Ako funguje laserový zvárací stroj?

Laserové zváranie je špičková technológia široko používaná v moderných odvetviach na spájanie kovových komponentov s extrémnou presnosťou. Keď sa priemyselné odvetvia posúvajú smerom k automatizácii a vysokej presnej výrobe, laserové zváracie stroje sa stali nevyhnutnými nástrojmi, ktoré ponúkajú vysokorýchlostné, nízke tepelné skreslenie a vynikajúcu kvalitu.

V jadre je laserové zváranie technikou, ktorá používa koncentrovaný lúč svetla na roztavenie a poistku materiálov. Na rozdiel od tradičných metód zvárania, ktoré často zahŕňajú kontakt a vysokú mechanickú silu, laserové zváranie je nekontaktný, vysoko kontrolovaný proces. Výsledkom je čistejšie, presnejšie a rýchlejšie zvary, vďaka čomu je ideálny pre aplikácie v automobilovom priemysle, leteckom priestore, elektronike, zdravotníckych pomôckach a ďalších.

Pracovný princíp laserového zváracieho stroja

Laserový zvárací stroj pracuje na princípe použitia koncentrovaných vysokoenergetických laserových lúčov na roztopenie a polievanie materiálov pri ich kĺbe. Tento proces je rýchly, presný a vytvára minimálne zóny postihnuté teplom, vďaka čomu je ideálny pre aplikácie vyžadujúce čisté a presné zvary. Aby sme pochopili, ako táto technológia funguje, rozoberme základné fázy zapojené do tohto procesu - začnite od laserovej generácie na konečné vytvorenie zvaru.

Generovanie a prenos laseru

Jadrom každého laserového zváracieho stroja je jeho laserový zdroj. Úlohou laserového zdroja je generovať lúč koherentného svetla, ktorý je vysoko zameraný a nasmerovaný na cieľový obrobok. V závislosti od aplikácie, typu materiálu a požadovaného výstupného výkonu sa používa niekoľko typov laserových zdrojov.

1. Vláknové lasery

Vláknové lasery sú najčastejšie používané v moderných laserových zváraných strojoch, najmä v vysokorýchlostných a vysokorýchlostných priemyselných aplikáciách. Tieto lasery generujú lúč cez optické vlákna dotované prvkami vzácnych zemín, ako je ytterbium. Laserový lúč sa potom prenáša cez vlákno s minimálnou stratou energie, čo má za následok:

• Vysoká kvalita lúča

• Vynikajúca zameranie

• Energetická účinnosť

• Nízka údržba

Vďaka svojej spoľahlivosti a škálovateľnosti sú vláknité lasery ideálne pre robotické a automatizované systémy zvárania.

2. Co₂ lasery

Co₂ lasery generujú infračervené laserové svetlo pomocou zmesi plynov (typicky oxid uhličitý, dusík a hélium). Tieto lasery sú účinné pri rezaní a zváraní nekovových materiálov, ako sú plasty, drevo a keramika. V kontexte laserového zvárania sa však používajú aj pre hrubšie kovové materiály, keď je dodávka lúča prostredníctvom zrkadiel uskutočniteľná.

Zatiaľ čo lasery Co₂ ponúkajú vysoké úrovne energie, majú obmedzenia v presných aplikáciách v dôsledku:

• Väčšia veľkosť bodu lúča

• Komplexné dodávanie lúčov pomocou zrkadiel

• Vyššia údržba v porovnaní s vláknovými lasermi

3. ND: YAG lasery

ND: YAG (lasery YAG (neodymium dotkované YTTRIUM) boli tradične populárne pre Laserové zváracie stroje  kvôli ich schopnosti pracovať v nepretržitých aj pulzných režimoch. Poskytovali tiež flexibilitu pri dodávke lúčov cez optiku vlákien. Avšak s nárastom vláknových laserov, ktoré ponúkajú lepšiu elektrickú účinnosť a nižšie prevádzkové náklady, ND: YAG lasery boli do značnej miery postupne postupne postupné v prospech pokročilejších technológií.

Prenos a zaostrenie lúča

Po generácii musí byť laserový lúč prepravený na miesto zvaru. Zvyčajne sa to robí prostredníctvom:

• Káble z optických vlákien vo vláknových laseroch

• Zrkadlá a šošovky v laserových systémoch

Lúč sa potom zameriava pomocou presných šošoviek na malú plochu obrobku. Táto koncentrovaná energia vytvára intenzívne lokalizované zahrievanie, dostatočne na to, aby roztavila základné materiály bez toho, aby ovplyvnila okolité zóny.

Zaostrenie, zahrievanie a topenie materiálu

Zameraný lúč produkovaný laserovým zváracím strojom dodáva obrovskú energiu na určené miesto, čo spôsobuje, že sa materiál rýchlo zahrieva a vytvorí roztavený bazén. Tento roztavený bazén prechádza pozdĺž kĺbu, keď sa laser pohybuje alebo sa riadi pozdĺž zvarovej cesty.

Niekoľko faktorov určuje, ako hlboko a efektívne zvar preniká:

Laserový výkon : Vyšší výkon vedie k hlbším prienikom a rýchlejším rýchlostiam zvárania.

Veľkosť ohniskového bodu : Menšia veľkosť škvrny zvyšuje hustotu energie, čo umožňuje lepšie topenie.

Rýchlosť zvárania : Rýchlejšie rýchlosti znižujú vstup tepla, čo ovplyvňuje prienik a tvar guľôčok.

Typ materiálu a odrazivosť : Kovy ako hliník a meď odrážajú laserové svetlo a môžu si vyžadovať vyššiu energiu alebo špecializované vlnové dĺžky.

Ako laserový lúč postupuje, roztavený bazén sa rýchlo ochladí a stuhne, čím vytvára vysokopevnostný zvarový šv. Rýchle rýchlosti vykurovania a chladenia minimalizujú skreslenie a zachovávajú štrukturálnu integritu materiálu.

Kroky procesu zvárania v laserovom zváranom stroji

Funkčnosť a laserový zvárací stroj .  Pri skúmaní ako postupný proces je možné lepšie oceniť Každá fáza-od prípravy materiálu po tuženie-je rozhodujúca pre dosiahnutie konzistentných a kvalitných zvarov.

1. Umiestnenie materiálu

Presné umiestnenie materiálu je rozhodujúce pri zváraní laserového zvárania. Pred začiatkom procesu zvárania musia byť obrobky presne zarovnané, aby sa zabezpečilo, že laserový lúč je zameraný presne na kĺb. V závislosti od nastavenia sa to dá urobiť pomocou:

• Vysokohorské príslušenstvo

• Tabuľky kontrolované CNC

• Robotické zbrane

• Systémy riadené zrakom

V automatizovaných prostrediach fotoaparáty strojového videnia detekujú a správne odchýlky v reálnom čase zabezpečujú správne zarovnanie aj pre zložité alebo variabilné geometrie.

2. Ožarovanie a kontrola laserového lúča

Akonáhle sú materiály správne umiestnené, laserový zvárací stroj aktivuje laser. Riadiaci systém stroja nasmeruje lúč na kĺb pomocou zrkadiel alebo optiky vlákien. Táto fáza zahŕňa kontrolu v reálnom čase nad kritickými parametrami, napríklad:

• Výstup laserového výkonu : určuje množstvo dodanej energie.

• Frekvencia pulzov (v pulznom režime) : počet energie za sekundu.

• Rýchlosť cestovania : Rýchlosť, pri ktorej sa laser pohybuje cez kĺb.

• Nastavenie ohniskovej vzdialenosti : Udržiava lúč v zameraní na povrch zvaru.

Pokročilé laserové zváracie stroje obsahujú spätné systémy s uzavretou slučkou, ktoré upravujú tieto premenné na fly, aby sa zabezpečilo stabilné zváranie, aj keď sa zmení materiál alebo prostredie.

3. Tavenie, chladenie a tvorba zvaru

Keď laserový lúč kontaktuje kĺb, vytvára dostatok tepla na roztavenie kovu a vytvára roztavený zvarový bazén. Hĺbka a šírka zvaru sú riadené parametrami laseru a vlastnosťami materiálu.

Ako laser postupuje:

• Zadná hrana roztaveného bazéna sa ochladí a stuhne.

• Tvorivý zvarový šv sa vytvára, ktorý natrvalo spája tieto dva materiály.

• Tento proces sa môže vyskytnúť v kontinuálnom režime alebo pulzovaných intervaloch v závislosti od techniky zvárania a aplikácie.

Sadzby chladenia pri zváraní laserom sú zvyčajne veľmi rýchle, čo prispieva k:

• Jemná mikroštruktúra

• Minimálne zóny postihnuté teplom (HAZ)

• Zvýšená mechanická pevnosť

Typy laserových zváranských techník

Laserové zváracie stroje môžu pracovať v niekoľkých režimoch, z ktorých každý je vhodný pre rôzne aplikácie.

1. Zváranie kontinuálnej vlny (CW)

V tomto režime laser vyžaruje konštantný lúč svetla, vďaka čomu je ideálny pre dlhé, nepretržité zvary. Často sa používa vo vysokorýchlostných výrobných linkách, najmä v automobilovej výrobe. Zváranie CW zvyčajne vyžaduje vysoký výkon, od 1 000 W do 6000 W.

2. Pulzné laserové zváranie

Táto metóda emituje laserovú energiu v krátkych pulzoch s vysokou intenzitou. Najlepšie je na zváranie tenkých materiálov alebo malých komponentov, ktoré sú citlivé na teplo. Pulzné zváranie sa bežne používa v:

• Elektronika

• Šperky

• Zdravotníctvo

Úrovne energie sú oveľa nižšie, zvyčajne medzi 50 W a 500 W.

3. Zváranie kľúčových dier vs. vodivé zváranie

• Zváranie kľúčových dierok (hlboký prienik) : Vysoký výkon laseru odparuje materiál a vytvára úzky, hlboký otvor známy ako 'kľúčová dierka. ' To umožňuje, aby sa zvar prenikol hlboko do materiálu. Je ideálny pre hrubé materiály a konštrukčné aplikácie.

• Vodivé zváranie (povrchová fúzia) : Laser zahrieva iba povrch, čo spôsobuje plytké topenie. Je vhodný pre tenké kovy a presné aplikácie, kde je kritické minimálne skreslenie tepla.

Presnosť a kontrola

To, čo odlišuje laserové zváranie, nie je len jeho rýchlosť alebo teplo - je to presnosť a kontrola, ktorú ponúka.

Laserový výkon, frekvencia impulzov a ohniskové nastavenie

• Laserová sila : určuje, koľko energie sa dodáva obrobku. Viac energie umožňuje hlbšie zvary alebo rýchlejšiu prevádzku, ale príliš veľa môže spaľovať alebo skresliť materiál.

• Frekvencia impulzov : Pri impulznom zváraní to definuje, koľko výbuchov energie sa dodáva za sekundu. Vyššie frekvencie vedú k plynulejším a konzistentnejším zvarom.

• Nastavenie zaostrenia : Ohstreliek musí byť zarovnaný presne na zváracom povrchu. Nesprávne zarovnané zameranie môže viesť k zlej fúzii alebo slabým kĺbom.

Automatické systémy riadenia a videnia

Moderné laserové zváracie stroje sú vybavené monitorovaním v reálnom čase, automatickými slučkami spätnej väzby a systémami strojového videnia. Tieto technológie zabezpečujú:

• Presné umiestnenie

• Konzistentná kvalita zvaru

• Detekcia a korekcia defektov

• Znížená ľudská chyba

V pokročilých nastaveniach sa AI a strojové učenie dokonca používajú na automatickú optimalizáciu parametrov zvárania, čím sa ďalej zlepšuje kvalita a efektívnosť.

Záver

Laserové zváranie je zázrakom moderného inžinierstva - zberateľom vysokej energie, presnej kontroly a inteligentnej automatizácie. Od generovania laserového lúča po vytvorenie čistých a odolných zvarov je proces vytvorený pre rýchlosť, presnosť a pevnosť. Či už sa používa v elektronike, automobilovom priemysle alebo špičkovej výrobe, jeho všestrannosť a presnosť z neho robia nevyhnutné riešenie.

Ak sa snažíte preskúmať technológiu laserového zvárania alebo investovať do spoľahlivého laserového zváracieho stroja, odporúčame pripojiť sa s Guangdong Pudian Automation Technology Co., Ltd. ako dôveryhodný výrobca špecializujúci sa na pokročilé zváracie riešenia, Pudian ponúka odborné poradenstvo a vysoko výkonné vybavenie prispôsobené vašim potrebám. Navštívte ich webovú stránku alebo kontaktujte ich tím, aby ste sa dozvedeli viac.