Время ручной лазерной сварки настало?

Как ручные сварочные аппараты стали более привлекательными для производителей

В течение многих лет производители в отрасли металлообработки использовали традиционные методы сварки, такие как MIG/MAG или TIG. Но эти традиционные методы создали некоторые ограничения. Аргонодуговая сварка TIG, например, представляет собой трудоемкий метод сварки двумя руками, для которого требуется опытный высококвалифицированный оператор. Этот процесс генерирует сильное тепловложение, которое деформирует тонкие материалы, затрудняет сварку меди и ограничено при сварке металлов различной толщины.

Между тем, для сварки MIG/MAG требуется присадочная расходуемая проволока, предварительная очистка материала и фаска на стыках для сварки с полным проплавлением на толстых материалах. Углы перемещения горелки ограничены, а вертикальное положение сварки и вовсе может быть затруднительным.

Поскольку отрасль постоянно меняется, производители ищут новые способы оставаться конкурентоспособными. Они пришли к выводу, что для этого требуется снижение затрат, повышение эффективности и воспроизводимое качество деталей. Есть и новая задача: дать возможность новым сварщикам работать продуктивно и своевременно, не жертвуя при этом качеством. Также, существует прогноз, что с каждым годом потребность в сварщиках будет нарастать все больше и больше.

Вот почему все больше производителей переходят на новые методы сварки, такие как ручная лазерная сварка, которая может увеличить скорость сварки в четыре раза по сравнению со сваркой MIG/MAG и TIG, а также позволяет повысить производительность и точность.

Каковы преимущества лазерной сварки?

В течение многих лет лазеры рассматривались скорее, как научные инструменты, чем как промышленные инструменты, в основном из-за традиционного использования оптических элементов и зеркал, требующих тщательного выравнивания и умения обращения с ними.

Волоконные лазеры, впервые представленные в 1990-х годах компанией IPG Photonics, были представлены на рынке для промышленного применения. Эти лазерные источники являются полностью твердотельными. Простота волоконного лазера объясняет его эффективность, компактность, надежность и низкую стоимость, которые обеспечивают его успех в промышленных применениях. По сравнению с устаревшими лазерными системами волоконная технология обеспечивает более высокую выходную мощность и качественный луч при меньших затратах и минимальном техническом обслуживании.

Совершенствование лазерной технологии сделало лазерную сварку все более популярной технологией в отраслях, где важны высокая прочность сварного шва и стабильное качество сварки. Качество и яркость луча волоконного лазера точно регулируют тепловложение, что позволяет сваривать тонкие металлы. Лазеры не ограничиваются только сталями; они также могут сваривать алюминий и медь. Даже биметаллическая сварка является практической реальностью.

Волоконно-оптическая технология упрощает технологию доставки луча, открывая еще больше возможностей для усовершенствования процессов. Современная технология подачи луча, такая как сварка с колебанием, при которой луч колеблется вперед и назад, позволяет стабилизировать ванну расплава, расширить диапазон параметров сварки и свести к минимуму плохую или переменную подгонку деталей (в определенных пределах). Во многих случаях это устраняет необходимость в последующем шлифовании, что также снижает трудозатраты.

Лазерная сварка также может быть автоматизирована для повышения производительности и рентабельности производства. Ее высокая точность позволяет соединять мелкие детали с низким тепловложением и минимальным короблением. 

В самом начале стоимость процесса ограничивала его потенциал и была барьером для входа в производственные процессы. В промышленных применениях лазеры были дорогими, требовали периодического ремонта и использовались только на дорогостоящих деталях, обычно интегрированных с роботами или специальную автоматическую лазерную рабочую станцию.

Эти «ранние» лазеры потребляли значительно больше энергии, чем современные волоконные лазеры, которые теперь обеспечивают до 50% эффективности настенной розетки. Это обеспечивает экономию средств в конечном итоге. Эта эффективность также может устранить необходимость в чиллерах, что делает лазерную технологию более портативной, чем когда-либо прежде. Наконец, по сравнению с традиционной ручной сваркой MIG/MAG и TIG, лазерная сварка, как правило, выполняется быстрее, повышает производительность и увеличивает прибыль.

Постоянно снижая стоимость лазерного оптоволоконного источника, улучшая качество луча и предлагая уникальные варианты его доставки, производители лазеров теперь могут предлагать системы с более выгодным предложением, делая их более доступными и больше не предназначенными только для применения при изготовлении деталей премиум-класса.

Как работает ручная лазерная сварка?

Экономичные лазерные источники в сочетании с гибкостью доставки волоконного лазера открывают беспрецедентный доступ к ручной лазерной сварке.

Но как это работает? Проще говоря, благодаря мощности лазера плавится металл, устраняя необходимость зажигать дугу, функция осцилляции исчезает необходимость совершать колебательные движение горелкой для проплавления кромок, и во многих случаях подача проволоки полностью исключена.

Высокая удельная мощность приводит к меньшему размеру и лучшему контролю за сварочной ванной. Благодаря точному контролю параметров лазера эффекты теплового искажения уменьшаются, что делает процесс доступным для неквалифицированных операторов и позволяет организациям повышать квалификацию своих опытных сотрудников до более важных ролей.

Надежность оборудования когда-то была проблемой ручной лазерной сварки. Структурным блоком волоконного лазера является диод с одним излучателем, срок службы которого на порядок больше, чем срок службы диодной матрицы или альтернативных стержней. Насосы герметичны в соответствии со стандартами телекоммуникаций и не боятся влажности, пыли, вибрации и самых агрессивных промышленных сред.

Благодаря промышленной надежности ручной лазерной сварки волоконные лазеры могут использоваться в дополнение к базовой автоматизации производства, что еще больше повышает эффективность производства. Благодаря относительно недавнему взрыву технологии коллаборативных роботов (коботов) базовые уровни автоматизации производства стали доступны на многих производственных площадках. Коботы по своей природе синергичны с технологией ручной лазерной сварки, потому что они экономичны и просты в использовании и развертывании. Гибкость робота в сочетании с возможностями технологии ручной лазерной сварки делают его пригодным для небольших объемов производства с большим ассортиментом продукции. Если продукцию можно сварить вручную, то, скорее всего, ее можно сварить и с помощью кобота. Это может еще больше повысить производительность лазерной сварки, позволяя вам предварительно загружать заготовки в приспособление, пока кобот выполняет сварку на другом приспособлении.

Нужно ли быть экспертом по лазерам, чтобы управлять ручным лазером?

Ответ – Нет! Ручные системы лазерной сварки обычно имеют предварительные настройки для распространенных типов и толщин материалов. Простые элементы управления позволяют выбрать правильную предустановку, выбрав тип и толщину материала из таблицы и установив параметры в соответствии с указанными настройками. В случае интеграции с коботом, кобот можно настроить на автоматический выбор правильных настроек для текущего проекта.

Сварные швы выглядят великолепно, но прочны ли они?

Ручная лазерная сварка обеспечивает превосходную эстетику, но выглядит ли это слишком хорошо, чтобы быть правдой? Чтобы ответить на этот вопрос, компания по производству лазерных источников IPG подготовила несколько образцов и отправила их в Sturbridge Metallurgical Services Inc. (SMS) для независимой оценки.



Были изготовлены стыковые соединения из металлических листов 1 мм, 2 мм и 3 мм, а срезы были подготовлены с использованием стандартной методики ASTM и проверены при 50-кратном увеличении. Всего было проверено 26 поперечных сечений. Во всех случаях не отмечено растрескивания, непровара, пористости, включений и других дефектов. Сварные профили прошли все испытания, непроваров не отмечено. Было установлено, что все образцы сварных швов соответствуют стандартам AWS D17.1:2017 Class A.

Что еще можно сделать при помощи ручного лазера?

В зависимости от системы, ручная лазерная сварка доступна в конфигурациях, позволяющих выполнять швы с полным проплавлением до 6 мм. Кроме того, некоторые конфигурации системы можно также использовать для очистки деталей. Это может быть полезно при подготовке детали к удалению любых остатков масла или шлака с заготовки. 

Возможности ручного лазера для очистки также можно использовать для предотвращения коррозии и пассивации материала после сварки. IPG подготовила несколько сварных швов в соответствии со стандартом ASTM B117-19 «Стандартная практика работы с соляным туманом» и отправила их в SMS. Параллельное сравнение сварного шва, пассивированного лазером, и непассивированного сварного шва показало успех лазерной пассивации.

Каковы правила безопасности?

Несмотря на то, что ручной лазер прост в использовании и имеет встроенные функции безопасности, важно помнить, что это мощное промышленное оборудование. При использовании ручного лазера помните, что лучи могут быть опасны для тела и глаз. Луч лазерной сварки невидим, поэтому нельзя полагаться на визуальные сигналы, чтобы гарантировать безопасность.

Хотя эти системы являются лазерами IV класса, в них встроены функции безопасности, чтобы защитить оператора при использовании. При разработке программы лазерной безопасности хорошей отправной точкой является обзор ANSI Z136.1 (2014 г.) «Безопасное использование лазеров». В дополнение к лазерной безопасности вам необходимо выполнить традиционные требования безопасности при сварке.

Вот несколько общих правил, которым нужно следовать:

1. Выполняйте все задачи по лазерной сварке в контролируемой лазером зоне (LCA) — светонепроницаемом помещении с электрическими блокировками, отключающими лазерный луч при открытии двери.
2. Носите негорючую одежду, одежду с длинными рукавами и сварочную одежду. Все присутствующие в зоне LCA должны использовать средства индивидуальной защиты, в том числе очки для защиты от лазерного излучения, рассчитанные на тип лазера, и традиционную сварочную маску.
3. Соблюдайте меры безопасности при эксплуатации, принимая во внимание, что лазерный свет может отражаться.
4. Никогда не работайте на ручном лазерном сварочном аппарате, не ознакомившись полностью с требованиями безопасности и процедурами, задокументированными в руководстве производителя оборудования.

Подходит ли вам ручная лазерная сварка?

Быть в производственном бизнесе означает находить новые способы оставаться конкурентоспособными и совершенствовать процессы. Сварка может отнимать много времени и энергии; без нужного оборудования оно может стать доступным только высококвалифицированным мастерам.

Ручная лазерная сварка обеспечивает быструю сварку; проста в освоении и эксплуатации и обеспечивает высококачественные, стабильные результаты для широкого диапазона материалов и толщин с минимальными искажениями, деформациями, подрезами или прожогами. Этот процесс обеспечивает полное проплавление и сводит к минимуму дефекты сварки, такие как трещины или непровар.

Если вы хотите сократить свои расходы, улучшить качество и упростить процесс сварки, ручная лазерная сварка обеспечит вам лучший путь как к успеху, так и к повышению прибыльности, и в то же время позволит человеку, не имеющему профессионального опыта сварки, сваривать, как профессионал.