Лазерная сварка металлов: преимущества и недостатки, резка своими руками, какие виды аппаратов и установок бывают?

При выполнении операции соединения материалов лазерным лучом используются разные по виду лазерные агрегаты:

• газовые;
• твердотельные;
• полупроводниковые.

Непосредственно процесс базируется на том, что при направлении энергии квантов на свариваемые изделия наблюдается поглощение ими этой самой энергии, приводящее к увеличению температуры поверхности деталей за счет образования теплоты.

Лазерные установки способны концентрировать квантовую энергию на определенном участке поверхности, в результате чего сильному нагреву подвергается небольшая часть заготовки.

Лазерная сварка позволяет выполнять соединение конструкций с весьма крупными габаритами, так как для ее выполнения не требуется вакуум. Кроме того, использование луча лазера характеризуется следующими важными достоинствами:

• получение в процессе сварки по-настоящему безупречного качества соединения изделий из таких материалов, которые иными сварочными методами свариваются очень и очень плохо (популярная стыковая сварка, например, по своим качественным показателям не идет ни в какое сравнение с лазерной);
• отсутствие на обрабатываемой поверхности холодных и горячих трещин за счет того, что лазер обеспечивает большие скорости охлаждения и нагрева металла (при этом на околошовный участок оказывается несущественное тепловое влияние);
• легкая регулировка и управление лучом лазера посредством оптических зеркальных комплексов дают возможность направлять тепловое воздействие в наиболее труднодоступные области конструкции, а значит, сварка может производиться практически в любом ее месте;
• лазерный луч гарантирует стабильное образование соединительного шва, так как на его характеристики не оказывают влияния магнитные поля, как это отмечается при выполнении сварочных работ при помощи электродуги либо электронного луча.

Также стоит отметить и то, что сварка изделий с применением лазерного оборудования обеспечивает минимальный уровень деформации конструкций, уникальную прочность (технологическую) полученных соединений.

Стандартный газовый лазер, используемый в настоящее время, представляет собой достаточно простой агрегат. Выполнен он в виде трубки, в которую накачивают газ.

Данная трубка ограничивается параллельными зеркалами с обеих сторон (с одной стороны устанавливают полупрозрачное зеркало, с другой – полностью непрозрачное). В описанную конструкцию вводят электроды, между ними формируются так называемые “быстрые электроны”.

Они-то и возбуждают молекулы газа, которые создают кванты света, возвращаясь в свое обычное состояние. Лазерные установки газового типа способны функционировать непрерывно.

Добавим – лазерная технология может выполняться по двум схемам:

• сварка в среде защитных газов;
• сварка на воздухе.

Первая из указанных технологий позволяет осуществлять соединение самых разных металлов, которые ранее считались непригодными для сваривания (сварка нержавеющей стали, металлов тугоплавкой группы и т. д.).

Суть технологии заключается в эксплуатации энергии (кинетической) пучка электронов, которые перемещаются в вакууме с большими скоростями. Достоинства электронно-лучевой сварки таковы:

• Небольшой объем вводимой теплоты (по сравнению с электродуговой сваркой – меньше в 4–5 раз). Это уменьшает (и весьма значительно) степень деформации свариваемой детали.
• Концентрация ввода тепловой энергии в конструкцию на очень высоком уровне. Луч в данном случае проникает в глубину материала, а не воздействует исключительно на его поверхность. За счет этого факта электронно-лучевая методика применяется для соединения керамики, изделий из плохо поддающихся плавке металлов (например, тантала и вольфрама).
• Насыщение газами нагретого и расплавленного металла отсутствует, благодаря чему обеспечивается достойное качество сваривания молибдена, циркония, ниобия и иных химически активных сплавов и активных с точки зрения химического взаимодействия сплавов и металлов.

К недостаткам описываемой технологии относят:

• продолжительнее время, требуемое для формирования в рабочей камере сварочного агрегата вакуума;
• высокая вероятность появления на материалах с высоким показателем теплопроводности полостей и зон несплавления (они, как правило, образуются в корне шва).

При этой технологии металл нагревается посредством специального состава, называемого термитом. Его компонентами являются:

• железная окалина;
• магний либо алюминий в порошкообразной форме.

Смесь на базе магния рекомендуется для сваривания жил кабелей, телеграфных и телефонных проводов. Ее также можно применять для соединения малых по диаметру трубных изделий. А вот термит с алюминиевым компонентом чаще используется для сварки чугунных и стальных конструкций, в частности, труб, железнодорожных рельсов.

Основывается данный сварочный процесс на горении по принципу самораспространения восстановителей и смесей (экзотермических) окислов металлов. Его главные преимущества:

• высокая производительность;
• простота выполнения операции;
• оперативность процесса.

Бездуговая технология, предполагающая использование теплоты шлаковой ванны для нагрева участка плавления материала. Сама ванна получает необходимую температуру за счет подогрева электротоком. По типу используемых электродов такая технология может выполняться плавящимся мундштуком и пластинчатым либо проволочным сварочным стержнем.

По количеству электродов электрошлаковую сварку делят на:

• многоэлектродную;
• одноэлектродную;
• двухэлектродную.

• 
• Чаще всего описанный вид соединения металлов используется для сварки изделий толщиной не более 60 и не менее 1,5 миллиметров.

Технология, которая появилась совсем недавно, и была признана специалистами одним из наиболее перспективных вариантов выполнения сварочных работ. Взрывная сварка – это способ соединения металлов под влиянием энергии, высвобождающейся в результате взрыва специального соединения.

Такой сварочный процесс обычно выполняют во взрывных спецкамерах либо на подземных и открытых полигонах, которые располагаются далеко от промышленных и жилых объектов.

Подобные предосторожности важны, так как при взрыве фиксируется небезопасный разлет осколков, есть вероятность сейсмических возмущений (если заряд взрывчатого соединения достаточно велик), нередко наблюдается и ударная волна, способная разрушить какое-либо сооружение или нанести вред здоровью человека.

Взрывные сварочные мероприятия теоретически позволяют соединять все известные сейчас металлы. Но при этом необходимо учитывать то, что сваренные изделия могут сильно нагреться, что приведет к появлению интерметаллидных фаз и образованию в зоне соединения весьма активных диффузионных явлений.

Источник: https://tutmet.ru/svarka-lazernaja-termitnaja-jelektroshlakovaja-jelektronno-luchevaja.html

Что такое лазерная сварка? Преимущества и недостатки

Лазерная импульсная сварка — нечасто встречающийся, но все же заслуживающий внимания метод соединения металлов и стекла. С помощью такого метода возможна быстрая, качественная и эстетичная лазерная сварка нержавейки, лазерная сварка алюминия и даже сварка серебра.

Весь процесс проходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме, поэтому шов всегда получается прочным и долговечным, ведь вероятность человеческого фактора невелика. В этой статье мы кратко расскажем, что из себя представляет лазерная сварка, какие преимущества и недостатки есть у этой технологии.

Общая информация

Лазерная сварка металлов осуществляется с помощью специального оборудования.

Как мы писали выше, оно может быть полуавтоматическим (работать под контролем мастера) и автоматическим, вплоть до роботизированных моделей, осуществляющих работу без присутствия человека.

Суть сварки с помощью такого оборудования проста: металл нагревается и плавится за счет лазерного луча, поэтому такой метод часто называют просто «сварка лазерным лучом».

У лазерного луча есть ряд очень важных характеристик, которые как раз и позволяют сваривать детали. Например, пучок луча концентрируется строго в одной точке и не рассеивается. Благодаря такой особенности на одном небольшом участке концентрируется большой поток энергии, за счет которой и плавится металл. Этой энергии достаточно для быстрой и качественной сварки даже толстых металлов.

Одна из самых универсальных лазерных установок — это «Квант 15». Такое оборудование часто используется для сварки однородных и разнородных металлов толщиной до 3 миллиметров. Так, например, такой лазерный сварочник широко применяется в стоматологии при создании протезов. Также с его помощью возможна лазерная сварка нержавейки.

Все лазерные установки делятся на два типа: твердотельные и газовые. Также существует лазерно-дуговая сварка.

Это гибрид из лазерной и дуговой сварки, который обладает всеми преимуществами и того, и другого метода соединения металлов.

Лазерно-дуговая сварка очень технологична и редко применяется в домашних мастерских или на небольших заводах, так что остановимся подробнее на первых двух типах лазерной сварки.

Применение твердотельного лазера

Твердотельный лазер используется в связке со специальными электродами. Электроды могут быть рубиновыми, стеклянными, с примесями неодимов.

Схема стандартного твердотельного лазера изображен на картинке ниже. Мощность таких лазерных установок крайне мала и не превышает 6 кВт.

Поэтому твердотельные лазеры используют для сварки деталей малых толщин. Например, детали, которые необходимы в микроэлектронике.

Таким лазером можно сварить детали из золота, нихрома или тантала. Можно расплавить проволоку диаметром менее 1 миллиметра. Также можно точечно сварить фольгированные детали.

Применение лазера с газом

Газовые лазеры более мощные по сравнению с твердотельными, поэтому сфера их применения гораздо шире. Здесь вместо электродов используется защитный инертный газ, зачастую аргон. Схему газового лазера вы можете видеть на картинке ниже.

Единственный недостаток газовых лазеров — это их немалый размер и вес. Но он вполне оправдан, ведь за громоздким тяжелым корпусом скрывается большая мощность, достигающая 20 кВт. А это значит, что с помощью такого оборудования можно соединить даже самые толстые детали, не сбавляя скорости (средняя скорость сварки газовым лазером — 60 метров в час).

Но самые впечатляющие, конечно, газодинамические лазеры. Для их работы требуется нагреть газ до очень высоких температур. Сам лазер выдает до 100 кВт и сваривает металл со скоростью 200 метров в час. Конечно, такие установки используются только на очень крупных производствах.

С помощью газовой установки любой мощности становится возможна лазерная сварка алюминиевых сплавов, лазерная сварка кузова автомобиля, лазерная сварка нержавеющей стали и даже лазерная сварка стекла. Так что сфера применения действительно обширна.

Также есть один нюанс, который нужно учесть. Не важно, что вам предстоит: лазерная сварка алюминиевых сплавов, нержавейки или стекла, в любом случае сварочная зона нуждается в защите от кислорода.

Здесь все так же, как и при обычной ручной дуговой сварке. Сварочная зона может сильно пострадать от кислорода, шов получится некачественным.

Мы уже писали выше, что при газовой сварке лазером используется аргон, но порой этого недостаточно.

Для этих целей зачастую используют гелий, поскольку он не препятствует аргону и при этом не дает лучу рассеиваться.

Опытные мастера используют в работе равную смесь аргона и гелия, обеспечивая сразу две функции: защитную и плазмоподавляющую.

Преимущества и недостатки

Преимущества лазерной сварки можно описать одним словом — точность. Лазерные установки никогда не ошибаются, с их помощью можно направить луч в конкретную точку и вероятность ошибки будет минимальна. Даже при работе с очень мелкими деталями. При этом качество соединения всегда очень хорошее.

Мощные лазеры, использующие в работе газ, довольно глубоко проваривают деталь, оставляя узкий шов. За счет этого преимущества детали не деформируются даже при воздействии очень высоких температур, поскольку зона повышенного термического напряжения сфокусирована в одной точке.

Следующий плюс просто невозможен для большинства типов сварки. Луч лазера можно направить с довольно большого расстояния, что крайне удобно в труднодоступных местах.

К примеру, существует лазерный аппарат, способный ремонтировать подводные трубопроводы. Это становится возможным за счет использования зеркал. Луч прямой, но его всегда можно отразить в любую необходимую сторону.

Все это позволяет выполнять лазерную сварку в самых неожиданных местах.

Верх мастерства — сварка двух и более деталей одновременно, используя для этого всего одну установку. Для этого используется призма, которая расщепляет луч и направляет его сразу в несколько сторон. С помощью такого метода можно снизить себестоимость сварки и увеличить производительность.

Единственный недостаток — большая цена лазерных установок и их технологическая сложность. Не каждый сварщик оценит преимущества лазерной сварки и пожелает получить соответствующую квалификацию.

Вместо заключения

Электросварка лазером — это по-настоящему современная технология, которой стоит обучиться, если вы желаете улучшить свои профессиональные навыки. С помощью лазерного сварочника вы без труда соедините металлы больших и малых толщин, вам станет доступна быстрая и качественная лазерная сварка алюминиевых сплавов и нержавеющей стали. Желаем удачи в работе!

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/chto-takoe-lazernaya-svarka-preimushhestva-i-nedostatki.html

Возможна ли лазерная резка металла своими руками: этапы обработки и характеристики оборудования

Традиционно для резки металла в домашних условиях используют механические инструменты – пилы, диски. Они относительно доступны по стоимости и просты в эксплуатации. Но такой способ имеет ряд недостатков. Альтернатива ему – лазерная резка металла, которая возможна своими руками. С ее помощью можно делать прямые или фигурные заготовки с большой точностью.

Технология лазерной резки

Для анализа целесообразности применения лазера в качестве режущего инструмента необходимо разобраться в сути процессов, происходящих в структуре металла во время его обработки. В отличие от механического воздействия, локальный термический нагрев сопровождается другими типами изменения материала.

Этапы лазерной обработки:

1. Воздействие когерентного излучения на определенный участок заготовки.
2. Нагрев поверхности до температуры плавления.
3. Формирование первичного реза.
4. Испарение металла на заданную глубину.

В процессе этого на границе воздействия происходит изменение структуры материала. По краям формируются небольшие зоны наплыва расправленного металла, в этой области он становится более хрупким. Но так как зона этих изменений измеряется в микронах – ими, в большинстве случаев, пренебрегают.

Преимущества и недостатки резки металла лазером

Главной проблемой использования лазерных станков по резке металла в бытовых условиях является их высокая стоимость. Для обеспечения работы они комплектуются устройствами высокой мощности (СО2), обязательно наличие системы удаления паров металла и водяного охлаждения рабочего тела лазера.

• 
• Преимущества лазерной обработки металлов:

• высокая точность реза и его минимальная ширина;
• оперативность раскроя листового материала;
• нет эффекта деформации краев, свойственных для механической обработки;
• возможность создавать различные формы;
• работа в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Определяющим критерием выбора оборудования считается его стоимость и функциональность. Лазерные станки трудоемки в обслуживании, характеризуются высокой стоимостью. Цена модели со средними показателями производительности составляет около 200 тыс. рублей.

Характеристики станков

Оборудование для лазерной резки делается рамочного типа. Это означает, что максимально допустимый размер заготовки ограничен габаритами рабочего стола. Изменение положения режущей головки относительно листа металла происходит во время движения каретки. Заранее составляется программа по обработке.

1. 
2. Эти компоненты определяют основные характеристики станка:

• размер рабочего стола;
• максимальная глубина реза;
• скорость обработки – мм/с;
• точность позиционирования;
• степень автоматизации работы.

В последнем случае используется ЧПУ с возможностью внесения алгоритмов движения луча по заготовке. Они составляются с помощью специального программного обеспечения. Нужно учитывать, что номинальная мощность лазера не изменяется. Контролировать глубину реза можно только временем воздействия луча на определенный участок листа.

Можно ли сделать станок для резки металла лазером

Фактически оборудование для лазерной резки металла применяется только в комплектации больших производственных линий. В кустарном производстве большую популярность приобрели станки для гравировки. Они отличаются от вышеописанных меньшей мощностью, небольшими габаритами и относительно доступной ценой.

• 
• Сложность самостоятельного изготовления режущего оборудования подобного типа обусловлена следующими факторами:

• высокая стоимость лазерной установки;
• сложность сборки и настройки станка;
• дорогостоящее обслуживание.

В отличие от лазерного режущего оборудования гравировальный станок можно сделать своими руками. Для этого достаточно приобрести станину с подвижной кареткой, шаговые двигатели, ЧПУ и лазер. Не стоит доверяться рекомендациям некоторых источников и пытаться применить светодиодный элемент, аналогичный используемому в CD-приводах. Он не обладает необходимым показателем мощности.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что актуальная технология лазерной резки металла не позволяет применять ее в бытовом или полупрофессиональном уровне. Лучше всего остановиться на классических методах резки металла – плазменном, газовом, или пиле и диске.

1. Однако некоторые умельцы собирают установки для лазерной резки металла — смотрите видео:

Источник: https://ismith.ru/welding-equip/lazernaya-rezka-metalla-svoimi-rukami/

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.

  Как сварить полиэтиленовую пленку своими руками

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.

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.

Лазерная сварка кузова автомобиля

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.

  Что такое сварочная дуга

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.

Источник: https://svarkaprosto.ru/tehnologii/chto-takoe-lazernaya-svarka-preimushchestva-i-nedostatki

Лазерная сварка своими руками – Станки, сварка, металлообработка

• Дата: 20-05-2015
• 548
• : 43

В каждом доме найдется старая пришедшая в негодность техника. Кто-то выбрасывает ее на свалку, а некоторые умельцы стараются применить ее для каких-нибудь самодельных изобретений. Так старой лазерной указке можно найти достойное применение — есть возможность сделать лазерный резак своими руками.

Схема самодельного лазерного резака.

Чтобы изготовить из безобидной безделушки настоящий лазер необходимо приготовить следующие предметы:

• лазерную указку;
• фонарик с аккумуляторными батарейками;
• старый, можно и не рабочий пишущий CD/DVD-RW. Главное, чтобы у него был в наличии привод с рабочим лазером;
• набор отверток и паяльник. Лучше использовать фирменный резак, но за неимением может подойти и обычный.

Изготовление лазерного резака

Для начала необходимо извлечь лазерный резак из привода. Эта работа не представляет никакой сложности, но придется набраться терпения и максимум внимания. Так как там содержится большое количество проводов, структура у них одинаковая.

При выборе привода важно учитывать наличие пишущего варианта, так как именно в такой модели лазером можно делать записи. Запись производится при испарении тонко нанесенного слоя металла с самого диска.

В случае когда лазер работает на чтение, он используется вполсилы, подсвечивая диск.

Схема лазерной резки.

Для дальнейшей работы необходим красный диод, при помощи которого осуществляется прожиг. Для его извлечения будет необходим паяльник, а также нужно с аккуратностью убрать крепежи.

Важно взять на заметку, что незаменимую деталь для изготовления лазерного резака нельзя встряхивать и ронять, в связи с этим, извлекая лазерный диод, рекомендуется проявлять осторожность.

Как будет извлечен главный элемент будущей модели лазера, необходимо все тщательно взвесить и придумать, куда его поместить и как к нему подключить электропитание, так как для диода пишущего лазера необходимо намного больше тока, чем для диода от лазерной указки, и в этом случае можно использовать несколько способов.

Далее заменяется диод в указке. Для создания мощного лазера уз указки должен быть извлечен родной диод, на его место необходимо установить аналогичный из CD/DVD-RW привода. Указка разбирается с соблюдением последовательности.

Она должна быть раскручена и разделена на две части, сверху располагается деталь, которую нужно заменить. Старый диод извлекается и на его место устанавливается требуемый диод, который можно закрепить с помощью клея.

Бывают случаи, когда при удалении старого диода могут возникнуть трудности, в этой ситуации можно воспользоваться ножом и немного потрясти указку.

Схема лазерной указки.

Следующим действием будет изготовление нового корпуса. Чтобы будущий лазер можно было удобно использовать, подключить к нему питание и для придания ему внушительного вида можно применить корпус фонарика.

Перед сборкой фонарика стекло и части указки нужно извлечь, так как оно будет плохо проводить прямой ход луча лазера.

Последним этапом является подготовка к применению. Перед подключением необходимо проверить прочность закрепления лазера, правильность подключения полярности проводов и ровно ли установлен лазер.

После совершения этих нехитрых действий лазерный резак готов к использованию. Такой лазер можно использовать для прожига бумаги, полиэтилена, для розжига спичек. Область применения может быть обширна, все будет зависеть от фантазии.

Дополнительные моменты

Можно изготовить и более мощный лазер. Для его изготовления понадобится:

• привод DVD-RW, можно в нерабочем состоянии;
• конденсаторы 100 пФ и 100 мФ;
• резистор 2-5 Ом;
• три аккумуляторных батарейки;
• провода с паяльником;
• коллиматор;
• стальной светодиодный фонарик.

Схема устройства лазерного резака.

Это тот незамысловатый набор комплектуется для сборки драйвера, который при помощи платы будет выводить лазерный резак на требуемую мощность. Источник тока к диоду нельзя подключать напрямую, так как он моментально испортиться. Также важно учесть, что диод для лазера должен питаться током, но никак не напряжением.

Коллиматором является корпус оснащенный линзой, благодаря которой все лучи сходятся в один узкий пучок. Такие приспособления приобретаются в магазинах радиодеталей. Они удобны тем, что в них уже оснащено место для установки лазерного диода, а что касается стоимости, то она довольно мала всего 200-500 рублей.

Можно, конечно, применить корпус от указки, но в нем лазер будет сложно прикрепить. Такие модели изготавливаются из пластикового материала, а это приведет к нагреванию корпуса, и он не будет достаточно охлажден.

Принцип изготовления аналогичен предыдущему, так как в этом случае тоже используется лазерный диод из DVD-RW привода.

Это нужно для снятия статики с лазерного диода, он является очень чувствительным. При отсутствии браслетов, можно обойтись подручными средствами — на диод можно намотать тонкую проволоку. Далее собирается драйвер.

Практические рекомендации

Перед сборкой всего устройства проверяется работа драйвера. При этом необходимо подсоединить нерабочий или второй диод и замерить силу подаваемого тока мультиметром.

Учитывая скорость тока, его силу важно подобрать по нормам.

Для многих моделей применима сила тока в 300-350 мА, а для более скоростных можно применить и 500 мА, но для этого должен быть использован совершенно другой драйвер.

Конечно, такой лазер может собрать любой непрофессиональный техник, но все-таки для красоты и удобства подобное устройство разумней всего соорудить в более эстетичном корпусе, а какой именно использовать — можно выбрать на любой вкус.

Такое приспособление лучше всего хранить в специальном чехольчике, во избежание запыления линзы.

Важно не забывать, что устройство является в своем роде оружием, которое стоит использовать с осторожностью и нельзя его направлять на животных и людей, так как оно очень опасно и может нанести вред здоровью, самым опасным является направление в глаза. Опасно давать подобные аппараты детям.

Лазер можно оборудовать разными приспособлениями, и тогда из безобидной игрушки выйдет довольно мощный прицел для оружия, как пневматического, так и для огнестрельного оружия.

Вот незамысловатые советы по изготовлению лазерного резака. Немного усовершенствовав подобную конструкцию, можно изготовить резаки для кройки акрилового материала, фанеры и пластика, производить гравировку.

Источник: https://moyasvarka.ru/instrumenty/lazernyi-rezak-svoimi-rukami.html

Технология лазерной сварки металлов и аппараты

Среди используемых способов сварки металлических частей и конструкций наиболее передовым способом, обеспечивающим качественный аккуратный шов, является лазерная сварка металлов.

Ее применяют, когда к точности получаемых форм предъявляются высокие требования. Достигается это за счет высокой точности сварного шва, который при лазерной сварке имеет небольшую ширину и достаточную глубину.

Тонкий шов получается при воздействии на металл мощного лазерного излучения в ограниченной области его воздействия, вызывающего нагрев в этой зоне до высоких температур за короткий период времени.

Технология лазерной сварки

Рассмотрим природу теплового воздействия лазера на металл и последующего расплавления сварной зоны.

Поток лазерных лучей монохроматичен и характеризуется одинаковой длиной волны по сравнению со световым потоком, обладающим различными длинами волн. Поэтому он хорошо поддается фокусировке с помощью зеркал и оптических линз, позволяющих добиться резонанса (когерентности) лазерного луча, что приводит к увеличению мощности потока.

Принцип проведения сварки с помощью лазера основан на фокусировке лазерного луча, полученного с помощью квантового генератора. В основе его работы лежит излучение, которое является источником электромагнитных волн, индуцированных с помощью усилителя.

Направленный пучок лучей при проникновении внутрь металла воздействует на него на электронном уровне, отдавая свою энергию. Это происходит путем поглощения атомами металлов концентрированной лучистой энергии в виде фотонов.

В результате высвобождается тепловая энергия, за счет которой металл в этой области нагревается до температуры плавления. После кристаллизации расплавленных кромок металла образуется прочное межкристаллическое сцепление атомов и формируется качественный сварной шов.

:

Условия и способы осуществления сварочного процесса

Для обеспечения эффективности энергии луча нужно его сфокусировать. Для этого используют отражающие и фокусирующие лазерный луч зеркала. Когерентные лучи имеют минимальный разброс и оказывают действие на точно определенные участки сварной области.

Такой вид сварки можно проводить:

• в разных положениях и при любом расположении свариваемых кромок;
• с помощью сплошного и частичного расплавления сплавляемой области металла;
• непрерывно или импульсами.

При помощи такого метода можно соединять, как тонкостенные металлические листы, так и изделия, имеющие большие габаритные размеры.

Чем точнее сфокусирован лазерный луч, тем выше мощность его излучения.

Оборудование для проведения лазерной сварки

Для выполнения сварки с помощью лазера применяется следующее оборудование:

• источник лазерного излучения;
• блок транспортировки и системы для фокусировки луча;
• при необходимости наличие газовой среды для защиты металла;
• система для перемещения луча и самого изделия.

Устройство лазера включает излучатель и источник электропитания. Излучение обеспечивает генератор, продуцирующий лучи в специальной среде.

В качестве такой среды применяется две разновидности лазеров: твердотельные и на основе газов.

:

Аппараты лазерной сварки металлов

Все аппараты лазерной сварки металлов работают в импульсном или непрерывном режиме.

Аппараты с твердым активным элементом отличаются от устройств на основе активной среды из газов длиной излучающей волны. У них она короче и мощность излучения слабее газовых устройств.

Лазеры с твердым активным элементом

Твердотельные аппараты функционируют в основном с помощью импульсного лазера, но иногда может использоваться непрерывный и импульсный рабочий режим. Их работа осуществляется таким образом:

1. Твердый элемент, имеющий форму стержня, являющийся источником лазерного луча, расположен внутри специальной камеры, освещенной лампой для накачки.
2. Она обеспечивает при работе световые импульсные вспышки, приводящие в активное состояние рабочее тело.

Твердотельный элемент чаще изготавливают в виде стержня, изготовленного из так называемого «розового» рубина, представляющего собой окись алюминия (Al2O3) с примесью ионизированного хрома (Cr3+).

После воздействия лучей ионы Cr3+ переходят в активное состояние и начинают светиться. С торцов стержень покрыт веществом, отражающим свет, чаще серебром.

Лучи хромовых возбужденных ионов, отражаясь от посеребренных зеркал, перемещаются вдоль оси, передавая возбуждение другим ионам.

Процесс возбуждения ионов становиться массовым и сопровождается мощным выделением лучистой энергии. Они фокусируются с помощью линзы в сварной области.

Такие лазеры обычно являются источниками импульсов периодического действия с длиной волны 0,69 мкм и максимальной импульсной энергией от 10-2 до 10-3 Дж.

Средние значения мощности излучения элементов на основе твердотельных стержней может доходить до сотен ватт.

Аппараты с элементами на основе газовой среды

Аппараты, использующие для работы активную газовую среду, функционируют как в непрерывном, так и импульсном режиме. Это оборудование является более мощным, работающим при высоком напряжении.

В качестве активной среды может использоваться газ на основе смеси (СО2), (N2) и гелия (He). Он подается под давлением от 2,66 до 13,3 кПа. Возбуждение газовой смеси осуществляют с помощью электрического разряда.

Гелий (Не) и азот (N2) осуществляют передачу полученной при возбуждении энергии молекуле СО2 и обеспечивают условия для создания разряда. Газоразрядные аппараты излучают длину волны до 10,6 мкм.

Кпд работы аппарата может достигать от 5 до 15%.

Схема работы аппаратов на основе газовой среды показана на рисунке:

Особенности сварки лазером тонкостенных металлов

В отличие от толстостенных металлов, которым для успешного соединения требуется глубокое расплавление, для тонких металлов глубина проплавления существенный фактор. При лазерной сварке тонких металлов с ней нельзя переборщить.

Параметры, влияющие на эту величину, это:

• мощность лазерного излучения;
• скорость выполнения работы;
• степень фокусировки луча лазера.

В случае непрерывного процесса t — это длительность его проведения. Если работа осуществляется в импульсном режиме, то t – это продолжительность импульса. При высоких показателях мощностной плотности (Е) может наступить кипение металла в области воздействия луча, приводящее к сквозным дефектам.

Для тонких металлов особенно важна характеристика этого показателя. На него влияет кроме времени воздействия степень фокусировки луча. Для уменьшения плотности излучения для тонких металлов производят расфокусировку луча с помощью электронного управления настройкой работы аппарата.

Изменяя показатели (Е) и (t) можно обеспечить режим работы для разных металлических конструкций, имеющих минимальную толщину.

Различия в технологии проведения лазерной сварки разных металлов

Технология проведения сварки с помощью лазера для различных сплавов металлов имеет свои особенности.

Например, перед проведением работ со стальными изделиями их нужно обязательно очистить: снять окалину, избавиться от коррозии.

Изделие должно быть сухим. Это поможет избежать образования пор, оксидной пленки и трещин в самом шве. Последнее особенно важно при сваривании труб из стальных сплавов. Зону сварки нужно обезжирить.

Быстрота проведения лазерной сварки исключает образования окисных соединений в зоне расплава, поэтому при ее проведении не требуется создания защитной среды или вакуума в отличие от других видов сварки.

Это свойство особенно важно при сварке титановых сплавов. Они используются в ответственных изделиях атомной и авиационной промышленности. Поэтому, чтобы избежать образования зерен в зоне нагрева этого металла до высоких температур, часто применяют лазерную сварку.

Ручная сварка

Соединение деталей можно осуществлять с помощью ручной лазерной сварки.

Миниатюрный станок для ее самостоятельного проведения сейчас можно выбрать без труда. Их достаточно много в продаже по приемлемой цене с разными параметрами настройки режимов работы.

С помощью такого станка легко можно провести:

• ремонт с помощью сварки миниатюрных изделий, например, ювелирных, оправы для очков;
• точечную спайку (сварку) в стык;
• наплавку;
• ремонт пресс-форм;
• обрабатывать предметы медицинского назначения;
• сварочные работы в области микроэлектроники.

Заключение

Лазерный способ сварки металлов сегодня особенно востребован во многих областях. С помощью этой технологии можно бесконтактно соединять материалы с разными электрохимическими свойствами. Это позволяет проводить работы в труднодоступных местах. Работы можно проводить на малых площадях с большой точностью.

Однако ее применение ограничено значительной стоимостью из-за высокой цены оборудования.

(1 5,00

Источник: https://stanki-info.com/lazernaya-svarka-svoimi-rukami/