Структурная схема лазерной сварочной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛАЗЕРНОЙ СВАРОЧНОЙ УСТАНОВКИ

Содержание

1. Сущность метода лазерной сварки

2. Применение лазерной сварки

3. Структурная схема лазерной сварочной установки

4. Защита при лазерной сварке

5. Преимущества и недостатки метода

Список использованных источников

1. Сущность метода 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. [1]

Источником тепловой энергии для активации поверхности соединяемых твердых материалов при сварке лазером служит энергия излучения, поглощаемая материалами в зоне воздействия лазерного пучка. [1]

Лазерная сварка осуществляется с помощью оптических квантовых генераторов, дающих световые лучи с высокой плотностью энергии. Схема сварки лазерным лучом показана на рис. 1. [2]

Рис. 1. Схема лазерной сварки

Импульс электрической энергии поступает от источника питания 1 на лампу накачки 2, которая, воздействуя на резонатор 3, обеспечивает получение светового луча 4. Для его фокусировки применяется оптическая система 5. При контакте светового луча со свариваемым изделием 6 выделяется тепловая энергия, в месте контакта температура достигает 6000 ?С. [2]

Сварка лазером может осуществляться в вакууме, на воздухе, в атмосфере инертных газов, при этом возможно сочетание самых различных металлов. [2]

Лазерный луч обеспечивает высокую концентрацию энергии (до 10⁸ Вт/см²) благодаря возможности его фокусировки в точку диаметром в несколько микрометров. Такая концентрация значительно выше чем, к примеру, у дуги. [3]

Лазерная сварка не требует вакуума, что упрощает и убыстряет технологические процессы. [3]

Процесс лазерной сварки осуществляется либо на воздухе, либо в среде защитных газов: Аr, Не, СО₂ и др. [3]

Лазерный луч легко отклоняется, транспортируется с помощью оптической системы. [3]

Для сварки металлов используются твердотельные и газовые лазеры как периодического, так и непрерывного действия. [3]

Благодаря высокой концентрации энергии лазерного излучения в процессе сварки обеспечивается малый объем расплавленного металла, незначительные размеры пятна нагрева, высокие скорости нагрева и охлаждения металла шва и околошовной зоны. Эти особенности теплового воздействия предопределяют минимальные деформации сварных конструкций, специфику физико-химических и металлургических процессов в металле шва, высокую технологическую и конструкционную прочность сварных соединений. [3]

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих высокопроизводительный процесс соединения различных материалов толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров. Разнообразие методов и приемов лазерной сварки затрудняет разработку конкретного технологического процесса. [3]

Процесс сварки лазерным излучением весьма сложен и в настоящее время нет теоретической расчетной модели, описывающей его во всей полноте. Как правило, расчеты касаются какой-либо одной из физических характеристик процесса воздействия лазерного излучения на обрабатываемый материал. [3]

2. Применение лазерной сварки

Отработана технология лазерной сварки малых и средних (5-10 мм) толщин. Однако широкое применение лазерной сварки в ряде случаев сдерживается соображениями экономического характера. Стоимость технологических лазеров пока еще достаточно высока, что требует тщательного анализа возможностей применения лазерной сварки. [4]

Перспектива для лазерной сварки появляется, когда применение традиционных способов сварки сопряжено с трудностями. [4]

Лазерную сварку используют при необходимости получения прецизионной конструкции, форма и размеры которой практически не должны изменяться в результате сварки; для значительного упрощения технологии изготовления сварных конструкций за счет выполнения сварки в виде заключительного процесса без последующих операций правки либо механической обработки для достижения требуемой точности; при необходимости существенного увеличения производительности, так как процесс лазерной сварки может осуществляться на скоростях 100-200 м/ч и более, что в несколько раз превышает скорость наиболее распространенного традиционного способа дуговой сварки; при производстве крупногабаритных конструкций малой жесткости с труднодоступными швами. [4]

Лазерное излучение применяется для изготовления конструкций с учетом технологических особенностей лазерной сварки основных конструкционных материалов. [4]

Лазерная сварка применяется, например, при производстве сварочных электродов (г. Тольятти, предприятие «Электрод»); при ремонте разнообразных изделий из различных материалов на «Уральском приборостроительном заводе» (г. Екатеринбург); при производстве автоцистерн на заводе ЗАО «Сеспель» (г. Чебоксары).

3. Структурная схема лазерной сварочной установки

Процесс лазерной сварки происходит по следующей схеме: излучение лазера направляется на фокусирующую систему, после которой формируется в пучок меньших размеров и попадает на свариваемые детали, где частично отражается, а частично проникает внутрь материала, поглощается, вызывая его нагрев и плавление. [1]

Для сварки металлов широкое применение нашли следующие типы технологических лазеров: импульсные, в качестве активных сред которых используются стекло или алюмоиттриевый гранат (АИГ) с неодимом; непрерывные твердотельные АИГ-лазеры и газовые CO₂-лазеры, активной средой которых служит молекулярный углекислый газ в смеси с азотом и гелием. [1]

Рис. 2. Структурная схема лазерной сварочной установки

При промышленном использовании лазеры дополнительно содержат различные функциональные устройства, которые вместе с лазером составляют технологическую установку. Независимо от типа лазера сварочные установки чаще всего состоят из ряда аналогичных блоков (рис. 2). Лазер 1 генерирует излучение 2, которое формируется оптической системой 3 в пучок с определенными пространственными характеристиками и направляется на свариваемый объект 4. С помощью микроскопа 5 возможны визуальный контроль положения объекта сварки, наблюдение за ходом процесса сварки и оценка его результатов. Для наблюдения можно также использовать специальный экран или телемонитор. Механизм 6 обеспечивает фиксацию свариваемого объекта на рабочей позиции, его перемещение и замену. Установка может быть снабжена программным устройством 7, управляющим механизмом 6 и параметрами лазера. Датчик 8 предназначен для контроля параметров излучения, а датчик 9 -- параметров технологического процесса (температуры зоны сварки, яркости свечения плазменного факела, энергии отраженного излучения и т. п.). [1]

Сигналы с датчиков 8 и 9 поступают в элементы управления лазером непосредственно или через программное устройство, передавая информацию, необходимую для автоматического управления процессом сварки. Некоторые процессы сварки требуют подачи в рабочую зону той или иной технологической среды, а также отсоса из рабочей зоны продуктов сгорания материалов. Для этих целей служат соответствующие устройства 10 и 11. Для повышения КПД процесса сварки металлов установка может быть снабжена устройством 12 введения дополнительной энергии (генератор ультразвука, устройство возврата отраженного излучения и т. п.). Кроме перечисленных узлов установка может содержать устройство сканирования лазерного пучка или его точного наведения на объект сварки (на схеме не показано). [1]

4. Защита при лазерной сварке

Для защиты шва применяются газы аргон и гелий, помимо защиты они обеспечивают более эффективное проплавление, меняя параметры образующейся плазмы, ускоряют вывод газов, испаренного металла. Можно добиться значительного увеличения глубины проплавления, но качество шва при высоком расходе газа ухудшается, появляются поры. [3]

Повышения эффективности сварки можно добиться применением дополнительного источника нагрева. В качестве такого источника может быть использована электрическая дуга, подведенная с любой стороны шва. Увеличивается глубина проплавления, скорость резки. [3]

При подведении дуги, сопоставимой по мощности с лазером, скорость проплавления увеличивается в четыре раза. [3]

5. Преимущества и недостатки метода

Достоинства лазерной сварки:

1) В отличие от сварки электронным лучом, не требует вакуумной камеры; отсутствует рентгеновское излучение; на луч не влияют магнитные поля, возможна сварка магнитных материалов.

2) Сварка лазером дешевле, чем сварка электронным лучом.

3) Пятно нагрева очень мало, что обеспечивает высокие точность и качество сварного шва. лазерный сварка твердотельный газовый

4) Процесс бесконтактен - возможна сварка в труднодоступных местах, в разных пространственных положениях; проведение сварки через прозрачные материалы, в жидких прозрачных средах.

5) Гибкая и широкая настройка процесса без необходимости смены оснастки, легкое перемещение луча по поверхности детали по любой траектории. Возможность быстрой автоматической программируемой и дистанционной перенастройки и переналадки на другие режимы, или технологические процессы. [3]

6) Высокая производительность и низкая трудоемкость (в 3-20 раз ниже традиционных способов сварки).

7) Возможность сварки самого широкого спектра марок сталей, сплавов и материалов: от высоколегированных, высокоуглеродистых марок стали до сплавов меди и титана, пластмасс, керамики, алмазов, стекла и разнородных соединений.

8) Комфортные условия труда; экологическая чистота. [5]

Недостатки лазерной сварки:

1) Дорогое оборудование.

2) Высокие требования к качеству сборки соединения (зазор не более 0,1-0,25 мм). [5]

Список использованных источников

1. http://www.autowelding.ru/index/lazernaja_svarka/0-29

2. Дриц М. Е., Москалев М. А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1990. - 447 с.: ил.

3. http://metonservis.ru/publ/lazernaja_svarka/sushhnost_metoda/4-1-0-24

4. http://www.autowelding.ru/publ/1/1/tekhnologija_lazernoj_svarki/2-1-0-515

5. http://www.laserportal.ru/content_615

Размещено на http://www.allbest.ru/