Актуальность данной проблематики обусловлена постоянным ростом темпа развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь.
Целью работы является изучение лазерных технологий, что предусматривает решение следующих конкретных задач:
- познакомиться с принципом работы различных типов лазеров;
- узнать способы повышения мощности лазерного излучения;
- рассмотреть варианты применения лазеров.
Конструкции сложной формы, как правило, получают в результате объединения друг с другом отдельных элементов (детали, сборочные узлы) с помощью разъемных или неразъемных соединений. Сварной конструкцией называют металлическую конструкцию, изготовленную сваркой отдельных деталей. Часть такой конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы, называют сварным узлом.
Сварка – это технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Неразъёмное монолитное соединение, образуемое при сварке, называется сварным соединением.
Конечная цель сварочного производства – выпуск экономичных сварных конструкций, отвечающих по своим конструктивным формам, механическим и физическим свойствам тому эксплуатационному назначению и условиям работы, для которых они создаются. Качество сварных соединений, надежность конструкции и затраты на изготовление в значительной степени определяются технологическим процессом.
Сваркой можно соединять практически все используемые для изготовления конструкций металлы и их сплавы, возможна сварка разнородных металлов и сплавов, а также пластмасс, стекла и разнородных материалов друг с другом (стекла и металла, керамики и стекла и пр.). Сварка является одним из ведущих технологических процессов соединения материалов.
Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки. Из всего многообразия способов сварки наиболее прогрессивным и рациональным для соединения разнородных металлов является – способ лазерной сварки.
Применение лазерной сварки основано на использовании таких преимуществ процесса, как локальность воздействия, малая зона термического влияния, высокая стабильность режимов сварки, 100% контроль сварных швов, не требуется создания особо сложной и дорогостоящей оснастки, процесс сварки не приводит к деформациям в узле, обеспечивает получение прочного качественного сварного соединения.
Для лазерной сварки применяются различные лазерные установки и комплексы.
Наибольшее распространение в России получили российские установки типа «Квант».
В 1985 году на ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор» была отработана и внедрена технология лазерной сварки узлов, изготавливаемых из сплава циркония и сплава титана.
До 2007 года лазерная сварка узлов велась на установке «КВАНТ – 16».
Установка «Квант – 16» предназначена для точечной импульсной сварки металлов при глубине проплавления до 0,7 мм. Основные технические характеристики установки «Квант – 16» приведены в приложении 1.
Установки, как и любое оборудование, подвержены физическому и моральному износу. Рано или поздно на любом предприятии появляется задача технического перевооружения производства.
Замена старого оборудования на новое на предприятии – весьма частый и актуальный вопрос. Так же весьма немаловажным фактором является и рост затрат на обслуживание, содержание, ремонт износившихся установок. Отдельный аспект – это качество продукции, которое при критическом износе оборудования уже не может соответствовать предъявленным к ней требованиям и стандартам.
Необходимость модернизации производства и обновление производственно – технической базы становится очевидна. Грамотным и рационным выходом из подобной ситуации может стать замена старого оборудования на новое.
В 2007 г. внедрено современное автоматизированное лазерное сварочное оборудования с программным управлением – установка LRS – 150AUS.
Комбинированная лазерная технологическая установка LRS – 150AUS предназначена для проведения шовной и точечной лазерной сварка деталей из нержавеющей стали и титановых сплавов по образующей и по сложной траектории с программным управлением, ручная прецизионная сварка изделий из металла при глубине проплавления до 1,2 мм.
Основной задачей данного проекта является разработка технологического процесса изготовления корпуса фильтра на новой лазерной установке с целью повышения эффективности его производства и внедрение данной установки на предприятии.
1. Сущность лазерной сварки
Лазерная сварка относится к термическому классу процессов сварки, для которых получение неразъемного соединения достигается местным расплавлением материалов, с последующей кристаллизацией расплава. При затвердевании расплава между атомами материалов устанавливаются прочные химические связи, соответствующие природе соединяемых материалов и типу их кристаллической решетки.
Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру, достаточную для плавления кромок металла. На этом основана сварка световым лучом – лазером.
Лазер – это устройство, преобразующее световую энергию в энергию узконаправленного потока излучения (принцип вынужденного (индуцированного) излучения).
Процесс лазерной сварки – это процесс расплавления кромок металла специальным лучом, который получается от источника света, в котором возбужденные атомы излучают фотоны – точные копии своих прототипов, не поглощая их. Разница энергии между уровнями этих атомов усиливает свет. Это явление называется индуцированное излучение.
Полученный узконаправленный поток преобразованного света отличается постоянной длинной волны и заданным колебанием векторов (поляризацией). Именно им возможно плавить кромки металлов. Лазерное излучение может подаваться в зону сварки импульсно, когда сила энергии достигает пика, или же постоянно, но с меньшей силой воздействия.
Для концентрации и направления луча используется специальная оптика, состоящая из прозрачных и полупрозрачных зеркал. В сварочных установках наиболее распространена оптическая система, состоящая:из двух зеркал (полупрозрачное и прозрачное), из двух сферических линз, поворотного зеркала и фокусирующего объектива.
Сферические линзы служат для уменьшения и изменения расходимости лазерного пучка, что достигается путем регулировки положения линз. Объектив служит для фокусировки лазерного пучка в зону сварки.
Сварка может происходить за счет расплавления кромок материала, либо с добавлением присадочной проволоки. В гибридных версиях сварки присадочный материал может создавать еще и электрическую дугу, плавящую кончик проволоки, которую сфокусированный пучок энергии лазера укладывает в шов. Защищает сварочную ванну инертный газ, которым в этом случае выступает аргон или гелий, или смесь аргона с гелием.
2. Применение лазерной сварки
Наиболее распространена лазерная сварка импульсным излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей.
Сварка металлов лазером активно используется для соединения легированных сталей, особенно алюминия, титана и нержавеющих сталей. Сфокусированный пучок преображенного света способен расплавлять металл толщиной от 0,1 до 10 мм. Это позволяет сваривать как стандартные пластины, так и тоненькие элементы. Благодаря этому лазерные установки нашли широкое применение в электротехнике.
Способность создавать тонкие, и аккуратные швы, отразилась на использовании лазера в ремонте ювелирных украшений и оправ очков. Для этого используют настольные установки, где обозначена точка воздействия луча. Мастер подносит изделие под эту точку и включает подачу энергии. Происходит точечная сварка.
В промышленности лазер применяется при сварке элементов автомобилей или коррозионностойких труб. Для этого выпускаю специальные крупные установки, располагаемые на кронштейнах.
Если требуется создать непрерывный круглый шов, то используются дополнительные автоматические приспособления (вращатели), вращающие изделие во время сварки.
Большинство таких аппаратов предназначено для выполнения прямолинейных швов. При сварке криволинейных швов и швов по произвольной траектории, применяются специальные шаблоны, форма которых соответствует траектории сварки. Головка аппарата или координатный стол, на котором крепится изделие, точно повторяет заданную траекторию сварки и полностью автоматизирует процесс.