Крылов К.И. и др. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении, 1978г. — Гидроабразивная, лазерная и плазменная резка

Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С.

Применение лазеров в машиностроении и приборостроении.

Л.: Машиностроение, 1978., 336 с., ил.

[postimg]5365502[/postimg]

В книге впервые в отечественной литературе обобщен опыт и даны рекомендации по практическому применению оптических квантовых генераторов в машиностроении и приборостроении. Описаны физические основы лазерной техники. Рассмотрены основные типы лазеров и приведен сравнительный анализ их характеристик и режимов работы. Изложены методы контроля и управления лазерным лучом. Показано применение лазеров для обработки металлических и неметаллических материалов, неразрушающего контроля, измерения деформаций, а также в технологических процессах изготовления элементов микроэлектронной аппаратуры.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся применением лазеров в различных отраслях приборостроения и машиностроения.

 

Предисловие

Типы лазеров и их параметры

Физические основы работы лазеров.

Классификация и основные характеристики лазеров.

Твердотельные лазеры.

Газовые лазеры.

Полупроводниковые лазеры.

Жидкостные и химические лазеры.

Аппаратура управления и измерения параметров лазерного излучения

Назначение аппаратуры управления.

Управление мощностью и энергией лазерного излучения.

Умножение и перестройка частоты излучения лазеров.

Управление перемещением лазерного луча в пространстве.

Управление плотностью лазерного излучения.

Измерение параметров лазерного излучения.

Промышленная обработка материалов

Необходимые условия для лазерной обработки материалов.

Физические основы лазерной обработки.

Лазерная резка металлов.

Лазерное сверление отверстий в металлах.

Лазерная сварка металлов.

Резка неметаллических материалов.

Сверление неметаллических материалов.

Сварка неметаллических материалов.

Фигурная обработка поверхностей.

Термообработка материалов.

Другие виды технологического применения лазеров.

Лазеры в системах неразрушающего контроля качества материалов и изделий

Методы неразрушающего контроля.

Метод контроля по оптическому поглощению.

Метод контроля с использованием магнитного и электрического полей.

Эллипсометрический метод контроля.

Голографические методы неразрушающего контроля.

Лазеры в спектральном анализе.

Фотоэлектрический метод контроля.

Лазеры в системах измерения и контроля размеров и линейных перемещений

Возможности применения лазеров в системах измерения и контроля размеров и перемещений.

Лазерные интерферометры.

Лазерные дифракционные измерители размеров.

Лазерные доплеровские измерители скорости.

Промышленные лазерные установки и области их применения

Состояние промышленного производства лазерных технологических установок.

Установки с использованием твердотельных лазеров.

Установки с использованием газовых лазеров.

Приборы с использованием полупроводниковых лазеров.

Заключение

Список литературы

Лазерные технологии в машиностроении — Docsity

Лазерные технологии Введение Лазер — это генератор когерентного света. В отличии от других источников света (например, ламп накаливания или ламп дневного света) лазер дает оптическое излучение, характеризующееся высокой степенью упорядоченности светового поля или, как говорят, высокой степенью когерентности. Такое излучение отличается высокой монохроматичностью и направленностью. В наши дни лазеры успешно трудятся на современном производстве, справляясь с самыми разнообразными задачами. Лазерным лучом раскраивают ткани и режут стальные листы, сваривают кузова автомобилей и приваривают мельчайшие детали в радиоэлектронной аппаратуре, пробивают отверстия в хрупких и сверхтвердых материалах. Доводка номиналов пассивных элементов микросхем и методы получения на них активных элементов с помощью лазерного луча получили дальнейшее развитие и применяются в производственных условиях. Причем лазерная обработка материалов позволяет повысить эффективность и конкурентоспособность по сравнению с другими видами обработки. В руках хирурга лазерный луч превратился в скальпель, обладающий рядом удивительных свойств. Лазеры широко используются в современных контрольно-измерительных устройствах, вычислительных комплексах, системах локации и связи. Лазеры позволяют быстро и надежно контролировать загрязненность атмосферы и поверхности моря, выявлять наиболее нагруженные участки деталей различных механизмов, определять внутренние дефекты в них. Лазерный луч становится надежным помощником строителей, картографов, археологов, криминалистов. Непрерывно расширяется область применения лазеров в научных исследованиях — физических, химических, биологических.[3,с.39-40] Замечательные свойства лазеров — исключительно высокая когерентность и направленность излучения, возможность генерирования когерентных волн большой интенсивности в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, получение высоких плотностей энергии как в непрерывном, так и в импульсном режиме — уже на заре квантовой электроники указывало на возможность широкого их применения для практических целей. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно высокими темпами. Появляются новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые: создаются лазерные установки с необходимым для различных конкретных целей комплексом характеристик, а также различного рода приборы управления лучом, все более и более совершенствуется измерительная техника. Это послужило причиной глубокого проникновения лазеров во многие отрасли народного хозяйства, и в частности в машиностроении и приборостроении. Когерентный луч вместо пилы. Одним из основных процессов получения заготовок в машиностроении является резка металла. Для этого широкое применение находят самые разнообразные ее методы. Традиционно используются механические способы — резка ножовочными полотнами, ленточными пилами, фрезами. Для этого в производстве также используются станки общего и специального назначения для раскроя листовых, профильных и других заготовок из различных металлов и сплавов. При дешевизне традиционных способов у них немало родовых проблем, которые не могут быть решены технологически. Среди недостатков старых способов резки — невысокая производительность, малая стойкость режущего инструмента, а также проблематичность, а порой и полная невозможность разнофигурной резки по круглым и кривым контурам. В поисках решения этих проблем в машиностроение пришли иные способы разделения материалов, основанные на электрохимическом, электрофизическом и физико-механическом воздействиях. Среди них высокоскоростная газовая и плазменная резка, плазменная резка проникающей дугой. Однако эти способы при высокой производительности отличаются низкой точностью, а также большими издержками в сфере термического влияния на металл, требуют дополнительных способов очистки и т.п. С другой стороны, применяется невероятно точная, позволяющая изготавливать детали любой геометрии электроэрозионная резка. Но эта методика отличается крайне низкой производительностью, высокой технологической сложностью. Лазерная резка лишена многих вышеперечисленных проблем. Лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их процессы автоматизированы. При лазерной сварке отсутствуют толстые швы, появляющиеся в старых видах сварки. Лазерную сварку производят как на воздухе, так и в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Лазерная сварка вилки с карданным валом автомобиля по сравнению с дуговой сваркой увеличивает срок службы карданной передачи в три раза, потому что более чем вдвое уменьшается площадь сечения сварного шва, в несколько раз — время сварки. Деформации вилки, вызывающие преждевременный износ, практически отсутствуют. Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5-8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за один проход, получают ширину шва 5 мм. В сварочных системах применяются как постоянные, так и импульсные лазеры. Постоянные лазеры сваривают гораздо быстрее традиционных методов. Лазерная сварка импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки, но имеет и важные преимущества. При использовании импульсных лазеров практически отсутствуют явления перегрева как самой сварочной системы, так и, что особенно важно, свариваемой поверхности. Лазерная сварка производится как со сквозным, так и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются в любом пространственном положении. При толщине свариваемых кромок менее 0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением по-разному происходит формирование шва и различны подходы к выбору параметров режима сварки. При сварке как непрерывным, так и импульсным излучением малых толщин используют более мягкие режимы, обеспечивающие лишь расплавление металла в стыке деталей без перегрева его до температуры интенсивного испарения. Сварку сталей и других относительно малоактивных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно упрощает технологию, тогда как сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала. Наиболее распространена лазерная сварка импульсным излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей. Хорошее качество соединений обеспечивается сваркой лазерным лучом тонких деталей (0,05 — 0,5 мм) с массивными. В этом случае, если свариваемые детали значительно отличаются по толщине, в процессе сварки луч смещают на массивную деталь, чем выравнивают температурное поле и достигают равномерного проплавления обеих деталей. При лазерной сварке нагрев и плавление металла происходят так быстро, что деформация тонкой кромки может не успеть произойти до того, как металл затвердеет. Применение лазерной сварки в отечественной промышленности получило широкое, но и еще не вполне достаточное для современного уровня машиностроения распространение. Причиной этого является как высокая стоимость технологических лазеров и особенно сварочных роботов, так и недостаточный опыт применения этих технологий. Однако, если применение традиционных способов не дает желаемых результатов либо технически неосуществимо, без лазерной сварки обойтись невозможно. К таким случаям относится необходимость получения прецизионной (высокоточной) конструкции, форма и размеры которой не должны меняться в результате сварки. Лазерная сварка целесообразна, когда она позволяет значительно упростить технологию изготовления сварных изделий, выполняя сварку как заключительную операцию без последующей правки или механической обработки. Экономически эффективна лазерная сварка, когда необходимо существенно повысить производительность, поскольку скорость ее может быть в несколько раз больше, чем у традиционных способов. Однако оказалось, что и у классической лазерной сварки есть недостатки. В первую очередь это связано с низкой эффективностью нагрева металлов лазерным излучением, обусловленной их высокой отражательной способностью на частотах излучения, характерных для большинства технологических лазеров. Другим фактором, снижающим эффективность использования мощных лазеров, является появляющаяся в момент воздействия лазером поверхностная плазма. Плазменный пар существенно уменьшает долю лазерной энергии, подаваемой на рабочую поверхность. В результате чего лазер остается недостаточно эффективным и весьма дорогостоящим инструментом для реализации большинства технологий обработки материалов. Также существует и ряд технических проблем, препятствующих внедрению лазерной сварки, такие как высокие требования к зазору между свариваемыми плоскостями и высокая твердость шва. Исследования зарубежных и отечественных ученых помогли решить значительную часть этих проблем использованием гибридных способов сварки, например «лазер+дуга», «лазер+плазма». Однако, с другой стороны, при этих способах утрачиваются главные особенности, такие как кинжальность проплавления и малая зона термического влияния. Помимо гибридных процессов лазерной сварки, где лазерный луч объединяется с совершенно иными технологиями, такими как дуга и плазма, Виды лазеров 1.Газовые лазеры Газовый лазер с электрической накачкой состоит из герметичной трубки с газообразным рабочим телом и элементами оптического резонатора. Накачка энергии в активную среду лазера производится с помощью электрических разрядов в газе, получаемых чаще всего с помощью электродов в полости трубки. Электроны, соударяясь с атомами газа, переводят их в возбуждённое состояние с последующим излучением фотонов. Благодаря актам вынужденного испускания световые волны, созданные в трубке, усиливаются при прохождении через газовую плазму. Оптический резонатор (два точно выставленных зеркала на торцах трубки) задаёт преимущественное направление излучения. Часть потока фотонов отбирается из лазера через одно из зеркал, сделанное полупрозрачным. Другая часть отражается обратно внутрь лазера для поддержания вынужденного излучения. Примеры: Химический лазер на кислороде и иоде (COIL) COIL) ) Химический кислородно-иодный лазер (англ. Chemical oxygen iodine laser, COIL) — инфракрасный химический лазер. Выходная мощность в ) — инфракрасный химический лазер. Выходная мощность в непрерывном режиме достигает единиц мегаватт, в импульсном от сотен гигаватт до единиц тераватт. Работает на длине волны 1,315 мкм, соответствующей переходу атомарного иода. В лазер подаются газообразный хлор, молекулярный иод, раствор перекиси водорода и гидроксида калия. В результате химической реакции раствора с хлором (помимо тепла и хлорида калия) образуется кислород в возбуждённом состоянии со средним временем жизни 45 минут. Этот т. н. синглетный кислород передаёт энергию возбуждения молекулам иода, впрыснутым в газовый поток; их резонансная частота находится близко к резонансной частоте синглетного кислорода, поэтому передача энергии при столкновениях частиц синглетного кислорода и иода происходит эффективно и быстро. Затем в области оптического резонатора лазера происходит генерация на возбуждённом иоде на длине волны 1,315 мкм. Лазер работает при сравнительно низких давлениях газа в непрерывном режиме и высоких в случае импульсного режима работы, но скорость его потока во время реакции должна приближаться к скорости звука; описаны конструкции даже со сверхзвуковым течением. Низкое давление и быстрый поток газа делают отвод тепла из области генерации простым по сравнению с высокоэнергетическими твердотельными лазерами. Продукты реакции — хлорид калия, вода и кислород; следы хлора и иода удаляются из отработанной смеси галогеновым скруббером (газопромывателем). Лазер COIL) — инфракрасный химический лазер. Выходная мощность в был разработан ВВС США в 1977 году для военных целей. Однако, по своим свойствам он также полезен для промышленной обработки. Пучок можно сфокусировать и передать по оптоволокну, так как эту длину волны слабо поглощает кварц, но очень хорошо поглощают металлы, что делает лазер подходящим для резки и сверления. Была продемонстрирована резка нержавеющей стали и хастеллой (группа антикоррозийных никельсодержащих сплавов) с использованием кислородно-иодного лазера с заранее отведённым волноводом (fiber-coupled laser в оригинале). В 1996, TRW Inc. удалось создать лазер мощностью в сотни киловатт, работающий в непрерывном режиме несколько секунд. Двадцати-киловаттный лазер был испытан ВВС США около 1998 г. (RADICL) — инфракрасный химический лазер. Выходная мощность в : Research Assessment, Device Improvement Chemical L) — инфракрасный химический лазер. Выходная мощность в aser). Углекислотный лазер (COIL) CO2)) Углекислотный ла́зер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров (изобретён в 1964 году[1]). На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением с КПД, достигающим 20 %. Углекислотные лазеры излучают в инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 9,4 до 10,6 мкм. Углекислотный лазер используется для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь. Активной средой углекислотных лазеров является газообразная смесь CO2, азота (N2), гелия (He). Иногда в смесь также добавляется водород (h3) или ксенон (Xe). Примеси необходимы для снижения потенциала зажигания газа в лазере, обеспечения т. н. эффекта Пеннинга[2]. Соотношение концентраций газов в смеси зависит от его конкретной реализации, но концентрации CO2 и N2 в смеси обычно составляют 5—20 %. Инверсия населённостей возбуждённых молекул CO2 достигается с помощью газового разряда, причём сначала возбуждаются колебания молекул азота, затем при столкновении возбуждённых молекул азота с молекулами CO2 часть их колебательной энергии передаётся молекулам CO2. Дальнейшее понижение инверсии газа в активной среде производится гелием, а стенки трубки, в которую заключена активная среда, принудительно охлаждается газом или водой (в мощных лазерах). Так как эти лазеры генерируют ИК-излучение, для изготовления их оптических элементов используются специальные материалы. Зеркала резонатора Фабри-Перо обычно имеют серебряное напыление, а линзы и окна изготавливают из монокристаллов германия или селенида цинка — материалов, хорошо прозрачных для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне длин волн. В мощных лазерах предпочтительнее использование позолоченных зеркал и селенида цинка для прозрачных оптических элементов. Иногда применяют весьма дорогие алмазные окна и линзы. В ранних CO2-лазерах использовались линзы и окна, изготовленные из монокристаллов хлоридов щелочных металлов (NaCl, KCl), также хорошо прозрачных для инфракрасного излучения. Одно из основных применений углекислотного лазера связано с военными технологиями и использованием его в лазерных дальномерах прицелов. Очень большая длина волны в дальнем инфракрасном спектре не позволяет его обнаружить обычными датчиками лазерного облучения, не имеющими системы охлаждения и необходимых чувствительных элементов. Также в Применение Твердотельные Nd:YAG-лазер используются для:  Обработки материалов. При сварке материалов пучок импульсного лазера переносится на рабочую поверхность через оптическое волокно диаметром 0,5—2 мм с мощностью до 2 кВт.  Применение в медицине. Используются непрерывные Nd:YAG лазеры с малой мощностью 50 Вт.  Лазерной дальнометрии в военных целях — для лазерных видоискателей и указателей цели.  В научных целях. Алюмо-иттриевый гранат легированный иттербием Yb:YAG Лазерные кристаллы Алюмо-иттриевый гранат легированный иттербием Yb:YAG является одним из наиболее многообещающих активных лазерных веществ. Он лучше подходит для диодной накачки, чем традиционные неодимовые лазерные системы. Длина волны накачки 0.94 мкм, длина волны генерации – 1.03 мкм. Алюмо-иттриевый гранат легированный иттербием с длиной волны 1030нм – это отличная замена алюмо-иттриевому гранату легированному неодимом с длиной волны 1064нм. Его вторая гармоника 515нм позволяет использовать его для замены крупного аргонового лазера с длиной волны 514нм. Алюмо-иттриевый гранат легированный иттербием используется вместо алюмо-иттриевого граната легированного неодимом в высокомощных лазерах с диодной накачкой и других областях применения. Преимущества 1. Высокое оптическое качество 2. Очень высокая дифференциальная эффективность 3. Очень низкий частичный нагрев – менее11% 4. Поглощение в невозбужденном состоянии или преобразование с повышением частоты 5. Широкая полоса поглощения, около 8нм на длине волны 940нм 6. Высокая теплопроводность и механическая прочность 7. Удобная накачка надежными диодами из арсенида галлия-индия на длине 940нм (970нм) Применение: Обработка материалов, исследование сверхкоротких импульсов, мультифотонная микроскопия, лазерные дальномеры. Волоко́нный ла́зер — лазер, активная среда и, возможно, резонатор которого являются элементами оптического волокна. При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется волоконно-дискретным или гибридным[1]. Волоконные лазеры применяются в промышленности для резки металлов и маркировки продукции, сварке и микрообработке металлов, линиях волоконно-оптической связи[2]. Их основными преимуществами являются высокое оптическое качество излучения, небольшие габариты и возможность встраивания в волоконные линии[3]. Существует большое разнообразие конструкций волоконных лазеров, обусловленное спецификой их применения. Для их изготовления широко применяются как резонаторы типа Фабри — Перо, так и кольцевые резонаторы.[4][5] Специальными методиками можно создать однополяризационные лазеры, лазеры сверхкоротких импульсов и другие.[6] [7] Во всех волоконных лазерах применяются специальные типы оптических волокон, в которые встроены один или несколько волноводов для осуществления оптической накачки[8]. Накачка лазера — процесс перекачки энергии внешнего источника в рабочую среду лазера. Поглощённая энергия переводит атомы рабочей среды в возбуждённое состояние. Когда число атомов в возбуждённом состоянии превышает количество атомов в основном состоянии, возникает инверсия населённости. В этом состоянии начинает действовать механизм вынужденного излучения и происходит излучение лазера или же оптическое усиление. Мощность накачки должна превышать порог генерации лазера. Энергия накачки может предоставляться в виде света, электрического тока, энергии химической или ядерной реакций, тепловой или механической энергии. Применение: Благодаря широкому выбору параметров волоконные лазеры нашли применение во многих сферах деятельности. В частности, они используются для гравировки и резки металлов в промышленности и для лазерной маркировки товаров, где необходимы большая пиковая мощность коротких импульсов, следующих с заданной частотой. Так, для пластика и металла используются импульсы 5—10 кВт длительностью от 10 до 100 нс при частоте следования от 20 до 200 кГц. Это позволяет изменять лишь оптические свойства поверхности без повреждения внутренней структуры изделия. Лазеры до 60 Вт используются при сварке нержавеющей стали в компонентах электроники и медицинских инструментов толщиной в десятые доли миллиметра. Они показали хорошие результаты при изготовлении стентов[2]. Заключение Лазеры решительно и притом широким фронтом вторгаются в нашу действительность. Они необычайно расширили наши возможности в самых различных областях— обработке материалов, медицине, измерениях, контроле, обработке и передачи информации, физических, химических и биологических исследованиях. Уже сегодня лазерный луч овладел множеством полезных и интересных профессий. Во многих случаях применение лазерного луча позволяет получать уникальные результаты. Можно не сомневаться, что в будущем луч лазера подарит нам новые возможности, представляющиеся сегодня фантастическими. Мы уже начали привыкать к мысли, что «лазер все может». Подчас это мешает трезво оценить реальные возможности лазерной техники на современном этапе ее развития. Неудивительно, что чрезмерные восторги по поводу возможностей лазерного луча иногда сменяются некоторым охлаждением к лазерам. Все это, однако, никак не может замаскировать основной факт — с изобретением лазера человек получил в свое распоряжение качественно новый, в высокой степени универсальный, очень эффективный «инструмент» для повседневной производственной и научной деятельности. С годами этот «инструмент»

ЛАЗЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Доклады о будущих и современных технологиях

А. В. Ворона

Научный руководитель — В. В. Морозов, д-р физ.-мат. наук, профессор Ярославский государственный технический университет

Основной физический процесс, определяющий действие лазера, — это вынужденное излучение, которое возникает при взаимодействии фотона с возбужденным атомом при точном совпадении энергии фотона с энер­гией возбуждения атома (или молекулы). Избыток энергии возбужденного атома излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направ­лением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами мо­жет возникнуть целый поток идентичных фотонов. Для генерации лазерно­го излучения необходима среда с инверсной населенностью уровней энергии, то есть на верхних уровнях энергии должно находиться больше атомов, чем на нижних уровнях. Это вещества, в энергетическом спектре которых существуют метастабильные уровни (долгоживущие) энергии. Для получения строго направленного луча с высокой монохроматично­стью в состав лазера входит система зеркал — оптический резонатор.

Уникальные свойства лазерного излучения — монохроматичность и малая расходимость обусловливают широкое применение лазеров. Лазер­ные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии. В таких технологических процессах применяют лазеры сравнительно невысокой средней мощности для сверления тонких отверстий (диаметром 1-10 мкм и глубиной до 10­100 мкм) в различных материалах, для резки и сварки миниатюрных дета­лей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности. Мощные лазеры используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавле — ние и легирование крупногабаритных деталей, очистка зданий от поверх­ностей загрязнений, резка мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и дру­гих материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое каче­ство шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электрон­нолучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве.

Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности. Она позволяет не только повысить каче­ство обработки материалов, но и улучшить технико-экономические пока­затели производственных процессов. Так, скорость лазерной сварки сталь­ных листов то

ЛщиНой 14 мкм достигает 100м/ч при расходе электроэнер­гии 10 кВт-ч. Для сравнения, при электроннолучевой сварке при аналогич­ной производительности требуется в 3-4 раза больше электроэнергии.

Технологии «Умный дом».

Технология «Умный дом» создавалась с одной целью – экономия времени, которое тратится на домашнюю рутинную работу. Новые технологии, применяемые в системе умного дома, поражают своим многообразием. С помощью, так называемой …

ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПО УКРЕПЛЕНИЮ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ Ю. А. Ратова

Научный руководитель — А. А. Киселев, канд. пед. наук, профессор Ярославский государственный технический университет Развитие рыночных отношений требует осуществления новой финан­совой политики, роста эффективности производства на каждом конкрет­ном предприятии химической …

ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ НОВОВВЕДЕНИЯМ В ОРГАНИЗАЦИИ

К. Е. Разумова Научный руководитель — С. Н. Буликов, д-р экон. наук, доцент Ярославский государственный технический университет Актуальность изменений и нововведений обусловлена необходимо­стью адаптации организации к требованиям внешней и внутренней …

Технология лазерной обработки, лазерные технологии в машиностроении, обработка лазером

Лазерная резка широко применяется в заготовительном производстве. Основное преимущество лазерной резки — возможность переходить с одного типа деталей любой геометрической сложности на другой тип практически без затрат времени. Чтобы начать выпуск новой продукции, не нужно изготовление серии специальных инструментов для наладки линии, что значительно снижает затраты на вложения и собственно себестоимость выпускаемой продукции.

Освоение выпуска нового типа детали не занимает больше времени, чем составление самого чертежа и ввод его в компьютер, управляющий лазером. Качество изготавливаемой продукции позволяет совершать сварку встык без смещений кромок среза и предварительной обработки соединяемых сторон. Лазерная резка в отличие от круглого универсального инструмента позволяет выполнять острые углы, переходы без радиусов, тонкие перемычки (толщиной менее 1-2 мм), отверстия малого диаметра. С применением специализированной технологической оснастки луч лазера позволяет производить объемную резку с применением высокотехничных оптоволоконных систем. Так, например, без проектирования и технологической оснастки изготавливаются кузова автомобилей после штамповки и прочие объемные детали.

Экономически выгодным оказывается применение лазерной резки при производстве опытных образцов автомобилей, когда требуется изготовление деталей малых серий и большой номенклатуры.

В настоящее время в инструментальном производстве наиболее дорогим видом инструмента являются штампы и пресс-формы, поэтому использование технологии лазерного раскроя вместо традиционной вырубки-высечки имеет очевидные преимущества. Лазерные раскройные комплексы позволяют производить раскрой тонколистовых материалов со скоростью 120 м/мин при точности 0.01 мм.

Также лазер используют для прошивки отверстий. Применение лазера для сверления оказывается эффективным по сравнению с другими способами в некоторых случаях: сверление под углом, при соотношении глубины отверстия к диаметру больше единицы (глубокое отверстие), сверление в жаропрочных и твердых металлах. Даже применение электроэрозионных прошивочных станков не позволяет полностью избежать деформации и поломки инструмента (проволочного электрода) из-за увода оси отверстия при глубоком сверлении. Лазерная прошивка может производится в двух режимах. В первом образуется жидкая фаза, которая удаляется потоком технологического газа или парами самого испарившегося металла. Во втором, более производительном, но менее точном, отверстие формируется за счет эффекта сублимации, т. е. удаления металла путем испарения из твердой фазы, минуя жидкую.

Промышленное применение лазерной очистки — ОКБ БУЛАТ

Раз­лич­ные узлы и детали могут быть загряз­нены сле­дами сма­зоч­ных и охла­жда­ю­щих жид­ко­стей (СОЖ), при­ме­ня­е­мых при их про­из­вод­стве. Подоб­ный, зача­стую неви­ди­мый, налет зна­чи­тельно сни­жает каче­ство после­ду­ю­щих свар­ных, пая­ных или кле­е­вых соеди­не­ний. В част­но­сти, в усло­виях высо­кой авто­ма­ти­за­ции авто­мо­би­ле­стро­е­ния и смеж­ных про­из­водств посто­янно повы­ша­ются тре­бо­ва­ния, предъ­яв­ля­е­мые к каче­ству и надеж­но­сти дета­лей, в том числе, к поверх­ност­ным загряз­не­ниям, став­шие обя­за­тель­ной частью про­из­вод­ствен­ного про­цесса.

Тра­ди­ци­он­ные методы очистки поверх­но­сти зани­мают много вре­мени, не могут быть авто­ма­ти­зи­ро­ваны и, как пра­вило, вредны для окру­жа­ю­щей среды. И кроме того, не суще­ствует надеж­ного метода для изме­ре­ния их эффек­тив­но­сти. Фор­маль­ная про­це­дура по оценке содер­жа­щихся на дета­лях в авто­мо­би­ле­стро­е­нии регу­ли­ру­ется стан­дар­том VDA 19 и соот­вет­ству­ю­щими тре­бо­ва­ни­ями ISO. Боль­шой инте­рес к уда­ле­нию загряз­не­ний от раз­лич­ных жид­ко­стей поста­вил системы лазер­ной очистки поверх­но­сти в центр вни­ма­ния. Импульс­ный лазер легко уда­ляет следы жид­ко­стей в зоне обра­ботки, обес­пе­чи­вая кон­троль про­цесса, его вос­про­из­во­ди­мость и мини­маль­ный ущерб для эко­ло­гии, и поз­во­ляя авто­ма­ти­зи­ро­вать про­цесс.

Чистота повышает надежность

При про­из­вод­стве блока шесте­рен тех­но­ло­гия лазер­ной сварки заре­ко­мен­до­вала себя за счет мень­шего энер­ге­ти­че­ского вло­же­ния и, как след­ствие, мини­ми­за­ции тем­пе­ра­тур­ных иска­же­ний. Мно­го­чис­лен­ные узлы в транс­мис­сии авто­мо­биля, про­из­во­ди­мые по самым стро­гим стан­дар­там каче­ства, изго­тав­ли­ва­ются из раз­лич­ных спла­вов и мате­ри­а­лов, сварка кото­рых сложна или прак­ти­че­ски не воз­можна с при­ме­не­нием тра­ди­ци­он­ных тех­но­ло­гий.

Для полу­че­ния надеж­ных свар­ных соеди­не­ний, исклю­ча­ю­щих нали­чие пор и мик­ро­тре­щин, авто­про­из­во­ди­те­лям необ­хо­дим быст­рый и авто­ма­ти­зи­ро­ван­ный спо­соб зачистки сва­ри­ва­е­мых поверх­но­стей от неже­ла­тель­ных загряз­не­ний. Системы лазер­ной очистки отве­чают всем этим тре­бо­ва­ниям, в част­но­сти, постро­ен­ные на твер­до­тель­ных лазе­рах с импульс­ным режи­мом работы.

Быстро и в самую точку

В высо­ко­ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ном мас­со­вом про­из­вод­стве суще­ствен­ным фак­то­ром явля­ется время. В отли­чие от тра­ди­ци­он­ных мето­дов очистки, под­ра­зу­ме­ва­ю­щих обра­ботку детали цели­ком за счет погру­же­ния в рас­тво­ри­тель или меха­ни­че­ское либо тер­ми­че­ское воз­дей­ствие, тех­но­ло­гия лазер­ной очистки наце­лена на обра­ботку кон­крет­ных участ­ков узла, необ­хо­ди­мых для сварки или скле­и­ва­ния. Пло­щадь подоб­ных участ­ков обычно состав­ляет несколько квад­рат­ных мил­ли­мет­ров.

Пример применения технологии лазерной очистки.

Время необ­хо­ди­мое на лазер­ную очистку сопо­ста­вимо со вре­ме­нем лазер­ной сварки, кото­рое в сред­нем состав­ляет от четы­рех до десяти секунд. Вто­рое пре­иму­ще­ство, поз­во­ля­ю­щее сокра­щать вре­мен­ные издержи, – исклю­че­ние этапа по пере­ме­ще­нию дета­лей на уста­новку очистки и обратно. Обо­ру­до­ва­ние для лазер­ной очистки встра­и­ва­ется в линию, пред­по­чти­тельно непо­сред­ственно перед свар­кой или склей­кой.

Быстро и в самую точку

Для очистки поверх­но­сти детали ска­на­торы быстро пере­ме­щают по ней лазер­ный луч туда и обратно. В зави­си­мо­сти от тре­бу­е­мого резуль­тата воз­можно при­ме­не­ние раз­лич­ных тех­ник ска­ни­ро­ва­ния. Линей­ная раз­вертка может при­ме­няться при очистке неболь­ших загряз­не­ний. При силь­ных загряз­не­ниях лазер­ный луч пере­ме­ща­ется по кругу с неболь­шим пере­кры­тием, ана­ло­гично дви­же­нию элек­три­че­ской зуб­ной щетки. При этом импульсы лазер­ного излу­че­ния мно­го­кратно про­хо­дят через одну и ту же точку, повы­шая интен­сив­ность про­цесса очистки.

Так же лазер спо­со­бен выпол­нять очистку «вокруг углов» без необ­хо­ди­мо­сти пере­уста­новки детали. Зер­кала, рас­по­ла­га­ются таким обра­зом, чтобы направ­лять лазер­ное излу­че­ние для одно­вре­мен­ной очистки лице­вой и зад­ней поверх­но­сти трубы или про­филь­ной детали.

Только там, где необходимо

Лазеры спо­собны обра­ба­ты­вать наи­бо­лее чув­стви­тель­ные поверх­но­сти, такие как алю­ми­ний, угле­пла­стик или детали с покры­тием, не повре­ждая основы. Допол­ни­тельно, при изме­не­нии пара­мет­ров, тот же лазер спо­со­бен при­дать шеро­хо­ва­тость поверх­но­сти, уве­ли­чив адге­зи­он­ные свой­ства соеди­не­ния. Гиб­кость лазер­ных систем, поз­во­ляет им адап­ти­ро­ваться под задачи с раз­лич­ными тре­бо­ва­ни­ями. В зави­си­мо­сти от при­ме­не­ния TRUMPF опре­де­ляет мощ­ность лазера и частоту повто­ре­ния импуль­сов, руко­вод­ству­ясь прин­ци­пом: «как можно меньше и не более того, что необ­хо­димо». В итоге тех­но­ло­гия поз­во­ляет эко­но­мить до пяти раз по срав­не­нию с очист­кой хими­че­скими реа­ген­тами.

Чистая альтернатива

«Чистым» явля­ется не только резуль­тат обра­ботки, но и сама тех­но­ло­гия в целом. В отли­чие от хими­че­ских спо­со­бов, она не тре­бует исполь­зо­ва­ние ток­сич­ных рас­тво­ри­те­лей и избе­гает шумо­вого загряз­не­ния харак­тер­ного для меха­ни­че­ских спо­со­бов. Более того, лазер­ная очистка мягче, эко­но­мич­нее и зна­чи­тельно быст­рее дру­гих мето­дов. Эти пре­иму­ще­ства уже оце­нили в авто­мо­биль­ной инду­стрии и за ними сле­дуют осталь­ные, осо­зна­вая, что лазер — это инстру­мент очистки со мно­же­ством при­ме­не­ний.

Подготовлено по материалам:
THE GENTLE OIL REMOVER [Laser-Community]

Применение лазерной сварки

В Европе лазерные технологии широко используют крупнейшие автомобилестроительные фирмы: BMV, Renault, Audi, Mercedes, Volkswagen. Лазерные технологии в автомобилестроении используются при сварке деталей сцепления, шестерен, деталей кузова, глушителей, топливного бака, сварке и резке панелей, резке и маркировке деталей интерьера, маркировке кодов и др. Использование лазерной сварки в автомобилестроении обеспечивает повышение производительности, сокращение трудоемкости и стоимости работ (до 3х раз), снижение затрат на рихтовку, повышение ресурса сварных соединений, повышение коррозионной стойкости и ресурса автомобиля, повышение жесткости и прочности соединений, позволяет изменить их конструкцию, устраняет необходимость механической обработки после сварки. Лазерная сварка деталей автомобилей позволяет при уменьшении их веса на 1% снизить расход топлива на 0,6%, что обеспечивает снижение себестоимости автомобиля и повышает его пассивную безопасность.

 

Лазерные технологии в авиастроении позволяют осуществлять сварку и высокоточный раскрой Т1, А1+Т1, А1 +сталь, Т и А1 — сплавов, жаропрочных сталей, углепластиков, стекловолоконных и композитных материалов, выполнять маркировку деталей и узлов (металлы, пластмассы, керамика и др.). Лазерная сварка панелей фюзеляжа обеспечивает высокую производительность: скорость сварки до 5 м/мин. Минимальное термическое воздействие на металл уменьшает сварочные деформации и в 3-4 раза по сравнению с аргонодуговой сваркой снижает объем работ по рихтовке. Меньшее выгорание легирующих добавок обеспечивает механические свойства металла сварного соединения на уровне 95-97% от основного материала. Эффект глубокого проплавления позволяет изменять конструкцию узлов и соединений, снижая вес без потерь прочности. Новое качество поверхности понижает аэродинамическое сопротивление, что, например, для самолета А-380 позволяет снизить расход топлива за один трансатлантический перелет на 750 кг. Для этого же самолета повышение ресурса сварных соединений за 25 лет эксплуатации воздушного судна обеспечивает экономию 9 млн. евро.

 

В судостроении лазерные технологии (резка и сварка) широко используются на верфях Германии, Японии, Кореи, США, Великобритании, Дании, Финляндии, обеспечивая производительность, качество, экономию на рихтовке после сварки, повышение точности, снижение трудоемкости. Судовые секции на основе сваренных лазером плоских панелей отличает высокая прочность, звуко- и теплоизоляция, отсутствие необходимости их правки после сборки, малый вес и малая высота конструкции. По оценкам датских экономистов годовая экономия за счет внедрения лазерной резки и сварки при постройке двух судов водоизмещением 50 тыс. тонн составляет 83 тыс. $. Как утверждают западноевропейские эксперты, за счет широкого внедрения лазерные технологии в судостроение общие расходы, связанные со сварочными работами, могут быть уменьшены на 50 %.

 

Лазерная и гибридная сварки труб и трубопроводов обеспечивают более чем двукратную производительность (1800 м) за смену (10 часов), по сравнению с ручной дуговой сваркой и сваркой в защитном газе (540 м и 860 м соответственно), при меньшем количестве персонала и единиц оборудования.

 

В случае комплексного применения автоматизированных и роботизированных лазерных технологий резки деталей и сварки конструкций суммарные затраты на их изготовление снижаются в среднем 2-3 раза по сравнению с традиционными технологиями.

 

В промышленности Европы, как правило, применяются лазеры мощностью до 3-6 кВт, в основном для резки и реже — для сварки. Например, лазерные комплексы «TRUMATIC L3050» с 5 кВт лазером, «Bystar 3015», «Bystar 4025» обеспечивают высококачественную резку листового материала толщиной до 25 мм (по стали), до 12 мм (по алюминию), труб и различных профильных конструкций. Комплексы для резки с лазером модели С 6000-Е производства фирмы «GE Fanuc» (Япония), являющейся лидером в Европе по применению лазеров, обладает широким спектром применений, например, может устойчиво резать конструкционную сталь толщиной до 32 мм.

 

Для применений в машиностроении очень перспективны диодные лазеры, имеющие наибольший КПД из всех известных лазерных источников излучения, используемых для обработки материалов.

 

На основе диодных лазеров созданы ЛТК для сварки и термообработки, в том числе и с использованием волоконно-оптических систем транспортировки излучения. В частности, фирма «Laserlink» (Германия) выпускает такие лазеры мощностью до 3 кВт, а фирма «Rofin Sinar» изготавливает диодные лазеры с мощностью 2,5 кВт и полным КПД > 30%. Компактный лазер данного типа с использованием световодов, может быть использован для мелких сварочно-монтажных и ремонтных работ в судостроении, в стеснённых условиях.

Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применение

Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применение

Введение

В последние годы внедрение лазерной техники во все отрасли народного хозяйства значительно расширилось. Уже сейчас лазеры используются в космических исследованиях, в машиностроении, в медицине, в вычислительной технике, в самолетостроении и военной технике. Появились публикации, в которых отмечается, что лазеры пригодились и в агропроме. Непрерывно совершенствуется применение лазеров в научных исследованиях – физических, химических, биологических.

В результате гонки вооружений, навязанной американской военщиной, ускоренными темпами идет использование лазеров в раз.1ичных видах военной техники — наземной, морской, воздушной.

Ряд образцов лазерной техники — дальномеры, высотомеры, локаторы, системы самонаведения — поступили на вооружение в армиях США, Англии, Франции, Японии. В Советском Союзе также находят применение военные приборы, в основе которых в качестве источника излучения используется лазер.

В связи с этим молодежи, призванной в Вооруженные Силы, необходимо знать принципы работы лазеров, а также основанных на их использовании приборов.

Объяснение слова «лазер» дано в словаре терминов, приведенном в конце книги. Этим словарем следует пользоваться всякий раз, встречая то или иное малознакомое для вас слово или понятие.

В основу работы лазеров положено явление усиления электромагнитных колебаний при помощи вынужденного (стимулированного) излучения атомов и молекул, которое было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году. Он показал, что между средой, состоящей из молекул, атомов, электронов, и светом постоянно происходит обмен энергией в результате порождения одних и уничтожения других квантов света. Среда может как поглощать и рассеивать, так и, при определенных условиях, усиливать падающее на нее излучение. Причем излучение может быть как спонтанным (самопроизвольным), так и стимулированным.

…

---

Будущее лазеров в автомобильной промышленности | Особенности | Январь 2006 г.

Достижения в лазерных технологиях легко внедряются автопроизводителями.

Клаус Лёффлер, Volkswagen AG

Мировая автомобильная промышленность была пионером в применении лазерных технологий в производственном процессе, возможно, начиная с 1973 года, когда Ford Motor Co. приобрела систему лазерной сварки днища кузова для сборочного конвейера. Сегодня новые технологии твердотельных лазеров развиваются беспрецедентными темпами — в некоторых отношениях даже быстрее, чем закон Мура предсказывает достижения в полупроводниковой технологии (рис. 1).Как эти достижения используются в автомобильной промышленности и как они будут использоваться в будущем?

Рис. 1. За последние несколько лет развитие мощных твердотельных лазеров опередило закон Мура. На этой диаграмме показана доступная мощность коммерческих одномодовых и многомодовых твердотельных лазеров и, для сравнения, какой была бы мощность, если бы она ежегодно удваивалась.

---

Традиционно использование лазеров в автомобильной промышленности было связано с новыми приложениями.Например, в 1980-х годах использование лазеров расширилось до сварки деталей зубчатых передач, производства компонентов подушек безопасности и сварки таких компонентов двигателя, как клапаны впрыска. К 1990-м годам они нашли применение в производстве автомобильных кузовов за счет значительного расширения использования свариваемых на заказ заготовок и гидроформованных деталей. Сегодня они работают у контрактных поставщиков по всему миру.

Можно получить некоторое представление об автомобильном применении лазеров, рассмотрев последние разработки Volkswagen AG.С 1993 года компания внедряет лазеры в производство кузовов своих автомобилей, особенно для марок Volkswagen и Audi. Сейчас на сборочных заводах по всему миру установлено более 800 мощных лазеров.

Новый Passat поставил перед инженерами-производителями задачу: найти эффективный способ резания сверхвысокой прочности стали, из которой производится автомобиль. Этот новый материал улучшает статическую и динамическую жесткость на кручение, а также динамическую жесткость на изгиб.С точки зрения производителя, лазерная технология оказалась наиболее экономичным методом резки материала. С точки зрения заказчика, лазерная технология позволяет создать автомобиль с улучшенной управляемостью в результате более жесткого кузова и с меньшим расходом топлива в результате меньшего веса автомобиля.

---

Роботизированная лазерная сварка кузова автомобиля Volkswagen.

---

Volkswagen, конечно же, не единственный производитель, использующий новые лазерные технологии для увеличения стоимости продукции.DaimlerChrysler AG активно интегрирует лазеры в производство автомобильных кузовов. Большинство производителей автомобилей, включая Audi AG, BMW AG, Toyota Motor Corp., Nissan Motor Co. Ltd., Volvo и Hyundai Motor Co., уже много лет используют лазеры для соединения металлов. Ford и General Motors Corp. также изучают преимущества лазерного соединения, и есть признаки его внедрения в обеих компаниях.

Тенденции будущего

В большинстве случаев лазерная обработка кузовов автомобилей связана с соединением одного металла с другим; например, при сварке внахлест, пайке краевых швов и выполнении угловых швов, например, на крыше и крышке багажника (рис. 2).Около 400 твердотельных лазеров мощностью 4 кВт сваривают кузова автомобилей на шести заводах Volkswagen по всему миру — четырех в Европе и по одному в Северной Америке и Африке. Материалы — это горячеоцинкованная автомобильная сталь с цинковым покрытием. Модели Golf, Touran и Jetta имеют более 50 м лазерной стыковки на автомобиль.

---

Рис. 2. Лазерная сварка стала излюбленным методом соединения металлов в кузовах автомобилей.

---

Лазерные методы, которые, вероятно, сохранят свое значение, имеют несколько преимуществ по сравнению с традиционными технологиями соединения металлов:

• Повышенная скорость процесса, что приводит к более высокой производительности, сокращению времени цикла и минимальному тепловому искажению соединяемых деталей.

• Компактные производственные линии с минимальной занимаемой площадью.

• Повышенная прочность соединений по сравнению с большинством альтернативных методов соединения непрерывными сварными швами.

• Уменьшение ширины или отсутствие фланца, что приводит к уменьшению веса автомобиля.

• Большая гибкость инструментов. Один и тот же лазер может сваривать, паять и резать. Кроме того, один лазер может обслуживать несколько рабочих ячеек с помощью оптоволоконных кабелей.

Чтобы понять прогнозируемую эволюцию лазерных приложений в автомобилестроении, полезно понять, как некоторые из новых технологий влияют на эту область.

Дисковые лазеры и волоконные лазеры

Дисковые лазеры и волоконные лазеры предлагают более высокую мощность и лучшую расходимость луча, чем предыдущие лазеры. Как промышленность будет использовать эти лазеры с качеством луча 3 мм · мрад и мощностью от 4 до 6 кВт?

Рассмотрим автоматизированную волоконно-оптическую доставку лазерной энергии к заготовке. Пара сканирующих зеркал на конце манипулятора-робота быстро перемещает луч вдоль целевого сустава. Технология, первоначально разработанная Mercedes Car Group DaimlerChrysler, была воплощена в машинах, которые доступны от нескольких поставщиков.

Хотя эти системы лазерной сварки обеспечивают лучшие и более легкие сварные швы, чем обычные системы, они также имеют более тонкие преимущества. Они предлагают разработчикам полную гибкость в выборе расположения и геометрии сварных швов без потери скорости. Проектировщики могут разместить стыки с наиболее подходящей геометрией в выбранном месте, чтобы учесть результаты программ расчета / моделирования. Конструкторы могут минимизировать количество необходимых сварных швов, оптимизировать жесткость и безопасность автомобиля и минимизировать производственные затраты.

Но недостатком существующих систем роботизированного манипулятора является довольно низкий коэффициент использования лазера, который находится в диапазоне от 30 до 50 процентов. В более старых лазерах рабочий конец манипулятора должен находиться в пределах 150 мм от каждого сварного шва, и для его перемещения от одного шва к другому требуется значительное время. Машина тратит больше времени на перемещение манипулятора, чем на сварку.

Улучшенное качество луча новых дисковых лазеров означает, что такой же сварной шов можно производить с помощью линзы с большим фокусным расстоянием.Более длинное фокусное расстояние означает, что роботизированная рука может находиться дальше от заготовки, чем она была — возможно, на 500 мм. Таким образом, время, затрачиваемое на переход от одного сварного шва к другому, может быть сокращено с секунд до миллисекунд, а эффективность использования лазера может быть намного выше.

Одна из первых систем, использующих дисковый лазер мощностью 4 кВт в сочетании с роботизированным манипулятором, была установлена ​​для изготовления задней полки нового Volkswagen Passat.

Хотя дисковые лазеры и волоконные лазеры стали основой многих недавних достижений в автомобильной технологии, в будущем возможно прямое применение диодных лазеров.Уже сейчас диодные лазеры почти готовы заменить лазеры на Nd: YAG при пайке. Более того, они будут внедряться в автомобилестроение с более широким использованием пластмасс. Прямые диодные лазеры сваривают пластиковые контейнеры и коллекторы, и можно представить себе время, когда они будут применены к стыкам между пластиковыми панелями экстерьера автомобиля.

В будущем способы использования лазеров в производстве кузовов будут зависеть от конструкции автомобилей.Конструкции, основанные на космических каркасах, могут ускорить использование лазеров. Такие материалы, как композит и магний, лучше соединять с помощью других технологий.

Другие области применения

Сборка автомобильных кузовов — это сердце автомобилестроения, но лазеры также находят применение в других областях. Одна из таких областей — производство небольших сенсорных компонентов; например, датчики подушек безопасности и воспламенители, датчики антиблокировочной системы тормозов и клапаны впрыска.В производстве этих деталей задействованы многие сотни лазеров.

Перспективным новым применением является обработка поверхностей, разработанная компанией Gehring GmbH & Co. KG из Остфильдерна, Германия. Стенки цилиндров двигателя Volkswagen Race Touareg структурированы с помощью лазера для создания небольших углублений, в которых собирается смазка, чтобы двигатель работал бесперебойно. General Motors также использует лазеры для придания микроструктурированности стенкам цилиндров.

Заглядывая в будущее, можно предвидеть эволюцию двигателей, не работающих на бензине, в автомобилях.Однажды коробки передач, трансмиссии, трансмиссии, клапаны впрыска, бензиновые двигатели и рулевые колонки могут стать историей. Электроприводные подходы и альтернативные двигательные системы будущего потребуют новых производственных технологий. Предположительно, лазеры будут продолжать играть важную роль в этих технологиях.

Топливные элементы, например, часто рассматриваются как источники энергии для будущих автомобилей. Топливные элементы состоят из тонкой фольги, и для их серийного производства потребуются прецизионная высокоскоростная сварка, резка и сверление.Эти требования кажутся естественными для возможностей лазерных станков.

Познакомьтесь с автором

Клаус Леффлер возглавляет отдел технологического проектирования Volkswagen AG в Вольфсбурге, Германия; электронная почта: [электронная почта защищена].

Использование лазеров в автомобильной промышленности

Типичные области применения лазерной обработки в автомобилях.

С тех пор, как Генри Форд представил в отрасли первую движущуюся производственную линию в 1913 году, производители автомобилей постоянно стремятся оптимизировать свои процессы, в конечном итоге стремясь снизить затраты и увеличить свою прибыль за счет сокращения времени сборки.Современное автомобильное производство отличается высокой степенью автоматизации, и роботы уже много лет являются обычным явлением в отрасли. В настоящее время в сочетании с этой технологией используются лазеры, заменяющие обычные инструменты и приносящие множество дополнительных преимуществ производственному процессу.

В автомобилестроении используются самые разные материалы, включая пластмассы, текстиль, стекло и резину, все из которых можно успешно обрабатывать с помощью лазера. Фактически, компоненты и материалы, обработанные лазером, используются практически во всех областях типичного автомобиля, как в интерьере, так и в экстерьере.Лазеры используются на всех этапах процесса производства автомобилей, от проектирования и разработки до окончательной сборки. Не ограничиваясь массовым производством, лазеры находят применение даже в производстве специализированных автомобилей высокого класса, где производительность относительно невысока, а некоторые процессы все еще выполняются вручную. Здесь цель не в расширении или ускорении производства, а в улучшении качества, повторяемости и надежности обработки, тем самым снижая процент брака и потери дорогостоящих материалов.

Одна из областей, где лазеры наиболее широко используются, — это обработка пластмассовых деталей; к ним относятся внутренние панели и панели приборной панели, стойки, бамперы, спойлеры, накладки, номерные знаки и кожухи освещения. Автомобильные компоненты могут быть изготовлены из самых разных пластиков, включая ABS, TPO, полипропилен, поликарбонат, HDPE и акрил, а также из различных композитов и ламинатов. Пластмассы могут быть голыми или окрашенными, а также могут быть объединены с другими материалами, например, обтянутыми тканью внутренними колоннами и опорными конструкциями, заполненными углеродными или стеклянными волокнами для усиления.Лазеры можно использовать для вырезания или сверления отверстий для точек крепления, освещения, переключателей, датчиков парковки и других компонентов, а также для удаления или обрезки лишнего пластика, оставшегося в процессе литья под давлением.

Корпуса и линзы фар, изготовленные из прозрачного пластика, часто требуют лазерной обрезки, чтобы удалить выступы пластиковых отходов, оставшихся после формования. Детали ламп обычно изготавливаются из поликарбоната, который выбирают из-за его оптической прозрачности, высокой ударопрочности и устойчивости к погодным условиям и УФ-лучам.Хотя лазерная обработка оставляет этот конкретный пластик с шероховатой отделкой, края, вырезанные лазером, не видны, когда фара полностью собрана. Многие другие пластмассы можно резать с высококачественной отделкой, оставляя гладкие края, которые не требуют дополнительной очистки или дальнейшей модификации.

Для многих из этих приложений лазеры работают вместе с роботизированными системами из-за трехмерной природы обрабатываемых деталей. В некоторых случаях робот поднимает деталь и передает ее неподвижной обрабатывающей головке, манипулируя ею по мере необходимости для завершения резки.В качестве альтернативы сам лазер может быть установлен на манипуляторе робота, чтобы направлять луч по трехмерным контурам детали.

Многие процессы реализуются с использованием комбинации этих двух методов, манипулируя как лазерной головкой, так и деталью для выполнения нескольких операций резания с максимальной эффективностью. Во многих случаях в одной роботизированной ячейке можно выполнять несколько лазерных процессов, что улучшает продолжительность цикла и эффективность производства.

Лазерные операции могут выполняться на деталях, геометрия которых делает некоторые области недоступными для обычных инструментов.Минимизируются отходы и время простоя — благодаря бесконтактному характеру процесса инструмент не изнашивается и не ломается, а лазер требует минимального обслуживания. Безопасность оператора обеспечивается, потому что весь процесс происходит внутри закрытой ячейки без вмешательства пользователя; нет движущихся лопастей и, следовательно, нет никаких связанных с этим опасностей. Лазерная обработка означает, что конструкция может быть изменена быстро и легко без дополнительных затрат на инструмент, и при этом могут быть получены стабильные результаты.

Операции по резке пластика могут выполняться с мощностью лазера от 125 Вт и выше, в зависимости от времени, доступного для выполнения задачи. Для большинства пластиков зависимость между мощностью лазера и скоростью обработки является линейной, а это означает, что мощность лазера необходимо удвоить, чтобы добиться двукратного увеличения скорости резки. Время обработки также необходимо учитывать при оценке общего времени цикла для набора операций, чтобы мощность лазера могла быть выбрана соответствующим образом.

Лазерная обработка пластмасс не ограничивается резкой и обрезкой; фактически та же самая лазерная технология может использоваться для модификации поверхности или удаления краски с выбранных участков из пластика или композита.Это часто необходимо, когда компонент должен быть прикреплен клеем к окрашенной поверхности; может потребоваться удалить верхний слой краски или придать поверхности шероховатость, чтобы гарантировать хорошую адгезию. В этом случае лазер используется в сочетании со сканером гальванометра для прохождения лазерного луча по требуемой области с высокой скоростью, доставляя достаточно энергии для абляции поверхности без повреждения основной массы материала. Можно легко реализовать точную геометрию, можно контролировать глубину абляции и текстуру поверхности, а шаблоны абляции можно изменять по мере необходимости с минимальными усилиями.

Лазеры широко используются при обработке пластмассовых деталей, например, для внутренних и приборных панелей.

Конечно, автомобили не целиком состоят из пластика, и лазеры также могут использоваться для резки многих других материалов, используемых в автомобилестроении. Интерьер автомобиля обычно состоит из нескольких различных текстильных материалов, наиболее очевидным из которых является ткань для обивки. Скорость обработки зависит от типа и толщины ткани, но лазер с большей мощностью будет резать с пропорционально большей скоростью.Большинство синтетических тканей обрезано чисто, а края запечатаны, чтобы материал не растрепался во время последующей сшивки и сборки автомобильных сидений. Лазеры

можно использовать для сверления небольших дренажных отверстий диаметром всего несколько миллиметров каждое в резиновых уплотнителях дверей и задних дверей автомобилей. Лазеры можно использовать для аккуратного разрезания синтетических тканей и герметизации краев, чтобы ткань не потрепалась во время прошивка и сборка автокресел.

Кожу, как натуральную, так и синтетическую, можно разрезать для обивки автомобиля таким же образом.Тканевые покрытия, которые часто можно увидеть на внутренних стойках многих потребительских транспортных средств, часто обрабатываются лазером. Ткань приклеивается к этим деталям в процессе формования, поэтому необходимо удалить излишки с краев перед установкой в ​​автомобиль. Опять же, это 5-осевой роботизированный процесс, в котором режущая головка повторяет контуры детали и аккуратно подрезает ткань. Для этого обычно используются лазеры серий Luxinar SR и OEM.

Ткани — это не только украшение и комфорт; технический текстиль используется в системах безопасности транспортных средств, а именно в ремнях безопасности и подушках безопасности.Плоские тканые материалы для подушек безопасности обычно имеют силиконовое покрытие для достижения желаемой воздухопроницаемости и должны быть вырезаны лазером для придания формы перед сшиванием частей вместе. Цельнотканые (OPW) подушки безопасности также требуют обрезки, для которой лазер — идеальный инструмент. В обоих случаях бесконтактный характер процесса означает, что обращение с тканью сводится к минимуму, и поэтому вероятность повреждения силиконового покрытия снижается, что может нарушить целостность подушки безопасности.

Операции по резке пластика могут выполняться с мощностью лазера от 125 Вт и выше.

По мере развития автомобильной промышленности производители автомобилей постоянно используют лазеры по-новому. В настоящее время отрасль претерпевает радикальные изменения в сторону электрических и гибридных транспортных средств с введением так называемой концепции «электронной мобильности», а именно замены традиционных двигателей внутреннего сгорания на технологию электрического привода. Это требует от производителей внедрения множества новых компонентов и производственных процессов.

В электродвигателях используются медные шпильки — толстые прямоугольные медные провода, которые создают магнитное поле внутри статора двигателя.Шпильки покрыты диэлектрической эмалью, которую необходимо частично удалить, чтобы шпильки можно было приварить. Наиболее эффективно этот процесс осуществляется с помощью лазера. Сканер-гальванометр используется для пропускания луча по требуемой области, поворачивая шпильку в середине процесса, чтобы удалить абляцию со всех сторон, не повреждая медь. Хотя обычно требуется несколько проходов, чтобы гарантировать, что металлическая поверхность будет полностью чистой и свободной от остатков, лазерный процесс чище и быстрее, чем эквивалентная механическая операция.

Предложение Luxinar в автомобильной промышленности не ограничивается промышленными лазерными источниками; Система лазерной маркировки MULTISCAN CO ₂ также может использоваться по-разному. В резиновом уплотнении вокруг двери автомобиля или задней двери есть небольшие дренажные отверстия диаметром несколько миллиметров каждое. Они просверливаются в полой резиновой экструзии на лету, используя MULTISCAN для отслеживания движущегося продукта.

Резина для щеток стеклоочистителей может обрабатываться аналогичным образом.MULTISCAN также может использоваться для маркировки различных автомобильных деталей с информацией для идентификации, отслеживания или безопасности; к ним относятся пластиковые детали, щетки стеклоочистителя и автомобильные окна. Лазерная маркировка выгодно отличается от альтернатив; это устраняет высокие затраты на расходные материалы, присущие технологии струйной печати, а также в большинстве случаев дает более стойкую, несмываемую отметку. Горячее тиснение обеспечивает постоянство и качество маркировки, но это достигается за счет гибкости, поскольку для каждой марки требуется отдельный штамп.С другой стороны, лазерная маркировка является быстрой, универсальной и адаптируемой. информация и графика, подлежащие маркировке, могут быть изменены очень легко, без замены инструментов и без простоев.

Преимущества лазерной обработки многочисленны. Помимо неизменно высокого качества и надежности, лазерная обработка отличается высокой гибкостью и адаптируется к огромному разнообразию компонентов, материалов и процессов, используемых в автомобильной промышленности. Лазеры могут резать, сверлить, маркировать, сваривать, разметать и аблировать; Другими словами, лазерная технология бесконечно универсальна, что делает ее неотъемлемой частью отрасли, которая постоянно движется вперед.

Корпуса и линзы фар, сделанные из прозрачного пластика, часто требуют лазерной обрезки, чтобы удалить выступы пластиковых отходов, оставшихся после формования.

Эта статья написана доктором Луизой Мэй, инженером по приложениям, Luxinar Ltd. (Кингстон-апон-Халл, Великобритания). Для получения дополнительной информации свяжитесь с доктором Мэй по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или посетите здесь .

---

Photonics & Imaging Technology Magazine

Эта статья впервые появилась в мае 2020 года в журнале Photonics & Imaging Technology Magazine.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Промышленные лазеры и применение в автомобильной сварке

S T Riches, TWI

Этот документ был представлен 22 октября 1998 г. на семинаре Make It With Lasers ^TM « Лазеры в автомобильной промышленности », который проводился в Nissan Motor Manufacturing (UK) Ltd, Сандерленд.

Введение

Использование лазеров в автомобилестроении резко возросло за последние годы до уровня, когда около 15% всех промышленных обрабатывающих лазеров устанавливаются в производстве.Хотя лазеры предназначены в основном для резки, значительная и постоянно возрастающая доля лазеров применяется для сварки. По данным опроса 1992 года, около 20% лазеров, установленных в автомобильной промышленности, использовались для сварки. ^[1] С того времени произошел взрывной рост в области сварки, особенно с участием производителей стали, для изготовления заготовок по индивидуальному заказу и для сварки корпусов в белом цвете.

В этом документе будут рассмотрены типы промышленных лазеров, которые доступны для сварки, затем будет описан диапазон текущих приложений, используемых в автомобильной промышленности, и выделены области, в которых разработки технологий обработки и оборудования могут повлиять на лазерную сварку в будущем. .

Типы промышленных лазеров

Существует два основных типа промышленных лазеров, представляющих интерес для изготовления конструкций; CO ₂ и Nd: YAG лазеры. Лазеры имеют разные характеристики, которые приведены в таблице 1 .

Таблица 1. Сводка характеристик CO ₂ и Nd: YAG лазеров

Свойство	CO 2 лазер	Nd: YAG лазер
Лазерная среда	CO 2 + N 2 + He	Кристаллический стержень иттрия, легированного неодимом Алюминиевый гранат
Длина волны излучения	10.6 мкм	1,06 мкм
Метод возбуждения	Электрический разряд	Фонари
КПД	5-10%	2,5-5%
Выходная мощность	до 60 кВт	до 4 кВт
Передача луча	Зеркала полированные	Волоконно-оптический кабель

CO _{2 лазеры высокой мощности} в основном используются для сварки автомобильных компонентов, таких как зубчатые колеса и компоненты трансмиссии, которые требуют круглых и кольцевых сварных швов и в специальных заготовках.Большинство лазеров имеют мощность 6 кВт или меньше.

Nd: YAG-лазеры высокой мощности теперь доступны при мощности заготовки 4 кВт, которые имеют оптоволоконную доставку луча. Сварочные работы сконцентрированы на сборке «белый корпус». В ближайшие 2-3 года, вероятно, будет разработано более мощное оборудование, и, вероятно, произойдет повышение эффективности Nd: YAG-лазеров с появлением Nd: YAG-лазеров с диодной накачкой.

В лазерной промышленности одним из основных достижений за последние два года стали диодные лазеры (длина волны 0.8-0,9 мкм), где сейчас коммерчески доступны системы мощностью 2 кВт. Однако при текущем состоянии разработки не удалось достичь необходимой плотности мощности для сварки листовых материалов, используемых в автомобильной промышленности (около 1×10 ⁶ Вт / см ² ). В Германии ведутся исследования по разработке диодных лазеров и способов их применения, и эта ситуация может измениться в ближайшие 3 года.

Лазерная сварка в автомобильной промышленности

Сварка автомобильных компонентов

Применение лазера в производстве компонентов охватывает детали двигателя, детали трансмиссии, генераторы переменного тока, соленоиды, топливные форсунки, топливные фильтры, оборудование для кондиционирования воздуха и подушки безопасности.Пример соленоида, сваренного лазерной сваркой, показан на рис. 1. , а компонент шестерни показан на рис. 2. Преимущества лазерной сварки для этих применений заключаются в возможности сваривать предварительно обработанные прецизионные компоненты с ограниченным тепловложением. и минимальное искажение ^[2] . Это позволяет снизить вес за счет использования тонкостенных узлов и оптимизации компактности компонента.

Рис. 1. Соленоид, сваренный лазером на CO 2.

Рис.2. Лазерная сварка деталей зубчатых колес CO 2.

В промышленном производстве доказаны преимущества процесса лазерной сварки по сравнению с такими альтернативами, как электронно-лучевая сварка. Это происходит главным образом из-за высокой производительности и небольшого времени простоя по сравнению с вакуумными системами и, как следствие, снижения производственных затрат ^[3] . Однако необходимо затратить много усилий на подготовку компонентов, и требуется высокая точность обработки компонентов и передачи луча. ^[4]

Большинство производителей автомобилей вложили значительные средства в лазерную технологию CO ₂ для таких применений, и большинство проблем, связанных с производством миллионов компонентов, были решены. Разработки были сосредоточены на расширении диапазона комбинаций материалов, которые можно сваривать с помощью лазеров, включая соединение чугуна со сталью за счет использования методов подачи проволоки и оптимизации процедур упрочнения компонентов, избегая при этом проблем с растрескиванием из-за высокого уровня углерода в зона сварного шва.

Сварка кузова автомобиля

В течение последних 40 лет сварные швы в серийно производимых деталях кузова почти полностью выполнялись из штампованных стальных листов и соединялись точечной сваркой сопротивлением. Потенциальные преимущества внедрения технологии лазерной сварки многочисленны — преимущества могут быть получены в отношении одностороннего доступа, уменьшенной ширины фланца, повышенной жесткости на скручивание (что приводит к улучшенным конструкционным характеристикам автомобиля и / или уменьшению толщины материала), меньшего теплового воздействия. зоны и меньшее тепловое искажение, высокая скорость автоматизированной обработки и гибкость конструкции (например,в многослойных стыках).

Во всем мире была проведена обширная работа для реализации потенциала лазерной сварки для производства автомобильных кузовов. По мере приближения нового века количество систем, устанавливаемых на производстве, увеличивается, и в них используются два основных типа лазерной сварки. Первый — это прямая замена точечной контактной сварки или склеивания, когда соединения внахлест или фланцевые соединения по кромке используются на штампованных компонентах для сборки корпуса в белом цвете. Второй — это лазерная стыковая сварка плоских листов (которые могут иметь разную толщину или марку материала), из которых впоследствии формируются прессовки.Прессовки называются «заготовками по индивидуальному заказу», и широкое распространение этой технологии привело к появлению ряда компаний и предприятий, связанных с производителями стали, чтобы удовлетворить потребности автомобильной промышленности в дополнение к собственному производству.

Белый корпус

Расширяется использование лазерной сварки листовых сборок вместо точечной контактной сварки, где приварка крыши к боковой панели является одним из наиболее распространенных применений. ^[5,6] Этот компонент обычно представляет собой двухслойное соединение внахлест из оцинкованной стали с периодической толщиной трех свариваемых слоев на длине 2,5–3 м. Одной из основных проблем лазерной сварки этих типов соединений является наличие цинкового покрытия на границе раздела между листами, где низкая температура испарения цинка (906 ° C) может вызвать проблемы с консистенцией сварного шва из-за образование раковин и пористости, если листы плотно прижаты друг к другу.Для решения этой проблемы были приняты различные подходы, в том числе:

• Роликовые зажимные системы, создающие зазор на стыке
• Вырубка ямок на стальных штампах постоянной глубины

В настоящее время производятся лазеры CO ₂ и Nd: YAG для этого типа приложений, и прогнозируется, что применение лазеров Nd: YAG будет расти из-за гибкости доставки волоконно-оптического луча по мере появления более высоких мощностей. Недавний обзор применения лазеров в BMW показал, что на некоторых моделях ^[7] выполняется 9-11 метров лазерной сварки, а в рамках проекта ULSAB ^[8] в своей концептуальной структуре используется более 18 метров лазерной сварки.

Рис. 3. Соединение внахлест на листе из алюминиевого сплава 5754 толщиной 1,6 мм, сваренное со скоростью 5 м / мин с помощью CO 2 -лазера

Лазерная сварка также применяется при производстве швов с частичным проплавлением, например, в кромочных фланцах, часто используемых в дверях, капотах, крышках багажников и других затворах [9]. Хотя большая часть работы выполнялась на стальном листе, был проведен ряд программ для алюминиевых сплавов. ^[5] Лазерная сварка алюминиевых сплавов сложнее, чем стали, из-за высокой отражательной способности и теплопроводности материала, низкой вязкости жидкого алюминия и тенденции к образованию трещин и пористости в сварных швах некоторых сплавов.Обширная работа за последние 10 лет продемонстрировала возможность лазерной сварки алюминиевых сплавов с использованием лазеров CO ₂ и Nd: YAG, где после превышения пороговой плотности мощности для определенного сплава можно выполнить сварку в замочную скважину и сварные швы. изготавливаться со скоростью сварки, аналогичной скорости сварки стальных листов, см. Рис. 3.

Рис.4. Заготовка по индивидуальному заказу во внутренней панели двери

Сварка заготовок по индивидуальному заказу

Принцип использования заготовок, изготовленных с помощью лазерной сварки, в автомобилестроении начался с производства для Audi поддона пола, состоящего из двух частей.С тех пор область применения специальных заготовок значительно расширилась, поскольку постепенно стало понятно, что вырубка на заказ — это рентабельный метод производства при одновременном снижении веса. Основные преимущества заключаются в способности соединять материалы разной толщины и сорта (что позволяет размещать вес / прочность там, где это необходимо), улучшенном использовании материала из стальной полосы и высокой степени возможной автоматизации. Эти преимущества позволили сократить количество операций прессования, например, за счет исключения армирования, которое более чем компенсировало стоимость изготовления заготовок по индивидуальному заказу.Типы применения специальных заготовок расширяются и включают рельсы, рокеры панели, юбки панелей, внутренние части дверей (рис. 4.) , боковые наружные части кузова и, в концептуальном автомобиле ULSAB, ne

При изготовлении заготовок по индивидуальному заказу возникают два основных вопроса: подготовка кромок к сварке и выбор типа лазера. Для подготовки кромок желательно использовать стандартные глухие кромки, но для этого обычно требуются специальные зажимные или сварочные системы, обеспечивающие равномерную сварку заготовок.Разработанные системы зажима включают использование бокового давления на приспособления или использование роликовой системы для деформации листа, прилегающего к сварному шву, для обеспечения плотного контакта кромок листа (зазор <0,1 мм). Применяемые сварочные системы, где зазоры между листами составляют> 0,1 мм, включают в себя плетение балок или двойную точечную сварку, но это обычно снижает максимальные скорости сварки, которые могут быть достигнуты. Утверждается, что использование прецизионной повторной стрижки кромки перед сваркой в ​​системе для сварки заготовок улучшает однородность сварного шва, поскольку площадь поперечного сечения соединения гарантируется, а скорость сварки может быть максимальной. ^[10]

При выборе типа лазера общепринятой методикой является использование лазеров CO ₂ , а в автоматизированных производственных системах обычно имеется лазер мощностью 5-6 кВт. С развитием лазеров Nd: YAG с мощностью детали> 3 кВт был установлен ряд производственных систем для изготовления заготовок по индивидуальному заказу с заявленными преимуществами повышенной универсальности за счет доставки волоконно-оптического луча, более высоких скоростей сварки (благодаря улучшенному связь длины волны лазера), улучшенные допуски на зазоры и отказ от газовой защиты. ^[11] Так же, как и при подготовке кромок, экономические аспекты производства являются сложными и должны решаться в индивидуальном порядке.

Рис. 5. Испытание на выпуклость специальной заготовки из алюминиевого сплава, сваренной лазером

Используются листы из низкоуглеродистой и высокопрочной стали толщиной от 0,7 до 2 мм с некоторыми проблемами, о которых сообщалось, при условии, что сварные швы расположены в местах, где сварной шов не подвергается значительному перемещению по линии шва во время формовки.Для компонентов шасси и подрамника, где толщина стального листа, как правило, составляет от 2 до 4 мм, а предел текучести составляет до 400 МПа, существует аналогичное желание внедрить технологию изготовления специально разработанных заготовок, но выбор типа стали более важен для достижения оптимального качества. требуемая формуемость. [12]

Растет интерес к использованию алюминиевых сплавов для изготовления специальных заготовок, ^[11] , но лазерная сварка более критична, поскольку линия шва является слабой зоной, см. рис.5. Разработки были сосредоточены на применении подачи проволоки и двойной точечной сварки для улучшения качества и стабильности сварного шва.

Лазерная резка / сварка

Лазеры — это капиталоемкие инструменты, и для снижения затрат необходимо использовать системы для максимального увеличения их производственной мощности. Один из способов добиться этого — использовать один лазерный источник для резки и сварки. Этот принцип был продемонстрирован промышленно при изготовлении С-образной колонны, где два стальных листа с цинковым покрытием накладываются друг на друга в зажимной системе и затем вырезаются лазером.Затем обрезанные кромки перемещают и сваривают вместе в виде стыкового соединения с использованием присадочной проволоки. ^[13] В этом случае основным преимуществом является получение высококачественного сварного шва, который требует минимальной чистовой обработки для получения поверхности класса А.

Применение лазерной сварки в автомобилях будущего

Хотя прогнозируется, что вышеупомянутые области применения лазерной сварки в автомобилях будут расти, в некоторых случаях, со значительными темпами, существуют другие компоненты и материалы, которые получат выгоду от преимуществ лазерной сварки.Ниже перечислены некоторые из тем, в которых лазерная сварка может оказать влияние на промышленность:

• Прессованные детали для гидроформованных труб или профилей
• Производство гидроформованных труб по индивидуальному заказу или других усиленных конструкций, состоящих из сварного листа
• Производство узловых конструкций из отливок / профилей из алюминиевых сплавов или экструзий / профилей
• Сварка деталей из магниевого сплава

Успех этих приложений в конечном итоге будет зависеть от преимуществ в весе, производительности и стоимости, которые могут быть продемонстрированы для сценариев крупносерийного производства.

Заключительные замечания

Лазерная сварка «достигла совершеннолетия» в автомобилестроении, где она широко используется в производстве автомобильных компонентов, заготовок на заказ и сборки кузовов. Основные преимущества, которые можно получить за счет использования лазерной сварки, включают низкую деформацию, односторонний доступ, высокую жесткость компонентов на скручивание и экономию затрат за счет исключения других производственных операций. На сегодняшний день большинство приложений сосредоточено на сварке сталей, но растет доверие к лазерной сварке алюминиевых сплавов.

Появление лазеров Nd: YAG с высокой средней мощностью, обеспечивающих мощность более 3 кВт на обрабатываемую деталь, окажет все большее влияние на тип систем лазерной сварки, устанавливаемых на производстве, но возникнет значительная потребность в сокращении капитальных затрат и повышении эффективности лазерный источник. На этом значительном рынке также будет жесткая конкуренция со стороны производителей лазеров CO ₂ и нелазерных процессов.

---

Список литературы

№	Автор	Название
1	Roessler D et al.	«Лазерная обработка материалов в корпорации General Motors» Proc ISATA 92, июнь 1992 г., стр. 37-51	Вернуться к тексту
2	Давес К Дж	«Лазерная сварка в автомобилестроении» Proc LAMP 87, май 1987 г., стр. 523-528	Вернуться к тексту
3	Delord E и Sayegh G	«Производство лазерной сварки трансмиссионных валов для автомобильной промышленности» Proc ISATA 92, июнь 1992 г., стр. 439-446	Вернуться к тексту
4	Хопф G	«Сварка зубчатых колес силовой передачей / передаточным лазерным лучом — проверенная технология с дополнительными возможностями» Proc. Семинар MIWL по лазерному изготовлению для автомобильной промышленности, октябрь 1995 г.	Вернуться к тексту
5	Hanicke L и Johansson G	«Laser Processing at Volvo», Lasermaterialbearbeitung in Transportwesen, сентябрь 1997 г., стр. 113-132.
6	Штумке А. и др.	‘Laseranwendungen bei AUDI’, Lasermaterialbearbeitung in Transportwesen, сентябрь 1997 г., стр. 145-152	Вернуться к тексту
7	Hornig J	‘Laserbearbeitung bei BMW’, Lasermaterialbearbeitung in Transportwesen, сентябрь 1997 г., стр. 133-144	Вернуться к тексту
8		Электронный отчет ULSAB, июнь 1998 г.
9	Schweikhard F et al.	«Lasermaterialbearbeitung bei der Adam Opel AG — Entwicklungen und Andwendungen im Karosseriebau», Lasermaterialbearbeitung in Transportwesen, сентябрь 1997 г., стр. 91-102	Вернуться к тексту
10		VIL частное сообщение	Вернуться к тексту
11	Наим M	«Nd: YAG-лазеры для специальной сварки заготовок из стали и алюминиевых сплавов» Proc Семинар MIWL по лазерам в автомобильной промышленности, октябрь 1998 г.
12	Уодделл В., Джексон С., Уоллах Е. Р. и Ричес С. Т.	«Влияние структуры сварного шва на формуемость специальных заготовок» Производство и сборка корпусов, Proc IBEC 98, октябрь 1998 г.	Вернуться к тексту
13	Гейгер М. и др.	«Применение лазеров в автомобильной промышленности» Proc ISATA 92, июнь 1992 г., стр. 69-85	Вернуться к тексту

Как лазерная технология повышает эффективность автомобиля

Лазерные процессы помогают гибко производить легкие автомобильные кузова

RALF KIMMEL

Лазерная технология является важным ключом к снижению выбросов CO ₂ в легковых автомобилях.Множество лазерных инноваций для автомобилестроения способствуют достижению этой цели, и в данной статье представлен их обзор.

Транспортные средства будущих поколений будут намного легче своих предшественников, и лазерные производственные процессы играют важную роль в этом прогрессе. Примеры включают детали без фланцев; растущее использование алюминия, пластика, армированного углеродным волокном (CFRP), и других пластиков с высокими эксплуатационными характеристиками; а также термоформование и соединение пластмасс с металлами.Эти нововведения помогают снизить вес автомобиля, что, в свою очередь, увеличивает запас хода и снижает выбросы CO ₂ .

Легкая конструкция автомобиля благодаря лазерам

При соединении металлических листов обычной точечной сваркой необходимо перекрывать края. Для сравнения, сварка лазерным лучом делает возможными конструкции без фланцев. Здесь отдельные листы сначала собираются с помощью пазогребневого соединения, а затем свариваются лазером. Это дает несколько преимуществ: время обработки сокращается по сравнению с точечной сваркой; соединяемые элементы могут быть из разных материалов и толщины; а полученные конструкции не имеют лишнего материала и, таким образом, уменьшают вес ( РИСУНОК 1 ).Кроме того, предварительное позиционирование одной детали к другой снижает огромные усилия, которые в противном случае требовались бы для технологии зажима, предоставляя простые и недорогие зажимные приспособления.

РИСУНОК 1. Нефланцевые конструкции по сравнению с обычной точечной сваркой имеют много преимуществ в отношении времени обработки, использования материала и веса.

Там, где большие нагрузки требуют дополнительной устойчивости, при необходимости могут быть прикреплены армирующие конструкции.Соответствующие конструкции, такие как днище автомобиля, могут быть созданы с меньшим количеством инструментов. И для этого не требуются специальные инструменты, которые при подготовке к производству пришлось бы изготавливать в сложном технологическом процессе. Вместо этого все необходимые этапы обработки могут быть выполнены стандартным роботом для лазерной сварки.

Ярким примером этого процесса является «StreetScooter», развернутый почтовым отделением Германии. Он был разработан академическим отделением Рейнско-Вестфальского технического университета (Ахен, Германия) и построен на нижней части кузова без фланцев.В настоящее время около 40 из этих микроавтобусов находятся в пробном использовании, и на сегодняшний день они полностью успешны.

РИСУНОК 2. Пластмассы, армированные углеродным волокном, можно резать лазером до или после формования. При желании маты из чистого углеродного волокна можно разрезать до или после заполнения связующим полимером.

Использование лазеров позволяет создавать инновационные смеси материалов

Пластик, армированный углеродным волокном, также все чаще используется в легкой автомобильной технике, особенно в транспортных средствах, работающих исключительно на электричестве.Лазерная технология дает явные преимущества при резке и обработке подобных материалов. Таким образом, надрезы выполняются без касания материала или приложения какой-либо силы, гарантируя, что форма и структура материала останутся неизменными. Это исключает риск деформации даже в неармированных материалах. В зависимости от используемого производственного процесса резка и обработка могут происходить либо до, либо после формования деталей из углепластика ( РИСУНОК 2 ). Для резки заготовок из углеродного волокна TRUMPF предлагает свои лазерные системы TruFiber, оснащенные источниками луча TruDisk пространственной формы для резки трехмерных деталей.Если необходимо разрезать углепластик, мат из стекла или углеродного волокна, уже внедренный в связующее, то эта лазерная система — отличный выбор ( РИСУНОК 3 ). Здесь лазер плавит волокна чисто ( РИСУНОК 4 ).

РИСУНОК 3. Резка закаленной детали из углепластика: для материалов толщиной менее 4 мм лазер работает в два-три раза быстрее, чем струя воды или фрезерный инструмент, и обеспечивает более качественный рез.

Еще один способ улучшить производственные процессы с использованием лазерной технологии — это термическое соединение пластмасс с металлическими материалами без использования клея.Поскольку металлы и пластмассы имеют сильно различающиеся точки плавления, это было бы невозможно при использовании традиционной технологии сварки. Однако использование короткоимпульсного лазера позволяет создать определенный рисунок поднутрений в металле, в который вдавливается нагретый партнер из пластика. После того, как пластик остынет и затвердеет, два материала соединяются плотным соединением ( РИСУНОК 5, ). Исследования прочности на разрыв в таких соединениях показывают, что соединение достигает прочности основного материала.Сделанные таким образом соединения устойчивы к давлению и водонепроницаемы и остаются стабильными даже при динамической нагрузке.

РИСУНОК 4. Лазерный свет позволяет плавно разрезать тканые детали до почти чистой формы. Обработка обрезных краев не требуется.

Использование лазеров при горячей штамповке

Процессы горячей штамповки позволяют значительно снизить вес частей тела. Однако закаленные стали слишком прочные, чтобы их можно было резать на прессе.Лазерная технология также представляет собой элегантное решение этой проблемы. Детали вырезаются с помощью 3D-лазерной резки без износа и без приложения силы ( РИСУНОК 6 ). Эта чрезвычайно производительная технология также может быть использована для двумерной резки исходного материала перед его формованием в прессе. Здесь оптимизированные схемы раскроя могут сэкономить материал. Если модельный фейслифтинг или производные требуют последующих модификаций, на них можно повлиять, просто перепрограммировав лазерного робота. Нет необходимости разрабатывать и производить новые штамповочные инструменты.

РИСУНОК 5. Надежное соединение металлических и волоконных композитов: сверхбыстрый лазер создает поднутрение в металлической части, обеспечивая надлежащее слияние полимера и горячего металла.

И наоборот, лазерный свет также можно использовать для индукции частичного размягчения, чтобы улучшить формуемость в строго определенной области или уменьшить опасность того, что материал станет хрупким или сломается. Радиочастотные генераторы, предлагаемые TRUMPF, идеально подходят для этой цели.

Луч лазера также можно использовать для удаления покрытий с участков стального листа при подготовке к последующей сварке. Одним из примеров является удаление алюминиево-кремниевого покрытия толщиной 10–25 мкм. Процесс можно регулировать настолько точно, что количество оставшегося алюминия точно регулируется, что позволяет точно контролировать свойства материала. Используемые здесь лазерные системы, такие как серия TRUMPF TruMicro, могут выполнять описанную абляцию со скоростью более 30 м / мин.

РИСУНОК 6. Трехмерная лазерная резка позволяет резать детали без износа и без приложения силы — с высокой производительностью.

На следующих этапах работы лазеры также могут наносить надписи, метки, QR-коды и т.п. Кроме того, лазеры служат для последующей сварки деталей, полученных методом термоформования.

Открывая путь для новых производственных процессов

Даже другие подходы предлагаются с помощью методов, известных как лазерная плавка металла (LMF) и лазерное напыление металла (LMD).Оба процесса основаны на концепциях, которые стали известны благодаря 3D-печати и аддитивному производству. Они позволяют производить детали, которые невозможно изготовить обычными методами. Сложность бесплатна — и это верно как в отношении их формы, так и свойств материалов, тем более, что эти инновационные процессы позволяют комбинировать различные материалы в одной заготовке.

В LMF чрезвычайно тонкий металлический порошок равномерно наносится на металлическую подложку, а затем избирательно плавится или сплавляется с помощью энергии лазера и дает возможность затвердеть.При использовании этого процесса для создания заготовки данные 3D-проектирования «разрезаются» на отдельные слои толщиной 20–100 мкм. Двухмерное изображение каждого слоя является основой для аддитивного наращивания заготовки. Точное управление лазером позволяет расплавлять каждый новый слой порошка с нижележащими слоями — в желаемых местах и ​​с необходимой толщиной материала.

В случае LMD лазерный луч создает сварочную ванну на металлической подложке, в которую в виде порошка вводится другой материал, такой как титан, никель, кобальт, карбид вольфрама или стальной сплав.Порошок плавится и образует слой, который затем сливается с субстратом. LMD даже позволяет создавать многослойные заготовки, которые, при желании, могут состоять из нескольких различных связанных сплавов ( РИСУНОК 7 ).

РИСУНОК 7. Лазерное осаждение металла (LMD) позволяет создавать многослойные заготовки, которые при необходимости могут содержать различные сплавы, которые связаны друг с другом.

Аддитивные процессы, описанные здесь, уже доступны сегодня, а в ближайшие годы могут быть на одном уровне с традиционными процессами с экономической точки зрения.Между прочим, их можно также использовать для усиления конструкции или дополнительных конструкций на деталях, изготовленных с помощью других технологий. Это добавляет гибкости производственным процессам в отношении размещения, геометрии и размера дополнительной конструкции. А поскольку дополнительный материал прикрепляется только там, где это действительно необходимо, этот прием сразу же позволяет сэкономить вес готовой детали.

Перспективы новых концепций

Даже процессы, представленные до этого момента, никоим образом не исчерпывают возможности использования лазерных технологий в автомобилестроении.Скорее, они составляют основу множества новых концепций. Здесь описан только один пример.

Выносная угловая сварка позволяет сваривать две детали швом внахлест. По сравнению с лазерной сваркой, обычно используемой сегодня, количество материала можно дополнительно уменьшить за счет укорочения фланцев в зоне перекрытия. Затем шов сваривается лазерным лучом непосредственно в созданном галтели, не требуя дополнительного присадочного материала. Одним из примеров применения является сварка швов в рамах автомобильных дверей.

Однако этот процесс требует высочайшей точности позиционирования лазерного луча. Этого можно достичь, используя соответствующие датчики для регистрации ориентации заготовки и непрерывного регулирования положения лазерного луча.

Заключение

Лазерные процессы позволяют изготавливать кузова автомобилей с меньшим весом и делать это разными способами. Это делает лазерную обработку важным шагом на пути к снижению уровней выбросов, увеличению дальности плавания и, помимо этого, к ускорению, снижению затрат и повышению гибкости автомобильного производства.

---

RALF KIMMEL ([email protected]) работает с отделом управления автомобильной промышленностью компании TRUMPF Laser und Systemtechnik, Дитцинген, Германия, www.trumpf.com/en.

Волоконная лазерная сварка в автомобильной промышленности

Лазерная сварка — это метод сварки, используемый для соединения нескольких металлических частей с помощью лазерного луча. В настоящее время многие компании используют лазеры для сварки деталей на этапе производства и проектирования продукции: эти компании работают в самых разных отраслях промышленности, включая медицину, авиакосмическую промышленность и т. Д.Лазерная сварка используется в больших объемах, например, в автомобильной промышленности. Лазерная сварка в автомобильной промышленности позволяет производителям сваривать компоненты двигателей, детали трансмиссии, генераторы переменного тока, соленоиды, топливные форсунки, топливные фильтры, оборудование для кондиционирования воздуха и во многих других областях. Сегодня автомобильная промышленность изменилась к лучшему, поскольку новое поколение инженеров-кузовщиков, похоже, может свободно рассматривать алюминий, легкую сталь и неметаллы, такие как инженерные пластмассы и композиты, из-за обременительных государственных требований по экономии топлива.Пластиковые компоненты кузова теперь используются во всем автомобильном мире, даже в таких премиальных автомобилях, как Audi.

Процесс лазерной сварки отличается хорошей воспроизводимостью и легко автоматизируется. Лазерная сварка имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки. Это может снизить затраты при одновременном повышении эффективности и качества производства.

Лазерные методы имеют несколько преимуществ по сравнению с традиционными технологиями соединения металлов:

• Повышенная скорость процесса, в результате повышенная производительность
• Компактные производственные линии с минимальной занимаемой площадью
• Повышенная прочность суставов
• Уменьшение ширины фланца, что приводит к уменьшению веса автомобиля
• Большая гибкость инструментов

Существует ряд различных типов лазеров, которые можно использовать для сварки в автомобильной промышленности:

Волоконные лазеры можно использовать в самых разных областях, от сварки очень мелких деталей.Такие мелкие детали используются производственными предприятиями в машиностроительной, медицинской и электронной промышленности. Высокое качество луча мощных волоконных лазеров обычно используется для удаленной сварки на кузовных работах. Скорость и производительность сварки не имеют себе равных с любой другой сварочной технологией, включая контактную точечную сварку или традиционную лазерную сварку. Волоконные лазеры — это универсальный недорогой способ получения высококачественных точечных швов.

В результате сварки волоконным лазером остается невероятно прочное и долговечное соединение.С помощью таких лазеров соединение производится эффективным, безопасным и экологически чистым способом.

Такие лазеры создают дискретные импульсы контролируемой энергии, которые могут быть сформированы для создания идеального сварного шва. Импульсные лазеры на Nd: YAG подходят для выполнения точечной сварки больших размеров, а также глубоких точечных и швов.

Эти лазеры идеально подходят для высокоскоростной сварки и сварки с глубоким проплавлением, поскольку они обеспечивают сварку с очень низким тепловложением.

Автомобильная промышленность — одна из важнейших в современном обществе.Лазеры стали важной частью этого сектора. Это особенно актуально для волоконных лазеров, поскольку такие лазеры и системы волоконных лазеров могут работать с отражающими металлами без перенаправления их луча обратно в саму лазерную систему. Отражающие металлы — обычная часть автомобильного сектора, поскольку используются несколько металлов.

Сварочные испытания в TWI с использованием новейшей технологии волоконного лазера подтвердили, что этот тип лазерного источника теперь следует рассматривать как альтернативу лазеру на CO 2 или Nd: YAG для сварки таких материалов, как сталь и алюминий.Волоконные лазеры и лазерные системы также очень привлекательны с экономической точки зрения своей эффективностью преобразования энергии и заявленной надежностью. Промышленное доверие к волоконным лазерам также растет.

Мы верим в развитие настоящего чувства партнерства с нашими клиентами. Мы стремимся понять потребности наших клиентов и предоставить им широкий выбор волоконных лазеров, СО2-лазеров, Ti: сапфировых лазеров, лазеров на красителях и эксимерных лазеров. По запросу клиента мы предлагаем простые эрбиевые волоконные лазеры и иттербиевые волоконные лазеры, а также сложные лазерные системы с уникальными характеристиками.Мы производим лазеры с использованием наших собственных технологий, основанных на передовых исследованиях и патентах международной научно-исследовательской группы. Лазерные процессы — это высококачественные, высокоточные, легко автоматизированные производственные решения, обеспечивающие повторяемость и гибкость.

Если вас интересуют волоконные лазеры Optromix, свяжитесь с нами по адресу [email protected]

Лазерная сварка: новое измерение в автомобильной промышленности

Сварка

L aser имеет множество преимуществ и преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки и может значительно снизить затраты при одновременном повышении эффективности и качества производства.Давайте посмотрим, как это меняет автомобильную промышленность.

При первом изобретении лазерная сварка задумывалась как решение проблемы. Однако по мере развития отрасли лазеры стали обычным делом для сварки. В современном мире лазерная сварка стала неотъемлемой частью металлообрабатывающей промышленности, где в рутинном порядке производится повседневное производство необходимых предметов, таких как батареи, топливные форсунки, бритвенные лезвия, медицинские инструменты, авиационные двигатели и даже кузова автомобилей!

Несмотря на то, что они широко используются в различных отраслях промышленности, многие инженеры отказались от идеи использования лазеров в своих приложениях.Незнание операции наряду с отсутствием знаний о возможностях лазера, относительно высокая начальная стоимость в совокупности с отсутствием использования лазерной сварки.

Лазерная сварка может заменить традиционные традиционные процессы сварки, такие как TIG, MIG, резистивная сварка и электронно-лучевая сварка, и многие другие. Традиционные методы заняли свою нишу в производственном мире. Однако высокотехнологичный процесс лазерной сварки будет работать эффективно и экономично во многих различных областях.Некоторые системы лазерной сварки можно даже настроить для выполнения дополнительных функций, таких как резка, сверление и сериализация.

В настоящее время существует множество лазеров, которые используются в промышленности для таких применений, как резка, сварка, сверление, маркировка и т. Д. Их число будет расти в геометрической прогрессии по мере того, как все больше и больше производителей знакомятся с этой технологией. В то время как большинство лазерных приложений предназначены для одного продукта или процесса, который включает в себя крупносерийное длительное производство, универсальность лазера для подачи энергии в труднодоступные места, изменения выходной энергии в широком диапазоне, работы в условиях управление компьютерами и роботами, а также минимальное нагревание детали делают его идеальным для гибких производственных операций.

Преимущества лазерной сварки
Обсуждая преимущества лазерной сварки в автомобильной промышленности, Милан Супанекар, владелец компании Welding Technologies India, говорит: «Лазерная сварка — это метод сварки, используемый для соединения нескольких металлических деталей с помощью лазерного луча. Система лазерной сварки обеспечивает концентрированный источник тепла, что позволяет выполнять узкие и глубокие сварные швы с высокой скоростью сварки. Этот процесс часто используется при сварке в больших объемах, например, в автомобильной промышленности.”

Он также добавляет: «Лазерная сварка в автомобильной промышленности имеет приложения, которые позволяют производителям сваривать компоненты двигателя, детали трансмиссии, генераторы переменного тока, соленоиды, топливные форсунки, топливные фильтры, оборудование для кондиционирования воздуха и подушки безопасности, а также во многих других областях. Лазерная сварка — отличный инструмент из-за ее способности сваривать предварительно обработанные компоненты с ограниченным нагревом и минимальной деформацией ».

По его мнению, процесс лазерной сварки демонстрирует хорошую повторяемость и легко автоматизируется.Эти особенности делают процесс отличным выбором для высокопроизводительных процессов, таких как некоторые из тех, что используются в автомобильной промышленности. Кроме того, процессы лазерной сварки могут использоваться в сложных системах с использованием станков с ЧПУ, роботов и других высокоавтоматизированных систем для крупносерийного производства. Супанекар добавляет: «Лазерная сварка имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки и может значительно снизить затраты при одновременном повышении эффективности и качества производства».

Последние преимущества в лазерной сварке
Говоря о последних преимуществах в области лазерной сварки, Супанекар сказал: «Тепло, необходимое для лазерной сварки, передается за счет сильно сфокусированного светового луча диаметром всего две тысячных дюйма. .Сварка проводится серией коротких импульсов, которые плавят металл для создания высококачественного сварного шва. В зависимости от конкретной сварочной задачи может потребоваться присадочный материал, как при сварке TIG. Поскольку лазерный луч сильно сфокусирован, тепловложение сводится к минимуму, и детали можно обрабатывать практически сразу ».

Точное управление лазерным лучом дает пользователям несколько преимуществ по сравнению с TIG, MIG и точечной сваркой. Супанекар демонстрирует следующие преимущества лазерной сварки:
• Узкий лазерный сварной шов с отличным соотношением глубины и ширины и более высокой прочностью.
• Зона термического влияния ограничена, и из-за быстрого охлаждения окружающий материал не отжигается.
• Лазеры успешно сваривают углеродистую сталь, высокопрочную сталь, нержавеющую сталь, титан, алюминий и драгоценные металлы, а также разнородные материалы.
• Небольшой, строго контролируемый лазерный луч обеспечивает точную микросварку миниатюрных компонентов.
• Детали имеют минимальную деформацию или усадку.
• Отсутствие физического контакта между материалом и лазерной головкой.

• Лазерная сварка может заменить точечную сварку, для которой требуется доступ только с одной стороны.
• Лазерная сварка поддается контролю и приводит к небольшому количеству лома.

Welding Technologies India ведет переговоры с некоторыми немецкими и японскими поставщиками оборудования для лазерной сварки, чтобы представить свои технологии и предоставить услуги индийским клиентам.

Hypertherm, американский производитель систем плазменной, лазерной и гидроабразивной резки, разработал Rotary Tube Pro, программное обеспечение, которое упрощает проектирование и резку труб и деталей труб без необходимости иметь опыт работы с 3D CAD.

Программное обеспечение имеет интерфейс параметрического проектирования, который позволяет добавлять основные трубы и вырезы в боковых стенках из списка заранее определенных форм. Кроме того, пользователи могут добавлять трубы и вырезы непосредственно из программы CAD. Эта гибкость означает, что производители и производители могут повысить производительность за счет увеличения скорости программирования и улучшения качества резки для улучшения подгонки с меньшим количеством дополнительных операций.

Программное обеспечение также включает в себя дополнительный интерфейс для поворотной резки фасок, снабженный технологическими картами резки фасок на основе технологии True Bevel, что значительно сокращает время настройки фаски.

Программное обеспечение

Rotary Tube Pro включает в себя больше встроенных знаний о процессе резки в коде УП, чем другое программное обеспечение для труб и труб. Компания максимально использовала отзывы, полученные во время тестирования текущей версии. Усовершенствования включают:
• Новый механизм трехмерного геометрического моделирования, который обеспечивает более быструю и более отзывчивую трехмерную модель при вводе размеров и других свойств.
• Возможность импортировать форматы файлов STEP (* .step) для быстрого обмена трехмерными объектами с одной платформы на другой
• Усовершенствования последовательности резки, которые позволяют сначала резать внутренние детали, и повышенная гибкость последовательности
• Упрощенный выбор материала для снятия фаски, в котором отображаются только материалы и классы, которые могут быть сняты для снятия фаски
• Новые настройки, электронные таблицы и машинные файлы, улучшающие резку качество и точность труб со скошенной кромкой.

Говоря о новой версии программного обеспечения, Дерек Уэстон, менеджер по маркетингу продуктов группы программного обеспечения CAD / CAM Hypertherm, сказал: «Она выводит программирование работ по трубам и трубам на совершенно новый уровень. Он не только невероятно прост в использовании, но и обеспечивает выдающиеся результаты, которые отражаются в ощутимых результатах, влияющих на наших клиентов; например, улучшение своевременной доставки и повышение прибыльности ».

_________________

Система лазерной сварки обеспечивает концентрированный источник тепла, что позволяет выполнять узкие и глубокие сварные швы с высокой скоростью сварки.

Милан Супанекар, владелец, Welding Technologies India

Технология лазерной резки для автомобильной промышленности

Волоконный лазерный станок — это технология, которая произвела революцию в металлообрабатывающей и автомобильной промышленности резки.В отличие от других очень дорогих методов резки, волоконный лазерный станок в настоящее время является одним из самых дешевых оборудования для резки металла. Он режет металлические листы толщиной от очень тонких до 25 миллиметров. Волоконный лазерный станок меняет конфигурацию, в которой работают лазерные лучи, чтобы иметь возможность соответствовать спецификациям для разрезаемого металла. Конфигурация изменяется в электронном виде, что еще больше упрощает работу.

До недавнего времени резка металлического листа в автомобильной промышленности была кошмаром.Это было либо очень сложно, потому что это делалось вручную, либо, если это делалось машинами, было очень дорого. Кроме того, резка этих металлических листов с использованием этих традиционных методов привела к получению очень шероховатых поверхностей. Станок для лазерной резки сегодня используется для резки металлов по более низкой цене и в то же время дает вам относительно более гладкую поверхность, но при этом вы потребляете минимум энергии. Металлургическая промышленность больше всего заинтересована в штамповочных станках для лазерной резки. Стоит отметить, что если вы режете металл, использование очень толстых листов бумаги снизит скорость производства.

Системы лазерной вырубки

на основе катушек — это все еще прогресс в технологии лазерной резки в автомобильной промышленности, занявший свою нишу в отрасли. В системах лазерного гашения на основе катушек используются силовые катушки для выполнения лазерного гашения на невероятно невероятных скоростях по сравнению с другими машинами такого типа. Это увеличивает количество компонентов, которые будут готовы к использованию в единицу времени. Другая хорошая новость заключается в том, что системы лазерного гашения на основе катушек — это технология, а не машина. Таким образом, эта технология может быть интегрирована с большинством других станков для лазерной резки, имеющихся на рынке и в наших магазинах сегодня, или, скорее, она может быть интегрирована в те системы лазерной резки, о которых мы знаем.

Не только технологии, но и стандарты были значительно улучшены в индустрии лазерной резки. В основном это было сделано в учебных центрах по лазерной резке, что облегчило новые открытия в отрасли. Среди этих стандартов — ANSI ZI36.9, который в основном касается безопасного использования станков для лазерной резки и технологии в целом в производственной среде? Благодаря этому стандарту сегодня вы можете легко управлять лазером, поскольку работа с длинами волн лазерного луча в диапазоне от 1 до 180 нм теперь предусмотрена стандартами.

Компания Architectural & Industrial Metal Finishing Company, LLC предлагает услуги лазерной резки на заказ, предлагая клиентам быстрый и эффективный способ получения прецизионных металлических форм и заготовок. Наша 3-осевая система лазерной резки CO ₂ с летающей оптикой имеет максимальную выходную мощность 2500 Вт. Мы можем обрабатывать горячекатаную и холоднокатаную сталь, алюминий и нержавеющую сталь размером до 120 x 60 дюймов; толщиной до 0,75 ”; с точностью 0,004 ”. Лазерная резка — идеальное решение для экономичной резки листового и листового металла нестандартной формы без использования дорогостоящего инструмента.

У нас очень короткие сроки выполнения работ, часто 2 или 3 дня, и мы одинаково способны обрабатывать как небольшие, так и большие партии продукции.