У зварювальній галузі значною проблемою є дефіцит кваліфікованих кадрів. Традиційні методи зварювання, такі як TIG і MIG, часто вимагають багаторічного досвіду для освоєння. Однак сучасні досягнення, зокрема ручне лазерне зварювання, пропонують рішення, якому можна навчитися за кілька тижнів, а не років. У цій статті, автором якої є Джо Даллароса (Joe Dallarosa), розглядаються фундаментальні відмінності між традиційними методами зварювання та лазерним зварюванням, що допомагає зварювальникам зрозуміти, як ця сучасна технологія може підвищити продуктивність і прибутковість.
Сучасні можливості зварювання: Фотони проти електронів
Багато традиційних зварювальних процесів використовують електрику, або електрони, для досягнення з'єднання металевих деталей. До таких процесів належать електронно-променеве зварювання (EB), газо-вольфрамова дуга (TIG), захисне дугове зварювання (SMAW), газо-металева дуга (MIG або MAG), зварювання атомарним воднем, точкове зварювання, плазмове зварювання, вугільна дуга та зварювання тягнутою дугою (шпилькове зварювання). У цій статті розглядаються основні відмінності між лазерним зварюванням фотонами та електронами.
Традиційні технології зварювання
Процес традиційного зварювання електронами вимагає джерела напруги, яке може бути як змінного, так і постійного струму. Джерело забезпечує струм, необхідний для товщини матеріалу, що зварюється. Електрони підводяться до заготовки за допомогою електрода, який може бути вольфрамовим наконечником (TIG), металевим дротом (MIG) або покритим флюсом стрижнем (SMAW). Для проходження струму заготовка також повинна бути підключена до електричного заземлення.
Принцип електронного зварювання простий: електрична дуга з'єднує електрод із заготовкою, в результаті чого виникає потік електричного струму (електронів), що створює плазму. Ця плазма і потік струму утворюють розплавлену зварювальну ванну, яка з'єднує дві деталі, застигаючи в міру просування дуги.
Температура розплавленої ванни може досягати 4530°F (2500°C), і її необхідно захистити від окислювальної атмосфери за допомогою захисного газу, наприклад, азоту, аргону або гелію. Сучасні зварювальні апарати оснащені точним регулюванням струму, радіочастотною модуляцією для ініціювання та стабілізації дуги, функцією імпульсної дуги та іншими функціями, що полегшують отримання якісних зварних швів.
Проблеми традиційного зварювання
Слід зазначити, що електронне зварювання на постійному струмі генерує магнітне поле, яке може впливати на дугу і призводити до того, що вона не проходить найкоротшу відстань до заготовки. Це може призвести до невідповідностей у зварному шві, таких як розбризкування та пористість. Оскільки струм змінного струму є змінним, це мало впливає на створення магнітного поля. Зварювальники зазвичай віддають перевагу процесам на постійному струмі, оскільки вони створюють більш контрольовану дугу, що призводить до меншої кількості бризок і кращого вигляду зварного шва.
Традиційні процеси зварювання утворюють велику зону термічного впливу (ЗТВ), що спричиняє зміни у властивостях навколишнього матеріалу. Це може призвести до утворення декількох зон з різними характеристиками, що впливає на якість і міцність зварного шва.
Лазерне зварювання - сучасна альтернатива
Лазерне зварювання є сучасною альтернативою традиційним методам, пропонуючи точні та ефективні результати. Перший робочий лазер був створений у 1960 році Теодором Мейманом. За трохи більше ніж шість десятиліть лазери стали невід'ємною частиною сучасної інфраструктури. Швидше за все, ви прямо чи опосередковано використовуєте лазер прямо зараз, коли читаєте цю статтю. Використання лазера пов'язане з кількома різними характеристиками світла, такими як довжина хвилі (колір), потужність, розмір лазерної плями і використання лазера в режимі безперервної хвилі (БХ) або в імпульсному режимі зі зміною частоти повторення і ширини імпульсу (як довго світло ввімкнене протягом певного циклу).
Лазерне зварювання вимагає джерела фотонів, які можуть бути доставлені до заготовки безпосередньо лазерними діодами або шляхом направлення лазерного світла через волокно (відоме як "накачування"), яке леговане матеріалом, що виробляє специфічне лазерне світло для даного застосування. Потім це світло (фотони) передається через скловолокно, а потім через серію лінз, де воно фокусується на матеріалі. Це світло знаходиться в інфрачервоній частині спектру, де лазерне випромінювання є ефективним і може поглинатися деякими металами. Уявіть, як за допомогою збільшувального скла ви розпалюєте вогонь за допомогою сонця - лазерне зварювання працює за тим же принципом.
Види лазерного зварювання
Зварювання теплопровідністю
Цей процес використовує сфокусоване світло для нагрівання матеріалу біля поверхні, створюючи зварювальну ванну, яка швидко охолоджується і застигає, з'єднуючи деталі. Енергія фотонів потрапляє в зону зварювання шляхом теплопровідності, утворюючи гладкий, естетично привабливий і точний зварний шов.
Зварювання глибоким проплавленням/зварювання замкових швів
Цей процес використовує вузький промінь сфокусованого світла для створення глибокого, вузького каналу розплавленого матеріалу. Пара металу виділяється як побічний продукт цієї надзвичайної кількості енергії, що потрапляє на заготовку і створює порожнину за лічені мілісекунди. Ця порожнина, заповнена парою, відома як замкова щілина , яка заповнюється розплавленим металом у міру просування (переміщення) лазера. Цей тип зварювання створює вузький зварювальний канал, який можна використовувати на матеріалах товщиною від півдюйма і більше.
Переваги лазерного зварювання
Лазерне зварювання в 10 разів швидше за звичайне електронне зварювання. Воно створює невелику пляму концентрованого світла з щільністю потужності близько 10 МВт/см² (1,6 МВт/дюйм²), що призводить до зменшення зони термічного впливу. Це дає явні переваги в міцності, зовнішньому вигляді та цілісності зварного шва. Крім того, лазерному зварюванню можна швидко навчитися, що вирішує проблему дефіциту кадрів у галузі, дозволяючи новому персоналу набути навичок за кілька тижнів, а не років.
Висновок
Лазерне зварювання має численні переваги над традиційними методами зварювання, зокрема підвищену ефективність, точність і скорочення часу на навчання. Переходячи на лазерне зварювання, компанії можуть вирішити проблему нестачі кваліфікованих кадрів, підвищити продуктивність і збільшити прибутковість. Особливим досягненням у цій галузі є ручне лазерне зварювання, яке поєднує в собі точність і ефективність традиційного лазерного зварювання з гнучкістю і простотою використання, необхідними в різних робочих умовах. Ручні лазерні зварювальні апарати, такі як лазерний зварювальний апаратTheo MA1, ідеально підходять для виконання завдань, які вимагають мобільності та універсальності, що робить їх чудовим вибором для сучасних зварювальних потреб.
Будьте в курсі останніх досягнень у галузі зварювальних технологій, підписавшись на нашу розсилку новин. Отримуйте оновлення, поради та думки експертів безпосередньо на свою поштову скриньку. Підпишіться нижче.
