslumu, greičiu ir universalumu, jos taip pat kelia keletą iššūkių. Pagrindiniai trūkumai apima didelius pradinius kaštus, techninę sudėtingumą, jautrumą sujungimų paruošimui ir saugos problemas. Be to, diegiant lazerinio suvirinimo technologiją, būtina atsižvelgti į tokias aplinkybes kaip medžiagos storio apribojimai, suderinamumo klausimai ir aplinkos reikalavimai.
Lazerinio suvienodinimo aparato taikymas
Automobilių pramonė
Detalių suvirinimas: naudojamas variklio dalių, pavarų dėžės detalių, išmetimo sistemos ir kitų automobilių dalių suvirinimui.
Korpuso konstrukcija: automobilio korpusas suvirinamas lazeriu, kad būtų užtikrintas stiprus ir lengvas sujungimas.
Aviacijos pramonė
Lėktuvo komponentai: naudojama kritiškai svarbių lėktuvo komponentų suvirinimui, įskaitant turbinos mentes, degalų bakus ir konstrukcines dalis.
Tikslumas: lazerinio suvirinimo aukštas tikslumas užtikrina aviacijos komponentų vientisumą ir veikimą.
Elektronikos pramonė
Mikrosuvirinimas: Lazerinis suvirinimas yra idealus mikrosuvirinimo taikymui elektronikos srityje, pavyzdžiui, plonų laidų sujungimui ir tikslumio komponentų surinkimui.
Baterijų gamyba: naudojamas baterijų gamybai, kad būtų užtikrintas stiprus ir patikimas sujungimas.
Medicinos priemonių pramonė
Implantai ir instrumentai: Lazerinis suvirinimas naudojamas medicinos implantams ir chirurginiams instrumentams gaminti, užtikrinant tikslų ir švarų siūlį.
Biologinė suderinamumas: procesas užtikrina, kad siūlis būtų biologiškai suderinamas ir atitiktų griežtus medicinos standartus.
Juvelyrika ir laikrodžių gamyba
Tikslusis suvirinimas: lazerinis suvirinimas naudojamas tiksliesiems suvirinimo darbams juvelyrikos ir laikrodžių gamyboje, leidžiant sudėtingus dizainus ir taisymus.
Estetinė kokybė: suteikia aukštos kokybės suvirinimą, padidina papuošalų ir laikrodžių grožį.
Energetikos pramonė
Saulės baterijos: naudojamos saulės baterijų gamyboje, kad būtų užtikrinti ilgalaikiai ir efektyvūs sujungimai.
Vėjo jėgainės: lazerinis suvirinimas naudojamas vėjo jėgainių komponentams gaminti, užtikrinant stiprų ir patikimą sujungimą.
Lazerinio suvirinimo mašinos veikimas
Įsikišimo
Paruošimas: išvalykite detalių paviršių ir atlikite suvirinimo paruošimą, kad užtikrintumėte aukštą suvirinimo kokybę.
Detalės pozicionavimas: padėkite detalę ant pozicionavimo stalo ir tvirtai pritvirtinkite ją tvirtinimo įtaisu.
Programavimas
Parametrų įvedimas: operatorius valdymo sistemoje įveda konkrečius suvirinimo parametrus, tokius kaip lazerio galia, greitis, impulsų trukmė ir židinio padėtis.
Takelio programavimas: suvirinimo takeliai paprastai programuojami naudojant CAD/CAM programinę įrangą, kad nukreiptų lazerio spindulį pageidaujama siūle.
Suvirinimo procedūra
Spindulio generavimas: aktyvinimo šaltinis sukuria lazerio spindulį, kuris per optinius elementus krenta į suvirinimo zoną.
Lydymas ir suliejimas: sutelktas lazerio spindulys lydina medžiagą sujungimo vietoje, suformuodamas lydalą, kuris sustingsta ir sudaro suvirinimo siūlę.
Judėjimo valdymas: CNC sistema kontroliuoja lazerio spindulio ir (arba) detalės judėjimą pagal suprogramuotą suvirinimo kelią.
Po suvilkimo
Aušinimas: baigus suvirinimą, leiskite sujungimui visiškai atvėsti ir sustingti.
Tikrinkite: Patikrinkite suvirinimo kokybę, ar nėra porų, įtrūkimų ar nepilno suvirinimo bei kitų defektų.
Lazerinio suvirinimo mašinos priežiūra
Reguliarus valymas
Optika: Išvalykite lęšius, veidrodžius ir kitus optinius komponentus, kad užtikrintumėte optimalią lazerinę spindulio kokybę.
Darbo zona: Palaikykite darbo zoną švarią ir be šiukšlių, kad išvengtumėte lazerinio spindulio ir detalių užteršimo.
Aušinimo sistemos priežiūra
Tikrinkite aušinimo skysčio lygį: Reguliariai tikrinkite ir papildykite aušinimo skystį, kad užkirstumėte kelią lazerio šaltinio ir optinių komponentų perkaitimui.
Tikrinkite aušinimo sistemą: Patikrinkite, ar nėra aušinimo sistemos nutekėjimų, ir užtikrinkite, kad ji tinkamai veiktų.
Kalibravimas ir suderinimas
Lazerio kalibravimas: Lazerio šaltinis reguliariai kalibruojamas, kad būtų užtikrintas teisingas galios ir spindulio kokybės lygis.
Optinė suderinamumas: Patikrinkite ir sureguliuokite optinių elementų suderinamumą, kad išlaikytumėte tikslų spindulio perdavimą.
Programinės įrangos atnaujinimas
Valdymo programinės įrangos atnaujinimas: Laikykite CNC valdymo programinę įrangą naujausia, kad turėtumėte prieigą prie naujausių funkcijų ir patobulinimų.
Atsarginė kopija: Virimo programa reguliariai kopijuojama, kad būtų išvengta duomenų praradimo ir užtikrinamas greitas atkūrimas, jei kiltų programinės įrangos problemų.
Lazerinio suvirinimo ateities tendencijos
Lazerinės technologijos pažangos
Didesnės galios lazeriai: Kuriami didesnės galios lazeriniai šaltiniai storesniems, sudėtingesniems medžiagoms suvirinti.
Spindulio kokybės gerinimas: Lazerinės technologijos pažanga pagerino spindulio kokybę ir tikslumą.
Industria 4.0 Integracija
Interneto ryšys: Integracija su „Internet of Things“ (IoT) leidžia realiuoju laiku stebėti ir valdyti lazerinio suvirinimo procesą.
Duomenų analizė: Duomenų analizė naudojama suvirinimo parametrams optimizuoti bei kokybei ir efektyvumui gerinti.
Automatizavimas ir robotika
Robotų integracija: Robotų sistemos vis dažniau naudojamos automatiniam lazeriniam suvirinimui, kad būtų sumažintas rankinis darbas ir padidinta produktyvumas.
Bendradarbiaujantys robotai: Kuriami bendradarbiaujantys robotai (cobotai), kurie gali dirbti kartu su žmogaus operatoriais lazerinio suvirinimo taikymuose.
Tvarus vystymasis
Energetinė efektyvumas: Tęsti darbus siekiant pagerinti lazerinių suvirinimo mašinų energetinį efektyvumą, kad būtų sumažintas jų poveikis aplinkai.
Žali gamybos procesai: Tvarios gamybos praktikos naudojimas, įskaitant aplinkai draugiškų medžiagų ir procesų taikymą.
Išvada
Lazerinės suvirinimo mašinos yra šiuolaikinės gamybos pagrindas, žinomos dėl tikslumo, greičio ir universalumo metalinių detalių sujungime. Jų pažangios technologijos ir automatizavimo galimybės padarė jas nepakeičiamas įvairiose pramonės šakose, tokiuose kaip automobilių, aviacijos, elektronikos ir medicinos įrangos gamyba. Su tinkamu techniniu aptarnavimu ir atitikimu naujausiems pokyčiams, šios mašinos gali toliau patenkinti nuolat kintančius gamybos reikalavimus. Švelėjant technologijoms, lazerinis suvirinimas ateityje turės vis svarbesnį vaidmenį formuojant pramoninės gamybos raidą.
