Сферы применения лазерной пайки

Сферы применения лазерной пайки

Одной из разновидностей достаточно распространённых методов обработки металлов является лазерная пайка ювелирных изделий. Этот способ широко применяется в таких областях промышленности, как ювелирное и часовое производство, а также при восстановлении вышедших из строя элементов оптических приспособлений (оправа очков, дужки).

Особенность метода

Особенностью этого вида соединения металлов является повышенные квалификационные требования к оператору-специалисту по пайке мелких изделий, а также наличие у него такого обязательного инструмента, как лазерный паяльник.

Потребность в филигранной технике обращения с ювелирными заготовками объясняется тем, что спаиваемые детали, как правило, отличаются небольшими размерами и обладают уникальными химическим свойствами.

Всё это заметно осложняет проведение такой распространённой процедуры, как лазерная пайка золота, относящейся к разряду наиболее сложных ювелирных операций.

Работа с ювелирными изделиями

При изготовлении (ремонте) серёжек и колец из драгоценных металлов основное внимание должно уделяться эстетичности готовых изделий, исключающей наличие на них каких-либо следов проведённых операций.

Этим и объясняется необходимость в использовании специального оборудования для лазерной пайки, отличающегося следующими замечательными свойствами:

  • высокая точность наведения лазерного луча на объект пайки (независимо от его размеров);
  • отсутствие каких-либо посторонних воздействий термического или электрического происхождения;
  • допустимость проведения рабочих операций без использования специальных присадочных добавок (это больше похоже на сварку);
  • возможность локализации зоны обработки с точностью до долей миллиметра;
  • допустимость спайки разнородных по структуре материалов (металлов и драгоценных камней, например, или их соединений с лаками и эмалями);
  • качественная пайка изделий из серебра и золота без какого-либо нарушения структуры покрытия.

При изготовлении ювелирных изделий промышленный аппарат для пайки выбирается, исходя из конкретных условий проведения рабочих операций, а также в соответствии с особенностями самих сплавляемых заготовок.

Чем тоньше и изящней спаиваемые детали – тем короче выбирается время воздействия лазерного луча на контактную зону. Основной рабочий параметр используемого для этих целей оборудования – его мощность, выражаемая в ваттах или в джоулях тепловой лучевой энергии.

На отечественном рынке представлен широкий ассортимент устройств, применяемых для лазерной пайки и сварки драгметаллов. Стоимость лазерных аппаратов обычно выше, чем паяльников, горелок или даже паяльных станций.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение лазерных методов пайки при работе с ювелирными изделиями объясняется следующими преимуществами технологий:

  • получаемый при пайке шов практически незаметен для глаза, вследствие чего удаётся создать цельнолитое изделие;
  • допустимость проведения рабочих операций с тонкими и изящными изделиями, что не всегда удаётся при применении обычных методов пайки;
  • широкий диапазон регулировки мощности лазерного луча, обеспечивающий возможность работы в любом востребованном режиме;
  • возможность соединения деталей из металлов, которые в обычных условиях с трудом поддаются сплавлению;
  • высокие скоростные показатели пайки изделий, обеспечивающие повышение производительности работ с драгметаллами.

К числу относительных недостатков этой технологии можно отнести ограниченность применения и высокую стоимость работ на лазерной установке. К этому следует добавить необходимость в профессиональной подготовке к проведению операций по спайке металлов, а также учёта множества нюансов, знакомых лишь профессионалам.

Технология ремонта оправы очков

Посредством лазерной пайки удаётся отремонтировать оправы, изготовленные практически из любых металлов и повреждённые в районе контакта с переносицей, например.

С помощью лазерного луча можно восстановить пружинки держателя носового упора или заушины, также припаять отломившиеся элементы подвижных креплений.

Особенностью и основным достоинством применения этого метода для ремонта оправы очков является отсутствие сильного нагрева металла в зоне восстанавливаемого контакта. Благодаря этому удаётся сохранить форму и структуру материала всего изделия в целом и обеспечить необходимые условия для его длительной эксплуатации.

При выборе подходящего для пайки очковых оправ аппарата особое внимание следует обратить на показатель его мощности, который должен быть достаточным для получения качественного паяного соединения.

Следует обратить внимание на безопасность работы с лазерным оборудованием, рабочий луч которого способен нанести серьёзное ранение телу человека (его рукам, в частности). Также запрещается направлять включённый аппарат на посторонние предметы, которые в определённых условиях могут воспламениться и вызвать пожар.

При соблюдении всех перечисленных выше требований и при условии грамотного и аккуратного обращения с лазерными приборами их эксплуатация вполне безопасна и не представляет серьёзной угрозы для оператора.

Как правильно провести лазерную пайку?

Лазерное оборудование становиться популярнее с каждым днём. Связано это с эффективностью, точностью, качеством выполняемых работ. Лазерная пайка применяется для соединения ювелирных изделий, деталей из радиоэлектроники, ремонта оправ очков.

Лазерная пайка

Область применения

Области применения лазерной пайки разнообразны:

  1. Изготовление украшений. Лазерная пайка ювелирных изделий — популярный способ скрепления отдельных элементов. Связано это с тем, что лазерный луч точно воздействует на рабочую область. С его помощью можно соединять разные по структуре материалы. Например, это касается драгоценных камней и благородных металлов.
  2. Создание прочных соединений на печатных платах. Сфокусированным лучом объединяют контакты, которые меньше 1 мм. Это позволяет делать более точные швы.
  3. Ремонт очков. Лазерное оборудование не нагревает области вокруг сломанного контакта, и конструкция остаётся целой.

Мощные агрегаты позволяют скреплять крупные детали промышленных станков.

Преимущества и недостатки

Лазерная пайка по сравнению с другими способами соединения деталей имеет ряд сильных сторон:

  1. Нагревается только нужная область, что позволяет работать без перегрева соседних элементов на плате.
  2. Высокая скорость разогревания рабочей зоны.
  3. Возможность работать с элементами, не превышающими по размеру доли миллиметров.
  4. Не нужно касаться нагреваемых деталей инструментом. Лазер работает бесконтактно.
  5. Можно работать с благородными металлами, не нарушая их структуры.
  6. Отсутствие шумов при работе.
  7. Не возникает загрязнений на месте соединения отдельных элементов.
  8. Лазерные агрегаты чаще всего оборудуются системами ЧПУ. Благодаря этому улучшается точность проведения работ.

Однако помимо преимуществ у станков, генерирующих сфокусированный луч, есть определённые недостатки. На выходе формируется нестабильное электрическое напряжение. Из-за этого часто могут возникать ошибки. Лазерное исключение может навредить зрению.

Нестабильность напряжения может привести к разрушению платы, порче отдельных радиодеталей. Чтобы сократить риск разрушения деталей, нужно изменять интенсивность излучения оборудования, менять размер лазерного пятна.

Оборудование

Лазерный агрегат — высокотехнологичный паяльник, который работает бесконтактным способом. Независимо от того, дорогое это оборудование или дешёвое, оно состоит из нескольких элементов:

  1. Основания, на котором закрепляется основная конструкция с подвижными элементами.
  2. Направляющих для передвижения рабочей части.
  3. Лазерной головки, состоящей из привода, набора фокусирующих линз.
  4. Системы управления.

Если агрегат оборудуется системой ЧПУ, он дополняется шаговыми двигателями, монитором, пультом для создания алгоритмов.

Паяльник для лазерной пайки

Припои для драгоценных металлов

Чтобы соединять украшения, необходимо использовать специальные припои. Ювелиры рекомендуют покупать расходные материалы, которые состоят из благородных металлов. Это может быть соединение олова, свинца, серебра, сурьмы. Высокая цена обуславливается

Основные способы

С развитием технологий появились новые способы обработки ювелирных украшений. Если речь идёт о соединении металлов, существует 4 основных способа, которые применяют ювелиры.

Дуговая точечная

Это классический способ сваривания металлических деталей, выполняемый с помощью сварочного аппарата, на горелке которого закрепляется тугоплавкий электрод. После его включения образуется электрическая дуга, с помощью которой происходит сваривание деталей. Однако с помощью обычного сварочного аппарата невозможно обрабатывать ювелирные украшения, не повредив их. Для этого используется специальный агрегат, который работает в импульсном режиме.

Конструкция агрегата для работы с благородными металлами отличается от обычного сварочного аппарата. Рабочий элемент представляет собой накопительный конденсатор. После включения он генерирует электрические импульсы. Из-за этого сварка называется точечной. Импульс успевает расплавить сплав, но не нарушает целостность детали.

Современные модели комплектуются специальными биноклями, с помощью которых можно разглядывать мелкие элементы, точнее применять импульс. Дополнительно на место спайки подаётся аргон, который защищает соединение от образования оксидной плёнки.

Контактная

Технологический процесс, похожий на промышленный метод. Две отдельные детали сжимаются между собой и на них подаётся электрический ток. Контактная сварка выполняется как временная процедура до основной спайки отдельных деталей. Станок для ювелирного дела состоит из двух пуансонов, через которые подаётся напряжение. Между ними закрепляются детали. Они прижимаются друг к другу. Дальше ювелир нажимает на педаль, чтобы подать ток.

Лазерная

Установка, генерирующая лазерный луч, который фокусируется с помощью установленных по определённой последовательности линз. Излучателем является привод, на котором закрепляется алюмоиттриевый гранат.

Излучение, которое проходит через этот минерал, оптимально при работе с благородными металлами. Нагрев производится с большей эффективностью. Точность проводимых работ, возможность затрагивать небольшие зоны, не перегревая окружающие участки, привлекают ювелиров к лазерному оборудованию.

Регулятор мощности, генерирующий нагревательный луч, позволяют работать с разными сплавами, однородными металлами.

Оборудование для пайки

Диффузионная сварка

Представляет собой промышленный вариант соединения заготовок разных габаритов. Принцип работы:

  1. Рабочие зачищают соединяемые поверхности деталей. Они не должны иметь неровностей, грязи, ржавчины, декоративных покрытий.
  2. После зачистки заготовки зажимаются с помощью тисков между собой так, чтобы они визуально представляли собой готовое изделие.
  3. Конструкцию помещают в муфельную печь. Происходит нагревание до высоких температур.

Заготовки определённое время выдерживаются при одном температурном режиме. В это время атомы двух деталей на месте соединения перемешиваются, образуют надёжное соединение. Изделие достают из печи, дают остыть на воздухе без использования охлаждающих жидкостей.

Особенности выполнения процесса

Для работы с современным оборудованием нужно уметь настраивать систему ЧПУ. Этапы пайки лазером:

  1. Детали закрепляются на рабочем столе.
  2. На компьютере выставляется программа, по которой будет работать лазерная головка.
  3. После запуска оборудования происходит автоматическая сварка.

Ювелиру останется проверить соединение, если нужно изменить настройки, повторить процедуру.

Особенности проведения работ:

  1. Технологический процесс занимает от 30 мс.
  2. Оптимальная мощность — 20 Вт.
  3. За одну секунду оборудование можно сделать до 10 швов.
  4. Рабочий стол перемещается со скоростью до 10 мм за секунду.
Читайте также  Художественное литье в домашних условиях

Если нужно провести низкотемпературную пайку, выполнять работы нужно на газовой плите.

Работая с лазерным излучением, нужно учитывать возможный вред от излучения. Чтобы защитить сетчатку глаза от яркого света, нужно использовать затемнённые очки. Они идут в комплекте с оборудованием.

Лазерная пайка — процесс соединения металлических деталей, который позволяет работать со сплавами, однородными металлами. Сфокусированный луч нагревает малую зону, не затрагиваю участки рядом. Образуется точное соединение, которое может покрывать площадь до 1 мм. Важно уметь настраивать оборудование с ЧПУ, решать ошибки. Работать нужно с защитными очками, чтобы не повредить сетчатку глаза.

Что такое лазерная сварка. Преимущества и недостатки

Лазерная сварка — это один из видов сварки плавлением с нагревом рабочей зоны энергией лазерного излучения. Она относится к термическому классу сварочных технологий и входит в одну группу с плазменной, дуговой и электронно-лучевой сварками.

Технология

Физические характеристики

Лазерная сварка металлов отличается от других видов сварочных технологий высокой плотностью энергии в пятне нагрева — до 1 МВт на кв.см. 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.

Размер пятна фокусировки промышленной установки может изменяться в пределах от 0,2 до 13 мм. Глубина проплавления материала прямо пропорциональна энергии излучения лазера, но также зависит от расположения фокальной плоскости луча. Во время сварочной операции зона расплавленного материала перемешается по заданной траектории вместе лазерным лучом, создавая по линии движения сварной шов. Он получается узким и глубоким, поэтому по своей форме принципиально отличается от сварных швов других сварочных технологий.

Виды и режимы лазерной сварки

Технология лазерной сварки включает два вида сварочного соединения: точечное и шовное. При этом промышленные установки могут генерировать два типа лазерного излучения: непрерывное и импульсное. При точечном соединении обычно применяют только импульсное излучение, а при шовном — как непрерывное, так и импульсное. Во втором случае сварной шов образуется путем перекрытия зон импульсного нагрева, поэтому скорость сварки зависит от частоты импульсов. Точечную сварку обычно применяют для соединения тонких металлических деталей, а шовную – для формирования глубоких сварных швов.

Гибридная лазерная сварка относится к сварочным технологиям, при проведении которых применяют присадочные материалы. В этом случае сварочное оборудование дополняется механизмами подачи проволоки, ленты или порошка. Присадочные материалы подаются в зону плавления синхронно с движением сварочной головки, а их толщина соответствует ширине сварного шва и диаметру пятна.

Технологические особенности

Скорость перемещения и энергетические режимы сварочного процесса зависят от ширины сварного шва, а также от вида и толщины свариваемых материалов. Например, стальные листы толщиной 20 мм свариваются газовым лазером со скоростью несколько сот метров в час. Этот показатель на порядок выше предельных характеристик электродуговой сварки.

Лазерная технология особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой. Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов. Это позволяет сваривать лазерным лучом титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является очень высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.

Состав и принцип работы сварочного оборудования

Все установки лазерной сварки состоят из следующих функциональных модулей:

  • технологический лазер;
  • система транспортировки излучения;
  • сварочная головка с фокусирующей линзой;
  • блок фокусировки луча;
  • механизмы перемещения сварочной головки и заготовки;
  • система управления перемещениями, фокусировкой и мощностью лазера.

В сварочном оборудовании в качестве генераторов излучения применяют два типа лазеров: твердотельные и газовые. Мощность первых лежит в диапазоне от десятков ватт до 6 кВт, а вторых – от единиц до 25 кВт. В твердотельных установках излучатель — это прозрачный стержень из рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом. А в газовых аппаратах — прозрачная трубка, заполненная углекислым газом или газовыми смесями.

Кроме излучателя в состав любого лазера входит система накачки, оптический резонатор, блок питания и система охлаждения. Генерируемый световой поток попадает через переднее зеркало оптического резонатора на систему зеркал, которая передает его на фокусирующую линзу сварочной головки.

Установки лазерной сварки выпускаются в разных компоновках: от традиционных портальных или консольных станков с рабочими столами и до роботов-манипуляторов с пятью степенями свободы. Управление сварочным оборудованием может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Если установка имеет систему ЧПУ, то выполнение сварочного процесса осуществляется в автоматическом режиме по заданной программе. В случае ручной лазерной сварки оператор с выносного пульта задает перемещения, скорости и параметры сварочного процесса.

Применение лазерной сварки

Основная область применения лазерной сварки — это передовые производства с инновационными технологиями. Наиболее широко ее применяют в микроэлектронике, приборостроении, авиакосмической отрасли, атомной энергетике и автомобильной промышленности.

В приборостроении и микроэлектронике с помощью лазера соединяют разнородные и разнотолщинные материалы диаметром от микронов до десятых долей миллиметра. Кроме того, лазерная технология позволяет сваривать элементы, расположенные на близком расстоянии от кристаллов микросхем, а также других чувствительных к нагреву элементов.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точеной 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. Поэтому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

В судостроении, оборонной промышленности, атомной энергетике и авиакосмической отрасли широко используются комплектующие из титана и титановых сплавов. Сварка титана — это одна из самых сложных задач для сварочного производства. В расплавленном состоянии титан обладает высокой химической активностью к кислороду и водороду, что ведет к насыщению зоны расплава газами и образованию холодных трещин. Лазерная сварка успешно справляется с этой проблемой при работе в защитной среде из газовой смеси на основе из аргона и гелия.

Лазерные установки применяют для сварочного соединения металлов с разными физическими свойствами. С их помощью сваривают сталь и медь с алюминиевыми сплавами, а также разнотипные цветные металлы. Новым направлением сварочных технологий является сварка лазером чугуна, которую применяют при производстве корпусов, элементов шестерен, запорной арматуры и других узлов и компонентов.

Стоимость лазерного оборудования снижается с каждым годом. Сейчас небольшие установки импульсной лазерной сварки доступны даже малому бизнесу и частным лицам. Они имеют небольшую мощность и их обычно применяют для резки, сварки и гравировки листовых материалов.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

  • возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики;
  • высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева;
  • наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий;
  • отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей;
  • отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения;
  • химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды);
  • возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера;
  • возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами;
  • быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
  • высокое качество сварных соединений.

Основные недостатки:

  • высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих;
  • низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%);
  • зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки;
  • высокие требования к квалификации обслуживающего персонала;
  • особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Лазерная сварка является самой молодой из сварочных технологий — в промышленности она применяется только с конца семидесятых годов XX века. Сразу после своего появления она начала активно замещать традиционные методы сварки. Наибольшее распространение лазерная сварка получила в передовых производствах с инновационными технологиями.

В наше время лазерная сварка вышла далеко за пределы своего первоначального применения. Сейчас она используется не только в промышленности, но и в часовом производстве, при изготовлении и ремонте ювелирных украшений и даже при создании рекламных конструкций.

Лазерная пайка: технология и применение

  1. Особенности
  2. Оборудование
  3. Технология процесса

Для обработки металлов применяются различные методики, одна из самых популярных среди них – лазерная пайка. Этот способ активно применяют для работы с ювелирными изделиями, в производстве часов. Его задействуют и для восстановления поломанных деталей оптики (оправ и дужек очков).

Особенности

Под лазерной пайкой подразумевается процесс объединения деталей, эта технология дает возможность работать с различными сплавами и металлами, имеющими однородный состав. За счет сфокусированного луча нагревается небольшая область, прилегающие участки при этом не затрагиваются. Формируется точное соединение, покрывающее площадь до 1 мм. Нужно грамотно настроить оборудование с ЧПУ, чтобы избежать ошибок. Работу следует выполнять в защитных очках, иначе есть риск повреждения глазной сетчатки.

Читайте также  Мангал из нержавейки своими руками

Одна из особенностей этой методики объединения металлических деталей состоит в предъявлении высоких требований к квалификации мастера, паяющего мелкие изделия.

В его распоряжении должны быть специальные инструменты – такие как лазерный паяльник.

Необходимость филигранного обращения с бижутерией и ювелирными изделиями обусловлена тем, что спаиваемые элементы обычно имеют миниатюрные размеры. А еще им присущи уникальные химические характеристики. Все это существенно усложняет выполнение операции. Лазерная пайка ювелирных украшений считается одной из самых сложных процедур, без должных навыков с ней не справиться.

При создании и ремонте цепочек, сережек и других изделий из драгоценных металлов повышенное внимание следует уделять эстетике готовых аксессуаров. На них не должно быть никаких следов выполненных операций. Этим и обусловлена потребность применения специальных приспособлений для пайки, обеспечивающих высокоточное наведение лазерного луча на предмет, с которым ведется работа.

В дополнительных термических и электрических воздействиях нет необходимости. Рабочие операции можно выполнять без применения присадок (это напоминает сварку). Область обработки удается локализовать с максимальной точностью. При необходимости можно паять разные по структуре материалы. Пайка выполняется предельно качественно, целостность покрытия при этом не нарушается.

При производстве ювелирных украшений оборудование для паяния подбирается в соответствии с определенными условиями выполнения технологических операций, во внимание в обязательном порядке принимают и особенности сплавляемых деталей.

От размера заготовок зависит период воздействия лазерного излучения на контактную область.

Ключевые достоинства лазерной пайки заключаются в следующем.

  1. Отличном качестве создаваемых швов, они получаются почти незаметными для глаза, благодаря этому удается выпускать цельнолитые украшения.
  2. Возможности работы с изящными и миниатюрными изделиями, что не всегда доступно при использовании стандартных методик пайки.
  3. Широком диапазоне интенсивности лазерного воздействия, позволяющем работать в различных режимах.
  4. Возможности объединения металлических элементов, сложно поддающихся сплавке в обычных условиях.
  5. Высокой скорости работы.

Минусов у данной технологии немного, они связаны с ограниченной сферой ее использования и высокой стоимостью.

Для выполнения лазерной пайки требуется профессиональная подготовка, поскольку проведение такой операции имеет большое количество нюансов.

Оборудование

Для выполнения пайки лазером требуется специальный аппарат, представляющий собой высокотехнологичный паяльник. Он функционирует бесконтактным образом. В состав оборудования для паяния входит несколько деталей.

  1. Основа для закрепления основной конструкции с мобильными элементами.
  2. Направляющие для перемещения рабочей части.
  3. Лазерная головка, включающая привод и комплект фокусирующих линз.
  4. Управляющая система.

Если станок оснащается ЧПУ, его комплектуют мотором и пультом для формирования алгоритмов. Нужно знать, как правильно пользоваться таким аппаратом, выполнять установку деталей для последующей обработки. Главным рабочим параметром применяемого для подобных целей оборудования является его мощность. Предлагается большой модельный ряд аппаратов для лазерной пайки, но стоят они дороже паяльников.

От мощности оборудования зависит качество паяного соединения. С лазерными аппаратами нужно обращаться аккуратно, соблюдать правила безопасности. Для соединения украшений требуются припои.

Опытные мастера ювелирного дела советуют приобретать расходные материалы, включающие благородные металлы.

Технология процесса

Лазерная спайка ювелирных изделий – это целое искусство. Данную технологию применяют для ремонта изделий из серебра, золота, бижутерии, оправы очков из титана. При использовании станков ЧПУ важно правильно настроить систему. Лазерная пайка выполняется в несколько шагов.

  1. Закрепление деталей на рабочем столе.
  2. Выставление компьютерной программы, в соответствии с которой будет функционировать лазерная головка.
  3. Автоматическая сварка после активации оборудования.

При необходимости изменения настроек ювелир проверяет соединения и повторяет процедуру. В секунду станок может создавать до 10 швов. С помощью лазерной пайки ремонтируют ювелирные украшения и оправы очков, выполненные из различных металлов, устраняют повреждения в области контакта с переносицей. Лазерный луч позволяет восстанавливать пружины механизма носового упора и заушины, припаивать отломанные детали подвижных крепежей.

Особенность и ключевое достоинство этой методики ремонта заключается в отсутствии интенсивного нагревания материала в восстанавливаемой зоне. За счет этого удается сохранять конфигурацию и структуру металла, обеспечивать оптимальные условия для продолжительной эксплуатации изделий.

Все о лазерной пайке и технологии ее использования смотрите в следующем видео.

Общая характеристика и особенности лазерной сварки для различных металлов, типы лазеров и специфика их применения

Лазерная сварка – сварка плавлением, при которой энергетическим источником является лазер. Главной особенностью является высокая концентрация энергии. Такой тип сварки используется для соединения одинаковых и разнородных металлов.

Лазерное излучение фокусируется при помощи направляющих зеркал. Преобразованный уменьшенный пучок энергии нагревает и плавит свариваемые детали.

Выделяют следующие типы лазерной сварки:

Закреплённые стандарты

В 2019 году действуют следующие государственные стандарты, предъявляющие требования к лазерной сварке:

  • ГОСТ ISO 15609-4-2017 – содержит технические требования к аттестации процедур сварки металлических материалов. Часть 4 данного документа посвящена лазерной сварке;
  • ГОСТ 28915-91 – описывает основные типы лазерной импульсной сварки, конструктивные элементы и размеры.

Основные сферы применения

Лазерная сварка имеет широкое применение:

  1. Ремонт ювелирных изделий. Благодаря высокой точности возможен ремонт ювелирных изделий из золота и серебра. Из-за того, что предмет нагревается не полностью, а лишь отдельные его участки, удаётся избежать деформации мягких металлов. В результате ремонта остаётся чистый шов, не загрязнённый частицами припоя. Его можно легко сгладить с помощью шлифовки.
  2. Соединение алюминия. Лазерная сварка упрощает процесс сварки алюминия, так как нет необходимости создавать вакуум. Необходима только тщательная зачистка места сварки от оксидной плёнки и остатков лакокрасочных покрытий.
  3. Сварка стали. Использование лазера при сварке стали позволяет получить аккуратный шов, высокую прочность соединений и минимизировать коррозию свариваемых участков.

Плюсы и минусы технологии

Распространение лазерная сварка получила, благодаря следующим положительным качествам:

  • высокая прочность соединения;
  • отсутствие необходимости в дополнительной механической обработке;
  • скорость выполнения работы;
  • минимальная зона нагревания;
  • возможность высокоточного фигурного соединения.

Несмотря на все положительные стороны, лазерная сварка является узконаправленной в силу следующих причин:

  • высокая стоимость оборудования;
  • сложность в подборе специалистов;
  • наличие вибрации при работе аппаратом;
  • невысокий КПД оборудования.

Особенности технологического процесса

Лазерная сварка действует по следующему принципу: лазерное излучение проходит через фокусирующую систему, сконцентрированный пучок энергии направляется на свариваемые детали, где частично отражается. Значительная часть энергии проникает вглубь материала, тем самым нагревает и расплавляет его. Такой метод сварки позволяет проводить работу в любом положении и под любым углом.

Лазерный луч необходимо корректировать в зависимости от толщины материала. Чем толще материал, тем большую фокусировку нужно использовать.

Оборудование, используемое при сварке лазером

Комплект оборудования для лазерной сварки включает в себя: лазер, газовую защиту, системы фокусировки и перемещения луча. Так как существуют разные типы установок, то для каждой из них есть свои особые элементы.

В газовых лазерах активным элементом является смесь газов. Предельная мощность такого вида установок может достигать 20 кВт. Это позволяет работать с материалами толщиной до 2 см. Одними из самых мощных являются газодинамические лазеры. Скорость работы при их использовании достигает 60 м/ч.

Мощность твердотельных лазерных установок – 1-6 кВт. Активными компонентам в них являются рубин или стекло с присадкой ионов. С помощью таких установок соединяются самые маленькие и тонкие детали.

Типы установок для лазерной сварки металла:

  1. Твердотельные лазерные установки содержат в себе стержень из активного элемента рубина с нанесённым на его концах серебром. При нагревании стержня находящиеся в нём ионы хрома начинают своё движение. Проходя через прозрачные и полупрозрачные зеркала, они движутся по спирали вокруг рубинового стержня. Высвобождаемая энергия проходит через полупрозрачное стекло и с помощью линзы собирается в одной точке сварочного аппарата. Главная особенность – работает исключительно в беспрерывном режиме.
  2. Газовые лазерные установки стандартно представлены в виде герметичной круглой трубки с газообразной функциональной средой и установленным оптическим резонатором. Для активации лазерного луча применяются следующие газы: углекислый газ, азот и гелий.

Газовые лазеры эффективнее твердотельных, так как имеют большую мощность и повышенный КПД. Большим плюсом является то, что они могут применяться и в импульсном, и непрерывном режиме.

Лазерные установки могут проводить сварку двумя способами:

  • импульсным – производится накопление значительного объёма энергии, а затем в короткое время обрабатывается место сварки;
  • непрерывным – применяется в процессе создания сплошных швов независимо от глубины сварки.

Примерная стоимость аппаратов лазерной сварки на Яндекс.маркет

Особенности лазерной сварки различных металлов

При сваривании стали предварительно необходимо провести механическую очистку деталей. Нужно избавиться от коррозии и окалины для предотвращения появления оксидных соединений. Зачистку можно проводить с помощью обычных нержавеющих щёток, захватывая 10-15 см от будущего места сварки. Место сваривания стальных деталей необходимо обезжирить.

Алюминий

При сварке алюминия возникает возможность окисления поверхности и испарения летучих элементов. Металл необходимо механически обработать, произвести травление и перед сваркой зачистить шабером.

Титан

Во избежание трудностей при сварке титана нужно осуществить зачистку, при этом можно применить пескоструйную обработку. Позже химически затравить, промыть и обработать гелием.

Специфика ручной лазерной сварки

Уже не существует преград для покупки лазерного станка для работы в домашних условиях. С его помощью можно решить некоторые хозяйственные проблемы:

  • подправить ювелирные изделия;
  • провести точечную спайку;
  • отремонтировать оправу очков;
  • уплотнить поверхность материалов.

Необходимо помнить о технике безопасности при работе вручную: во избежание попадания лазерного луча в глаза и на кожу необходимо, чтобы аппарат был оснащён крышками безопасности.

При ручной работе достигается высокая скорость сварки, а сварочный шов более высокого качества.

Лазерная сварка металлов и ее особенности

При производстве многих сложных металлов ключевой частью технологического процесса является их сварка. Соединение проводится с применением разных видов нагревов. Часто в последнее время используется и лазерная сварка металлов. Как осуществляется сварка лазером и какие ее виды существуют, будет рассмотрено в статье.

  • Сферы применения лазерной сварки металлов
    • Плюсы и минусы
  • Виды сварки
  • Типы лазеров
    • Твердотельный
    • Газовый
  • Станки для сварки лазером
Читайте также  Хомут для крепления труб скобами

Сферы применения лазерной сварки металлов

Металлы посредством лазерной сварки соединяются в основном тогда, когда другие способы соединения бесполезны или проблематичны. Оборудование для лазерного соединения стоит весьма недешево, поэтому покупать его нужно, только когда вы убедитесь в том, что работу нельзя будет сделать другими методами.

Итак, сферы применения таковы:

  • производство приборов и прочих точных механизмов;
  • производство сложных изделий на основе легкоплавких металлов;
  • изготовление деталей из чугуна;
  • изготовление пластмассовых изделий.

Такая технология в промышленности стала применяться всего порядка 20 лет назад, и если есть возможность, то можно купить станки для только стационарного типа, но и ручные для сварки в домашних условиях.

Плюсы и минусы

Лазерное соединение металлов имеет свои плюсы и минусы. Что касается преимуществ, то они следующие:

  • площадь металла нагревается незначительно, что сильно сокращает его коробление во время работы;
  • лазерный луч передается по волоконной оптике, благодаря чему он попадается даже в труднодоступные места;
  • лазерное оборудование можно использовать не только для сварки металла, но и его резки;
  • оно обеспечивает высокое качество сварных швов;
  • процесс сваривания обеспечивает хорошую производительность, его легко контролировать.

Но имеет технология и свои недостатки:

  • оборудование очень дорогое;
  • сварочный аппарат обладает низким КПД;
  • оператор установки должен иметь высокую квалификацию.

Но, несмотря на недостатки, лазер — это единственный вариант для обеспечения точной сварочной операции или соединения легкоплавких материалов.

Виды сварки

Лазерная сварка бывает двух видов:

  • Стыковая — в этом случае не используют присадки и флюс. Между металлами допускается минимальный стык, не больше 0,2 мм. Такое же значение является максимальным для фокусировки лазерного луча на стык. Сварку проводят посредством «кинжального» проплавления металла на всю толщину с интенсивностью лазерного излучения до 1 мВт/см2. Шов в этом случае нужно предохранять от окисления аргоном или азотом, а гелий защитит его от пробоя лазерного излучения;
  • Нахлесточная — металлические листы накладываются друг на друга, они соединяются посредством мощного излучения. Сварка проводится с локальным прижимом деталей. Максимально допустимый зазор между поверхностями металлов при работе — 0,2 мм. В случае необходимости повышения качества соединяемых деталей используется двойной шов.

Типы лазеров

При сваривании металлов применяют лазеры двух типов:

  • твердотельные;
  • газовые.

Тот или иной тип лазера подбирается в зависимости от цели использования оборудования.

Твердотельный

В данном случае активным телом выступает рубиновый стержень со стеклом и примесью неодима или же алюмо-иттриевого граната, который легирован неодимом или иттербием. Стержень располагается в осветительной камере. Чтобы возбудить атомы активного тела, применяют лампу накачки, которая создает мощные световые вспышки.

На торцах активного тела находятся два зеркала:

  • частично прозрачное;
  • отражающее.

Лазерный луч будет выходить сквозь частично прозрачное зеркало, заранее оно многократно отражается в рубиновом стержне и усиливается. Твердотельные лазеры не слишком мощны, их мощность составляет от 1 до 6 кВт.

С помощью данных лазеров свариваются только мелкие и не толстые детали, чаще всего — это объекты микроэлектроники, например, тонкие проволочные выводы с диаметром 0,01−0,1 мм на основе нихрома, золота или тантала. Допускается и точечная сварка изделий на основе фольги с диаметром точки порядка 0,5−0,9 мм. Таким же способом выполняется герметичный катодный шов на кинескопах современных телевизоров.

Катод — это трубка с длиной в 2 мм, диаметром 1,8 мм и толщиной стенки 0,04 мм. К такой трубке приваривают дно толщиной в 0,12 мм на основе хромоникелевого сплава. Такие мелкие изделия варят благодаря высокой степени фокусировки луча, а также точной дозировке энергии посредством регулирования длительности импульса в определенных рамках.

Газовый

Газовые лазеры — более мощные, активным телом в них выступает газовая смесь. Газ прокачивается из баллонов с помощью насоса посредством газоразрядной трубы. Энергетическое возбуждение газа происходит за счет электрического разряда между электродами. По торцам газоразрядной трубы находятся зеркала. Электроды подключают к источнику питания, а сам лазер охлаждается с помощью водяной системы.

Основной минус оборудования с продольной прокачкой газа — это его габариты. А вот лазеры с поперечной прокачкой газа более компактные. Общая мощность может составлять от 20 кВт и больше, благодаря чему можно соединять металлы с толщиной до 20 мм на большой скорости — порядка 60 м/ч.

Самые мощные конструкции — газодинамические. В них для работы применяют газы, которые нагреваются до температуры от 1000 до 3000 К. Газ в них быстро истекает через сопло Лавля, в итоге происходит адиабатическое расширение, а затем газ охлаждается в зоне резонатора. При охлаждении возбужденные молекулы переходят на более низкий энергетический уровень, при этом испускается когерентное излучение. Накачка может происходить с применением другого лазера или прочих мощных энергетических источников. Мощные конструкции позволяют сваривать на скорости около 200 м/ч стали толщиной в 35 мм.

Сварка с помощью лазера осуществляется в атмосферных условиях, вакуум создавать не нужно, нужно при этом защищать от воздуха расплавленный металл. Обычно используются газы, например, аргон. Процесс характеризуется тем, что из-за высокой тепловой мощности луча на поверхности свариваемого изделия металл интенсивно испаряется. Пары ионизируются, вследствие чего луч рассеивается и экранизируется.

Поэтому в условиях применения высокомощного оборудования в зону сварки, кроме защитного газа, также подают и плазмоподавляющий газ. Им обычно выступает гелий, который намного легче аргона и не будет рассеивать луч. Чтобы упростить процесс нужно, использовать специальные газовые смеси, обладающие плазмоподавляющей и защитной функцией. В таком случае горелка должна подавать газ так, чтобы он мог сдувать ионизированный пар.

Во время работы луч медленно углубляется в деталь и оттесняет жидкий металл сварочной ванны на заднюю стенку кратера. Это обеспечивает «кинжальное» проплавление при условии большой глубины и малой ширине шва.

Большая концентрация энергии в луче позволяет достичь высокой скорости работы, а также обеспечивает хороший термический цикл и высокую прочность металла шва.

Станки для сварки лазером

Для данного вида сварочных работ применяется оборудование как мобильного, так и компактного типа, также может использоваться полноразмерное оборудование для соединения крупногабаритных деталей.

Часто в промышленных целях используют такие модели станков, как:

  • ЛАТ-С — он применяется для самой лазерной сварки, а также наплавки металлов. Обладает высокой мощностью, благодаря чему можно добиться высоких показателей в плане производительности. Может быть оснащен автоматическими координатными столами, благодаря чему можно обрабатывать сложные конструкции на высокой скорости. Станок включает в себя два модуля. В первом находится источник питания и устройство для охлаждения лазера, а второй модуль — это такой подвижный каркас, где находится лазерный излучатель. Два модуля легко двигаются благодаря наличию колес в основании. Для стационарной работы со станком неподвижность обеспечивается за счет специального механического блокиратора;
  • МУЛ-1 — этот станок малогабаритный, используется для лазерной сварки и наплавки металлов. Также с его помощью можно паять золото и серебро. Варить ювелирные изделия данным станком можно легко и с соблюдением высокой точности. Часто оборудование используют для ремонта и производства ювелирных изделий. Металлические части небольшого размера можно сварить без сильного нагрева, допускается даже соединение оправ для очков. Устройство удобное тем, что для работы достаточно напряжения в 220 В. В зависимости от выбранного режима, мощность прибора составляет от 1,9 до 2, 5 кВт;
  • ЛАТ-400 — применяется для соединения крупногабаритных изделий. Система включает в себя мощный твердотелый лазер, устройство питания и охлаждения. Лазер обладает высокой мощностью и производительностью, благодаря чему даже сложные работы можно осуществлять на высокой скорости. Оборудование подключается за счет трехфазной сети в 380 В. При пиковой нагрузке мощность аппарата составляет порядка 13 кВт. Установка оснащена механизированной системой, которая приводится в движение за счет двигателя постоянного тока. Это позволяет легко передвигать лазерную головку в трех плоскостях.

Ручная лазерная сварка проводится с применением таких аппаратов:

  • WELD-WF — портативное устройство, благодаря которому можно выполнять работы даже в труднодоступных местах. Оно включает в себя манипулятор, соединяемый с волокном. Сгенерированное лазерное излучение передается по волокну. Поскольку есть наличие обратной связи, с помощью аппарата можно получить максимально качественный шов по сравнению с оборудованием, в котором нет подобных опций. Аппарат имеет мощность всего 1,5 кВт и работает от сети в 220 В. Он подходит для разных ремонтных работ, когда выполнить демонтаж сложно или требует много времени;
  • CLW120 — ручной аппарат с невысокой мощностью, который отлично подходит для работ, требующих ювелирной точности, а также точечной лазерной сварки. Кроме этого, с его помощью можно соединять цветные и черные металлы, нержавеющую сталь или же титановые сплавы. Мощность оборудования — 10 кВт, требования к сети — 220 В.

Почти все перечисленные аппараты оснащены бинокуляром, который защищает зрение от негативного воздействия лазерного луча и вместе с тем помогает в несколько раз увеличить объект обработки, чтобы работа была выполнена качественно и точно.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: