7 предимства от използването на лазерна машина за заваряване при производството на метали

Превъзхождаща се точност и точност - Да. Лазерна заваръчна машина

Как високата енергийна плътност и фокусът на лъча позволяват заваряване на микроново ниво

Лазерното заваряване достига до микроново ниво благодарение на това как концентрират енергията и контролират къде се удря лъчът. Тези машини всъщност фокусират лазерната светлина в петна с диаметър по-малък от 0,1 мм, което означава, че доставят супер интензивна топлина точно там, където е необходимо. Какъв е резултатът? Заваряващи, които са точно на мястото си, обикновено на около 5 микрона от целта. За разлика от традиционното дъгово заваряване, при което материалите често се изкривяват поради неравномерно нагряване, лазерите позволяват на операторите да набират точното количество топлина за всяко място. И тъй като няма физически контакт, тези системи могат да поддържат подходяща дълбочина на проникване дори и при работа с сложни форми. Крайният продукт също има много по-чисти шевове, така че фабриките прекарват по-малко време в почистване след заваряване.

Приложения в индустриите с висока толерантност: автомобил, аерокосмически и медицински изделия

Лазерното заваряване носи невероятно ниво на прецизност, без което много индустрии просто не могат да живеят, когато правят части, които абсолютно трябва да работят правилно всеки път. Автомобилните компании използват тази технология навсякъде, особено за тези малки инжектори, които трябва да издържат на налягане над 200 бара, без да изтича и една капка. В небето, авиационните инженери използват лазери, когато фиксират турбинните лопатки, защото дори и най-малкото отклонение от перфектните заварки има значение. Тук говорим за поддържане на нещата в рамките на 0,05 мм. За производителите на медицинско оборудване лазерното заваряване е буквално спасител на живота. Те се нуждаят от тези карцероломни кутии, запечатани напълно здраво срещу телесните течности, и хирургическите инструменти, свързани заедно без риск от частици, които се разтварят в някой по време на операции. Това, което наистина се откроява обаче е колко последователно надежден този метод остава партида след партида, което е точно защо повечето производители ще ви кажат, че отговарянето на тези строги изисквания ISO 13485 и AS9100 не е просто хубаво да има това е маса залози в днешно време.

Стратегия: Интегриране на лазерното заваряване за критични компоненти, изискващи строги толеранции

За да се получи лазерно заваряване за тези прецизни работи, трябва да намерим подходящото място с всички параметри. Повечето хора започват с деструктивни тестове върху образците на съединенията, което помага да се разбере кое работи най-добре за продължителността на мощността обикновено някъде между 1 и 20 милисекунди от времето на импулса и къде точно да фокусират лъча. По време на действителното производство, наличието на системи за визуализация, които могат да проследяват шевовете в реално време, става наистина важно. Тези системи се нуждаят от най-малко 10 микрометра резолюция, за да уловят всички проблеми, докато се случват. Когато се работи с тези сложни медни и алуминиеви съединения, които се появяват толкова често в батериите на електрическите превозни средства, специални модели на осцилация на лъча стават необходими, за да се управлява образуването на междуметални съединения. И да не забравяме за автоматизираните фиксиращи устройства, оборудвани с механизми за обратна сила. Този вид на настройка поддържа частите последователно подредени през производствените серии, като остава в рамките на този тесен диапазон от толерантност от по-малко от 25 микрометра от началото до края.

Минимизиране на зоната, засегната от топлината, и намаляване на изкривяването

Защо лазерното заваряване произвежда по-малък HAZ в сравнение с методите MIG/TIG

Теплото засягаща област при лазерно заваряване е много по-малка в сравнение с MIG или TIG техниките, защото лазерите концентрират енергията си толкова плътно с лъчи, измерени в микрони. Традиционното арково заваряване разпространява топлина върху по-големи повърхности, което може да направи HAZ около три пъти по-голям. Лазерното оборудване фокусира топлината точно там, където е необходимо, намалявайки нежеланите ефекти в близост. Изследванията показват, че този фокусиран подход намалява размера на HAZ с между 60 и 90 процента въз основа на топлинни изображения, направени по време на тестовете. Това означава, че материалите запазват по-добре първоначалните си характеристики, а тези досадни промени в зърното, които се случват при редовната заваряване, не се случват толкова често.

Предотвратяване на изкривяването на метали с тънък размерие и чувствителни съединения

Лазерното заваряване създава много по-малка зона, засегната от топлината, в сравнение с традиционните методи, което помага за предотвратяване на проблеми с изкривяването на много тънки метали с дебелина под 1 мм. Това е много важно за неща като деликатни електронни части или медицински импланти, където дори малки изкривявания могат да бъдат проблематични. Начинът, по който лазерите фокусират енергията си върху такива малки области, по принцип спира тези досадни топлинни разширения, които се случват при MIG или TIG заваряване. Някои авиокомпании са видели намаление от около 75% в фиксирането на деформирани титанови части след като са преминали към лазерна технология. Има смисъл, защото контролираното нагряване поддържа всичко стабилно, докато създава силни стави, които се задържат добре с течение на времето.

Използване на импулсни вълни за топлина чувствителни приложения, което позволява междуимпулсно охлаждане. Използвайте осцилация на лъча, за да разпределите енергията равномерно, и винаги провеждайте изпитвателни заварки с мониторинг на термопарата, за да валидирате термичните профили преди производство в пълен мащаб.

По-бързи скорости на заваряване и по-висок производствен капацитет

Лазерните заваръчни машини осигуряват несравнима скорост на производство в сравнение с традиционните методи, което трансформира производителната ефективност. Чрез концентриране на високоенергийни лъчи, които незабавно топят и сливат материали, тези системи елиминират по-бавните цикли на нагряване на аркови процеси. Това основно предимство позволява на производителите да постигнат пропусклива способност, която преди това не е била постижима с конвенционално заваръчно оборудване.

Лазерно или традиционно заваряване: предимства на скоростта при производството на големи обеми

На съвременните автомобилни и космически конвейери лазерното заваряване може да работи с около четири до пет пъти по-бързо от старите техники MIG/TIG, според това, което виждаме от докладите на индустрията, които излизат през 2025 г. Това, което прави този метод толкова привлекателен е, че не се нуждае от смяна на електроди или настройка на материали за пълнеж по време на работа, което означава, че машините могат да работят без прекъсване. За производителите, които се занимават с огромни производствени обеми, особено при производството на пакети за батерии за електрически превозни средства, разликата е нощ и ден. Една лазерна инсталация може да заварява стотици шевове за един час, докато традиционните магазини ще се нуждаят от няколко различни станции, само за да се поддържат с подобни нива на изход.

Използване на импулсни и непрекъснати вълни за повишаване на ефективността на процеса

Операторите максимизират производителността чрез избор на оптимални начини за доставка на енергия:

• Импулсиран режим осигурява контролирани, периодични енергийни изблици за деликатни съединения в електрониката
• Режим на непрекъсната вълна поддържа непрекъсната мощност за дълбокопроникващи заварки в структурни компоненти
  Съвременните лазери с влакна (до 10 kW изходна мощност) позволяват превключване в реално време между режимите, намалявайки времето за превключване на процеса с 30% при запазване на целостта на заварката в различна дебелина на материала.

Случайно проучване: постигане на 40% увеличение на продукцията в индустриална производствена линия

Един производител на кораби е използвал динамична лазерна технология, за да замени подводното арково заваряване. Чрез оптимизиране на фокусните точки и параметрите на мощността те постигат:

По-голямо гъвкавост при заваряване на различни и напреднали метали

Съчетаване на сложни комбинации от материали: неръждаема стомана и алуминий

Технологията за лазерно заваряване е пробила стари граници, когато става въпрос за съединяване на метали, които не биха играли добре заедно преди. Скорошно изследване, публикувано в Frontiers in Physics показва, че влакна лазери могат да заваряват неръждаема стомана към алуминий с около 95% ефективност в наши дни. Това е доста впечатляващо, като се има предвид, че тази метална комбинация се разпадаше постоянно с обикновени методи за аркова заваряване. Тайната е в това да можем да настройваме лазерните дължини на вълните специално за всеки тип материал. Алуминийът се нуждае от около 1 микрометрова дължина на вълната, защото отразява толкова много светлина, докато стоманата работи по-добре с по-дългата настройка от 10,6 микрометра. Освен това, фокусираната доставка на енергия помага да се предотвратят тези досадни междуметални съединения от образуването на ставата. Корабните строители вече се възползват от това развитие, за да изработят корпуси, които да устоят по-добре на корозия и да тежат почти 18% по-малко, отколкото биха могли да направят с помощта на конвенционални техники по онова време.

Настройка на дължината на вълната и мощността за оптимална съвместимост на материала

Преодоляване на дисбаланса на топлинното разширение с хибридни лазерно-аркови техники

Когато става въпрос за смесване на различни метали, хибридното лазерно-арково заваряване предлага нещо специално. Той се възползва от ниската топлина на лазерите около 140 джоула на милиметър, като същевременно се възползва от способността на дъговото заваряване да преодолява празнини. Тази комбинация помага да се преодолее сложният проблем с разликите в топлинното разширяване между мед и стомана, които могат да бъдат около 0,3 мм на мм. Тестванията на полето в няколко електроцентрали показват, че използването на този метод намалява необходимостта от допълнителни машини след заваряване с около 60%. Това, което прави тази техника особено впечатляваща, е колко бързо превключва между енергийните източници - само 0,1 секунди според изследване, публикувано в Scientific Reports миналата година. Този бърз преход позволява на инженерите да заваряват тръбите за охлаждаща течност в ядрените реактори непрекъснато, въпреки че тези компоненти са изправени пред хиляди топлинни цикли през целия си експлоатационен живот.

Дългосрочна ефективност на разходите и мащабируемост в интелигентното производство

Балансиране на първоначалните инвестиции с възвръщаемостта на инвестициите от автоматизацията и по-ниските разходи за труд

Лазерните заваряващи машини определено струват повече в началото в сравнение със старите, но компаниите спестяват пари с течение на времето благодарение на автоматизацията и по-ниските разходи за труд. Тези автоматизирани системи намаляват практическата работа и увеличават количеството, което се произвежда всеки ден, така че фабриките могат да преместят работниците си на работни места, които всъщност са по-важни за растежа на бизнеса. Някои изследвания за актуализиране на фабричните настройки показват, че когато производителите приемат интелигентни технологии, техният работен поток става по-гладък и разходите за експлоатация намаляват, без да се жертва качеството на продукта. Повечето предприятия виждат, че инвестициите им се изплащат в рамките на две до три години, защото харчат по-малко за персонал и изхвърлят по-малко материали. Това има смисъл особено за местата, където се произвеждат продукти в големи количества, където всяка малка спестяване се натрупва бързо.

Подобряване на безопасността на работното място чрез намаляване на димовете, радиацията и ръчната намеса

Лазерното заваряване прави фабричните подове много по-безопасни за работниците, тъй като произвежда около 70 процента по-малко дим и намалява радиационните опасности в сравнение с традиционните техники за арково заваряване. Съвременните лазерни системи са проектирани с корпуси, които държат всичко в себе си по време на процеса на заваряване, така че операторите вече не дишат всички тези вредни частици или не гледат директно към заслепяващи светлини. Освен това, автоматизираните функции означават по-малко пряк контакт с горещи материали и електроди, което намалява риска от изгаряния, проблеми с ръцете и китката от постоянно повтаряне, както и риска от удар с ток. Заводите, които приемат тази технология, отчитат по-добри резултати в безопасността като цяло, плюс спестявания на пари за разходи, свързани с инциденти, глоби за неспазване на правилата и застрахователни плащания за пострадали служители.

Интегриране на лазерни заваръчни машини в индустрия 4.0 и автоматизирани производствени линии

Технологията за лазерно заваряване играе ключова роля за въвеждането на Индустрия 4.0 в живота на фабричните етажи, особено когато се комбинира с интелигентни производствени системи на IoT. Съвременните лазерни заварявачи изпращат данни директно към централните контролни панели, които помагат на фабриките да предсказват неизправностите на оборудването, преди да се случат, да наблюдават качеството на продукта и да позволяват на операторите да променят процесите, когато е необходимо. Заводите съобщават за около 30-40% намаление на неочакваните спирания благодарение на тази връзка, плюс това те могат да увеличат продукцията си просто чрез добавяне на повече модулни автоматични единици, където е необходимо. Това, което прави лазерното заваряване изключително е това, че работи добре с роботизирани ръце и конвейерни системи, създавайки производствени настройки, които могат бързо да бъдат коригирани при превключване между различни продукти или производствени серии. Тази гъвкавост спестява време и пари при смяна на продукти.

ЧЗВ

Какво е лазерното заваряване и как работи?

Лазерното заваряване е процес, при който се използва лазерен лъч, за да се смесват материали. Лазерът осигурява концентриран източник на топлина, който топва материала в малка и точна област, което позволява високоточни заварки.

Кои индустрии се възползват от лазерната технология за заваряване?

Промишленията като автомобилната, космическата и медицинската техника се възползват значително от лазерното заваряване поради неговата прецизност и консистентност, които са от решаващо значение за компонентите с висока толерантност.

Какво е зоната, засегната от топлината (HAZ) при заваряване?

Топлинната зона е площта на материала, която се променя при заваряването. Лазерното заваряване произвежда по-малък HAZ в сравнение с конвенционалните методи за заваряване, като свежда до минимум изкривяването.

Как лазерното заваряване подобрява производителността?

Лазерното заваряване увеличава производителността, като позволява по-бързи скорости на заваряване и намалява необходимостта от обработка след заваряване, което води до по-висока производителност и по-малко време на престой.

Може ли лазерните заваръчни машини да бъдат интегрирани в автоматизирани производствени линии?

Да, лазерните заваръчни машини са силно съвместими с автоматизирани производствени линии и системи на Индустрия 4.0, което улеснява управлението на производствените процеси и управлението на данните.