7 prednosti uporabe laserskega varilnega stroja pri izdelavi kovin

Izjemna natančnost in natančnost th Laser welding machine

Kako visoka gostoto energije in fokus snopov omogočajo varjenje na mikronovni ravni

Laserska varilna oprema doseže mikron raven, zahvaljujoč temu, kako so osredotočeni na energijo in nadzor, kje se žarek dotakne. Ti stroji dejansko osredotočajo lasersko svetlobo na točke, manjše od 0,1 mm, kar pomeni, da zagotavljajo super intenzivno toploto točno tam, kjer je potrebno. Kakšen je bil rezultat? Varke, ki so točno tam, kjer bi morale biti, običajno v 5 mikronih od tarče. Za razliko od tradicionalnega loknega varjenja, ki pogosto zaradi neenakomernega segrevanja izkrivlja materiale, laserski sistemi omogočajo, da operaterji za vsako točko vpijejo ravno pravo količino toplote. Ker ni fizičnega stika, lahko ti sistemi ohranjajo ustrezno globino prodora tudi pri delu na zapletenih oblikah. Končni izdelek ima tudi veliko čistejše šivke, zato tovarne po varjenju porabijo manj časa za čiščenje.

Uporaba v industriji z visokim tolerancem: avtomobilska, letalska in medicinska naprava

Lasersko varjenje prinaša neverjetno raven natančnosti, brez katere mnoge industrije ne morejo živeti, ko proizvajajo dele, ki morajo vedno delovati pravilno. Avtomobilski proizvajalci uporabljajo to tehnologijo povsod, še posebej za male vbrizgače goriva, ki morajo prenesti pritiske nad 200 barov, ne da bi se iz njih iztekla ena kaplja. V zraku se letalski inženirji pri popravljanju lopat turbine obrnejo na lasere, ker je tudi najmanjša odstopanja od popolnih varilnih vezij pomembna. Tukaj govorimo o ohranjanju stvari v tolerance velikosti lasja 0,05 mm. Za proizvajalce medicinske opreme je lasersko varjenje dobesedno reševalno. Potrebujejo ta škatla za srčni stimulator, popolnoma tesno zapečatena proti telesnim tekočinam, in kirurške instrumente, ki so združeni, brez tveganja, da se delci med operacijami sprostijo v nekoga. Kar pa se res izkaže je, kako zanesljiva je ta metoda, ki ostane serija za serijo, zato vam večina proizvajalcev pove, da izpolnitev zahtev ISO 13485 in AS9100 ni le lepo, če imate danes stolne stave.

Strategija: vključevanje laserskega varjenja za kritične komponente, ki zahtevajo stroge tolerance

Da bi lasersko varjenje bilo primerno za natančne naloge, je potrebno najti pravo točko z vsemi parametri. Večina ljudi začne s tem, da najprej naredi nekaj testov na vzorčnih sklepih, kar pomaga ugotoviti, kaj najbolje deluje za trajanje energije, običajno nekje med 1 in 20 milisekundami impulza in kje točno osredotočiti svetlobni žarek. Med dejansko proizvodnjo je pomembno imeti tudi sisteme za videnje, ki lahko sledijo šivom v realnem času. Ti sistemi potrebujejo vsaj 10 mikrometrov ločljivosti, da bi zajeli vse težave, ko se zgodijo. Pri delu s težavnimi bakrnimi in aluminijastimi spoji, ki se pogosto pojavljajo v baterijskih paketah električnih vozil, so potrebni posebni vzorci nihanja žarka, da bi upravljali nastajanje medmetalnih spojin. Ne pozabimo na avtomatizirano vgradnjo, opremljeno z mehanizmi za povratno silo. Ta vrsta nastavitve ohranja delce dosledno poravnane skozi proizvodne run, ki ostanejo v tem tesnem razponu tolerance manj kot 25 mikrometrov razlik od začetka do konca.

Minimizirano območje, prizadeto s toploto, in zmanjšano izkrivljanje

Zakaj lasersko varjenje povzroča manj HAZ v primerjavi z metodami MIG/TIG

Področje, na katerega vpliva toplota pri uporabi laserskega varjenja, je veliko manjše v primerjavi s tehnikami MIG ali TIG, ker laseri svojo energijo tako tesno koncentrirajo z žarki, merjenimi v mikronih. Tradicionalno lokno varjenje razprši toploto na večjo površino, kar lahko naredi HAZ približno trikrat večji. Laserska oprema se osredotoča na toploto točno tam, kjer je potrebna, tako da se zmanjšajo neželeni učinki v bližini. Raziskave kažejo, da ta osredotočen pristop zmanjšuje velikost HAZ-ov za 60 do 90 odstotkov na podlagi toplotnih slik, posnanih med testi. To pomeni, da materiali bolje ohranijo svoje prvotne lastnosti, in te nadležne spremembe zrn, ki se zgodijo pri rednem varjenju, se ne pojavljajo tako pogosto.

Preprečevanje izkrivljanja v tankih kovinah in občutljivih sestavah

Lasersko varjenje ustvarja veliko manjše toplotno prizadeto območje v primerjavi s tradicionalnimi metodami, kar pomaga preprečiti težave z upogibanjem v zelo tankih kovinah debeline do 1 mm. To je zelo pomembno za občutljive elektronske dele ali medicinske vsadke, kjer lahko celo majhne izkrivljenosti povzročijo težave. Način, kako laserski usmerjajo svojo energijo na tako majhna območja v bistvu ustavi te nadležne toplotne širitve, ki se zgodijo z varjenjem MIG ali TIG. Nekatere letalske družbe so dejansko dobile približno 75-odstotno zmanjšanje pri popravljanju izkrivljenih titanovih delov, potem ko so se prešle na lasersko tehnologijo. To je smiselno, ker nadzorovano segrevanje ohranja vse dimenzijsko stabilno, hkrati pa ustvarja močne sklepe, ki se dobro držijo skozi čas.

Uporabljajte pulsne valovne oblike za toplotno občutljive aplikacije, ki omogočajo medpulzno hlajenje. Izvajanje oscilacije žarka za enakomerno porazdelitev energije in vedno opravljanje poskusnih varil z spremljanjem termoparja za potrjevanje toplotnih profilov pred polno proizvodnjo.

Hitrejša hitrost varjenja in večji proizvodni izhod

Laserski varilni stroji zagotavljajo neprimerljivo hitrost proizvodnje v primerjavi s tradicionalnimi metodami, kar spremeni učinkovitost proizvodnje. S koncentracijo visokoenergijskih žarkov, ki takoj stopijo in združijo materiale, ti sistemi odpravljajo počasnejše cikle segrevanja v obločnih procesih. Ta temeljna prednost omogoča proizvajalcem, da dosežejo pretok, ki je bil prej nezmožen s konvencionalno varilno opremo.

Lasersko proti tradicionalnemu varjenju: hitrostne prednosti pri proizvodnji velikih količin

Na sodobnih avtomobilskih in letalskih montažnih linijah lahko lasersko varjenje deluje približno štirikrat ali petkrat hitreje od teh starih MIG/TIG tehnik, glede na to, kar vidimo iz poročil industrije, ki bodo izšli leta 2025. Ta metoda je privlačna zato, ker med delovanjem ne potrebuje zamenjave elektrod ali prilagajanja polnilnih materialov, kar pomeni, da lahko stroje delujejo neprekinjeno. Za proizvajalce, ki se ukvarjajo z ogromnimi obsegovi proizvodnje, zlasti pri izdelavi baterijskih pladnikov za električna vozila, je razlika noč in dan. Ena laserska naprava lahko zavari na stotine šivov v eni uri, medtem ko bi tradicionalne trgovine potrebovale več različnih postaj, da bi dosegli podobne izhodne ravni.

Izkoriščanje impulznih in neprekinjenih valov za učinkovitost procesa

Operaterji povečajo pretok z izbiro optimalnih načinov dobave energije:

• Pulzni način zagotavlja nadzorovane, občasne izbruhe energije za občutljive sklepe v elektroniki
• Stalni valovni način zagotavlja neprekinjeno napajanje za vgradnjo v konstrukcijske komponente
  Sodobni laserski vlakni (do 10 kW moči) omogočajo v realnem času preklop med načini, s čimer se čas za prehod na postopek zmanjša za 30%, obenem pa se ohranja celovitost varjenja v različnih debelinah materiala.

Primerna študija: 40% povečanje proizvodnje na industrijski proizvodni liniji

Proizvajalec ladjedelnice je za zamenjavo podmornega loknega varjenja uporabil tehnologijo dinamičnega laserskega žarka. Z optimizacijo žarišč in parametrov moči so dosegli:

Večja vsestranskost pri varjenju različnih in naprednih kovin

Povezovanje zahtevnih kombinacij materialov: nerjavečega jekla z aluminijem

Tehnologija laserskega varjenja je prelomila stare meje, ko gre za združevanje kovin, ki se prej niso dobro igrale. Nedavna raziskava, objavljena v časopisu Frontiers in Physics, kaže, da lahko laserski vlakni danes varjajo nerjaveče jeklo z aluminijem z približno 95% učinkovitostjo. To je zelo impresivno, če upoštevamo, da se je ta kovinski kombinator ves čas razpade s običajnimi metodami levnega varjenja. Skrivnost je v tem, da lahko prilagajamo laserske valovne dolžine posebej za vsako vrsto materiala. Aluminij potrebuje valovno dolžino približno 1 mikrometra, ker tako močno odbija svetlobo, medtem ko jeklo deluje bolje z daljšo nastavitvijo 10,6 mikrometra. Poleg tega nam usmerjena dobava energije preprečuje nastanek teh motečih medmetalnih spojin v sklepu. Graditelji ladij že izkoristijo ta napredek, da izdelajo trup, ki bolje odporuje koroziji in tehta skoraj 18% manj, kot bi ga lahko izdelali s konvencionalnimi tehnikami.

Prilagoditev valovne dolžine in moči za optimalno združljivost materiala

Prebremenitev neskladnosti toplotne širitve s hibridnimi tehnikami laserskega loka

Ko gre za združevanje različnih kovin, ima hibridno lasersko-obločno varjenje nekaj posebnega. Izkoristi nizke hitrosti laserskih naprav, ki znašajo okoli 140 džeulov na milimeter, hkrati pa še vedno koristi od sposobnosti lokalne varjenja za premostitev vrzeli. Ta kombinacija pomaga premagati zapleteno vprašanje razlik v toplotni širitvi med bakrom in jeklom, ki so lahko približno 0,3 mm na mm. Terenski testi na več elektrarnah so pokazali, da uporaba te metode po varjenju zmanjša potrebo po dodatnem strojnem delu za približno 60%. Ta tehnika je še posebej impresivna zaradi hitrosti, s katero se lahko preklopi med različnimi viri energije - le 0,1 sekunde, je pokazala raziskava, objavljena lani v reviji Scientific Reports. Zaradi tega hitrega prehoda lahko inženirji neprekinjeno varjajo cevi za hladilno tekočino v jedrskih reaktorjih, čeprav se ti sestavni deli skozi njihovo življenjsko dobo soočajo s tisoči toplotnimi cikli.

Dolgoročna stroškovna učinkovitost in razširljivost v pametni proizvodnji

Izravnava začetnih naložb z donosom naložb iz avtomatizacije in nižjih stroškov dela

Laserski varilni stroji so v primerjavi s starejšo opremo na začetku zagotovo dražji, vendar podjetja sčasoma prihranijo denar zaradi avtomatizacije in nižjih stroškov dela. Ti avtomatizirani sistemi zmanjšujejo delo in povečujejo količino, ki se proizvede vsak dan, zato lahko tovarne svoje delavce premestijo na delovna mesta, ki so dejansko pomembnejša za rast podjetja. Nekatere raziskave o posodobitvi tovarniških nastavitev kažejo, da ko proizvajalci sprejmejo pametno tehnologijo, njihov potek dela postane bolj gladek in stroški obratovanja padejo, ne da bi žrtvovali kakovost izdelka. Večina podjetij vidi, da se njihova naložba vrne v dveh do treh letih, ker porabijo manj za osebje in manj odpadkov. To je smiselno še posebej za kraje, ki proizvajajo izdelke v velikih količinah, kjer se vsak majhen prihranek hitro poveča.

Izboljšanje varnosti na delovnem mestu z zmanjšanjem dimov, sevanja in ročnega posredovanja

Naprave za lasersko varjenje naredijo tovarniška tla veliko varnejša za delavce, saj proizvajajo približno 70 odstotkov manj dima in zmanjšujejo nevarnosti izžarevanja v primerjavi s tradicionalnimi tehnikami lokalnega varjenja. Sodobni laserski sistemi so zasnovani z ohišji, ki vse ohranjajo med postopkom varjenja, tako da operaterji ne dihajo več vseh škodljivih delcev ali gledajo neposredno v zaslepljujoče luči. Poleg tega avtomatizirane funkcije pomenijo manj neposrednega stika s vroči materiali in elektrodi, kar zmanjšuje nevarnost opeklin, težav z rokami in zapestji zaradi nenehnega ponavljanja in tudi tveganja za zastoj. Tovarne, ki uporabljajo to tehnologijo, poročajo o boljši varnosti, ter o prihrankih denarja pri stroških, povezanih z nesrečami, kazni za nespoštovanje predpisov in zavarovalnih izplačilih za poškodovane uslužbence.

Integracija strojov za lasiranje z laserjem v industrijo 4.0 in avtomatizirane proizvodne linije

Tehnologija laserskega varjenja igra ključno vlogo pri oživljanju industrije 4.0 na tovarniških tleh, zlasti če je združena z pametnimi proizvodnimi sistemi IoT. Sodobni laserski varilniki pošljejo podatke neposredno na centralne nadzorne plošče, ki tovarni pomagajo napovedati okvare opreme, preden se zgodijo, spremljajo kakovost izdelkov in omogočajo operaterjem, da po potrebi prilagajajo procese. Zaradi te povezave tovarne poročajo o 30- do 40-odstotnem zmanjšanju nepričakovanih izklopov, poleg tega pa lahko povečajo proizvodnjo preprosto z dodajanjem več modulnih avtomatizacijskih enot, kjer je to potrebno. Izjemen vzorec laserskega varjenja je, kako dobro deluje z robotizirano roko in transportnimi sistemi, kar omogoča hitro prilagoditev pri prehodu med različnimi izdelki ali proizvodnimi redovi. Ta prožnost prihrani denar in čas med menjavo izdelkov.

Pogosta vprašanja

Kaj je lasersko varjenje in kako deluje?

Lasersko varjenje je postopek, ki uporablja laserski žarek za združevanje materialov. Laser zagotavlja koncentrirani vir toplote, ki taljuje material na majhnem in natančnem območju, kar omogoča zelo natančno varjenje.

Katere industrije imajo koristi od tehnologije laserskega varjenja?

Industrije, kot so proizvodnja avtomobilske, letalske in medicinske opreme, se zaradi natančnosti in doslednosti, ki so ključne za komponente z visoko toleranco, bistveno koristijo od laserskega varjenja.

Kakšna je toplotno prizadeta cona (HAZ) pri varjenju?

Vročinski prizadeto območje je območje materiala, ki se spremeni v postopku varjenja. Lasersko varjenje povzroči manjšo HAZ v primerjavi s konvencionalnimi metodami varjenja, kar zmanjšuje izkrivljanje.

Kako lasersko varjenje izboljša učinkovitost proizvodnje?

Lasersko varjenje povečuje učinkovitost proizvodnje, saj omogoča hitrejše hitrosti varjenja in zmanjšuje potrebo po obdelavi po varjenju, kar vodi do večjega pretoka in manj časa zastoja.

Ali je mogoče laserske varilne stroje vključiti v avtomatizirane proizvodne linije?

Da, laserski varilni stroji so zelo združljivi z avtomatizirano proizvodno linijo in sistemom Industrije 4.0, kar olajša proizvodnjo na podlagi podatkov in učinkovito upravljanje procesov.