Фотон компакт лазерная сварка

Обновлено: 27.03.2024

Лазеры для мини сварки, характеризующиеся глубиной проплавления от 0,1 до 1мм , используется в таких областях как производство медицинских инструментов, стоматология, ювелирное производство, ремонт пресс-форм, сварка корпусов микросхем и др.

Компактный (настольный) лазер для мини сварки Фотон Компакт с волоконным выводом излучения производится фирмой Лазерный Центр вот уже около 10 лет и за это время зарекомендовал себя как надежный и неприхотливый аппарат удобный в работе и обслуживании. Подбирая параметры импульса, такие, как длительность, диаметр пучка и энергия, достигается глубина проплавления до 0,85мм (в стали 12Х18Н10Т).

Теперь Лазерный Центр начинает производство новой версии лазера — Фотон Компакт 2. В этом лазере на цветном дисплее можно устанавливать как параметры сварки, так и контролировать процесс по видеоизображению, в центре экрана находится перекрестие. Как и в предыдущей версии, возможна автоматизированная сварка линейных швов и тел вращения.


В области лазерной сварки металлов существует задача получения импульса излучения с изменяющейся во времени интенсивностью. В зарубежной литературе такой режим работы лазера известен как «Pulse shaping». Это открывает дополнительные технологические возможности, что в конечном итоге приводит к повышению качества сварного шва и расширению номенклатуры свариваемых материалов.

Использование режима Pulse shaping позволяет уменьшить внутренние напряжения и пористость сварного шва при сварке высокоуглеродистых сталей, отливок с пустотами и включениями загрязняющих веществ, материалов с различной температурой плавления.


В новой версии лазера оператор может выбрать форму и настроить последовательность первых четырёх импульсов, а также задать правило повторения импульсов:

  • циклическое – включённые импульсы будут повторяться в установленной последовательности;
  • повторение последнего импульса – отрабатываются последовательно все включённые импульсы, затем последний повторяется до окончания работы;
  • плавное нарастание мощности – указывается количество импульсов из диапазона 1-99, за которое импульс выходит на полную мощность, все дальнейшие импульсы идут в полную мощность согласно форме импульса.

Также реализована такая полезная функция, как установка числа импульсов до открытия механической заслонки резонатора. Это даёт возможность учесть эффект возникновения тепловой линзы и обеспечить единообразие параметров импульса в течение всей серии.
Т.е. первый импульс в серии производится из «разогретого» резонатора.

Для пользователя имеется возможность обновить прошивку лазера при помощи встроенного загрузчика (бутлоадер).

Сварка металлических корпусов электронных компонентов


Шовная лазерная сварка применяется при изготовлении корпусов электрокомпонентов в микроэлектронике.

Лазерная сварка обеспечивает герметичность таких соединений.

Примеры лазерной сварки электрокомпонентов












Видео процессов лазерной сварки на аппарате Фотон Компакт:





Компактные системы Фотон-Компакт и BlackLight могут использоваться для высокопроизводительной лазерной сварки металлических изделий в ручном и автоматическом режимах.

Возможность работы с устройствами перемещения/подачи изделий: координатными столами и вращателями для сварки цилиндрических деталей.

Оборудование имеет высокоэффективную систему охлаждения и возможность сварки в среде защитного газа. Также сварочная головка Фотон-Компакт комплектуется современной бинокулярной насадкой.

Лазерный мир

Глубина проплавления металла при сварке лазером Фотон Компакт. Часть 2. Влияние формы импульса.

В первой части статьи о возможностях системы лазерной сварки Фотон Компакт [1] были приведены результаты измерений глубины проплавления h стальных образцов в зависимости от плотности мощности излучения P и длительности импульса τ . В этой части будет рассмотрено влияние формы импульса на величину h.

Функция pulse shaping, т.е. программирование формы импульса, появилась в промышленных импульсных твердотельных Nd:YAG лазерах в 1990-ых годах и в те же годы были проведены первые исследования влияния формы импульса на характеристики сварного шва, в частности на глубину проплавления металлов [2]. В последующих работах [3,4] исследовалась возможность не только увеличить глубину проплавления, но и улучшить качество сварного шва, т.е. установить, возможно ли подобрать такую форму импульса, при которой уменьшаются известные дефекты сварного шва, такие, как растрескивание, пористость, пузыри.

Следует, однако, отметить, что измерения, проведенные на однотипных системах и, в общем, в сравнимых условиях эксперимента, давали различающиеся результаты, поскольку на глубину зоны плавления оказывают влияние и энергетические, и пространственные параметры излучения. Например, в работе [5] показано, что глубина проникновения излучения в парогазовый канал, образующийся при воздействии лазерного импульса, существенно зависит от апертурного угла объектива. Поэтому вполне обоснована необходимость исследования влияния параметров лазерного импульса на результаты работы для каждого типа промышленной системы лазерной сварки.

В этой статье описывается исследование влияния формы импульса на глубину проплавления стали 12Х18Н10Т, выполненные на Nd:YAG лазере Фотон Компакт (производство фирмы Лазерный центр, Россия). Ниже приведены основные характеристики этой системы лазерной сварки:

Максимальная энергия в импульсе Eмакс = 50 Дж
Длительность импульса τ = 0,1…20 мс
Диаметр пятна d = 0,3…2 мм
Частота повторения импульсов f = 0,5…10 Гц
Числовая апертура оптической системы А=0,164

При изменении формы лазерного импульса энергия перераспределяется таким образом, что воздействие на материал может сопровождаться, например, постепенным нагревом с максимальным выделением в конце импульса, либо, наоборот – достижением пиковой мощности в начале импульса и последующим постепенным охлаждением материала.

В современных лазерных системах миллисекундного диапазона формирование импульса производится дискретным изменением тока через лампу накачки. Различие в системах, в данном случае, состоит лишь в количестве шагов дискретизации n. В системе Фотон Компакт – n=8, в следующей модификации Фотон Компакт — 2 количество шагов увеличено до n=32.

В проведенной серии экспериментов было исследовано влияние на глубину проплавления импульсов следующих форм (рис.1):

1-прямоугольный импульс
2-треугольный нарастающий импульс
3-треугольный убывающий импульс
4-треугольный с нарастанием в начале и последующим убыванием

Рис.1 Форма лазерных импульсов.

Рис.1 Форма лазерных импульсов.

длительность импульса τ = 7мс;
диаметр пятна d = 0,35 мм;
шаг дискретизации формы импульса τ д = 0,875мс

Результаты измерений показаны на рис.2

Плотность мощности P х 106 Вт/см2

Рис.2 Зависимость глубины проплавления h от плотности мощности P для импульсов разных форм. Цифры на графике соответствуют номеру формы импульса на рис.1
Красная сплошная линия – линейная аппроксимация для точек до области кратерообразования, пунктирные линии – области кратерообразования для соответствующих форм импульса.

Физические процессы, протекающие в зоне воздействия лазерного излучения миллисекундной длительности, подробно и обстоятельно описаны в [6]. Опираясь на результаты этих исследований, можно интерпретировать полученные данные следующим образом. Хорошо видно, что график состоит их трёх участков, соответствующих разным физическим процессам происходящих при воздействии импульса излучения на образец:

2 — P > 7,2 х 10 5 Вт/см 2 — линейный участок, характеризующийся процессом роста парогазового канала и быстрым увеличением глубины h,

3 — участок графика, связанный с процессом выброса материала и образованием кратера – для формы импульса 2, при которой пиковая мощность достигается в конце импульса, этот процесс начинается при P = 0,87 х 10 6 Вт/см 2 , для импульсов форм 1,3 и 4 – при P ≈ 1,3 х 10 6 Вт/см 2 .

Максимальная глубина проплавления без образования кратера h = 0,95мм была получена для импульсов форм 3 и 4 при P = 1,3 х 10 6 Вт/см 2 . При этом следует отметить, что для импульса с формой 4 дальнейшее увеличение плотности мощности ведет к быстрому росту парогазового канала с медленным углублением кратера. При Р = 2,25 х 10 6 Вт/см 2 получена глубина проникновения h=1.5 мм с кратером глубиной 0,3 мм.

Литература:

[2] H. N. Bransch, D. C. Weckman, H. W. Kerr. Effects of Pulse Shaping on Nd:YAG Spot Welds in Austenitic Stainless Steel. WELDING RESEARCH SUPPLEMENT, JUNE 1994

[3] P.V. Suresh Varma. Effect Of Nd-YAG Laser Pulse shaping on Weld Bead Characteristics of Commercial Materials. Weldfab tech times, 75007/2017

[4] R. Hajavifard, M. Motahari , H. Özden , H. Miyanaji , S. Kafashi. The Effects of Pulse Shaping Variation in Laser Spot Welding of Aluminum. 44th Proceedings of the North American Manufacturing Research Institution of SME, Vol. 5, 2016, pp. 232–247

[5] С. В. Каюков, А. А. Гусев, “Влияние апертурного угла на эффективность плавления стали импульсным лазерным излучением миллисекундной длительности”, Квантовая электроника, 30:4 (2000), 337–341

[6] С. В. Каюков. Расширение возможностей импульсных YAG-лазеров миллисекундного диапазона длительности в технологии сварки. Квантовая электроника, 30, №11(2000), 941-948

Фотон компакт лазерная сварка

Реестр инновационных продуктов, технологий и услуг, рекомендованных к использованию в Российской Федерации


Система прецизионной лазерной сварки в ручном и автоматическом режиме, сочетающая в себе высокое качество сварки и высокою надежность оборудования.

Длина волны лазерного излучения1,064 мкм
Максимальная энергия импульса40 Дж
Диапазон длительностей импульса0,4. 30 мс
Частота следования импульсов0,5. 20 Гц
Максимальная пиковая мощность4 кВт
Средняя мощность излучениядо 50 Вт
Длина волны подсвечивающего лазера650 нм
Ресурс лампы накачки10 млн. импульсов
Кратность увеличения оптической системы16х
Диапазон регулирования диаметра пятна лазера0,15 – 2 мм (сменные объективы)
Габаритные размеры и вес:
Блок питания и управления:
Бинокуляр со штативом и столом:

350 х 550 х 540 мм, 35 кг
375 х 500 х 800 мм, 25 кг
Электропотребление~ 220. 230 В, 50 Гц,16А
  • точечная сварка «встык»,
  • сварка чистых материалов без внесения примесей,
  • лазерная наплавка, ремонт пресс-форм и исправление их дефектов,
  • лазерная сварка деталей и инструмента медицинского назначения, в т.ч. нержавеющей стали, титана, сплавов типа хром-кобальт-молибден,
  • сварка и ремонт ювелирных изделий, часовых механизмов, очковых оправ,
  • соединение составных частей объемных букв и конструкций,
  • поверхностное упрочнение материалов, наваривание режущих и рубящих кромок,
  • прецизионная лазерная сварка в микроэлектронике и приборостроении, герметизация химических источников тока.
  • В аппарате лазерной сварки Фотон Компакт имеется возможность работы с устройствами перемещения/подачи изделий: координатными столами, а также вращателем для сварки цилиндрических деталей.
  • Сварочная головка с бинокуляром может комплектоваться 3-мя видами осветителей: внутренним, внешним с гибкой подводкой и внешним кольцевым. Доступны любые сочетания осветителей.
  • Если необходим контроль процесса сварки, мы можем предложить заказчикам видеоадаптер, выводящий качественную картинку на большой экран. Видеоадаптер может комплектоваться электронным перекрестьем, которое позволяет контролировать процесс сварки на TV экране или экране монитора.
  • Для улучшения эргономики рабочего места оператора, к сварочной головке предлагается дополнительная поворотная насадка, которая разворачивает окуляры под прямым углом к оптическому каналу.
  • Возможность сварки в среде защитного газа существенно улучшена. Теперь для подачи газа можно использовать специальный конус, надёжно защищающий зону сварки.
  • Доступен для заказа специализированный объектив, позволяющий получить сварочное пятно диаметром 150 мкм и 30х увеличение в оптическом канале.
  • В сварочном лазере Фотон Компакт повышена производительность системы охлаждения и при этом снижен уровень шума работы прибора.
  • Для заказчиков по-прежнему доступны традиционные опции – держатель для оптоволокна, сварочный объектив со сменными размерами пятна.

В Стандартный состав оборудование входит:
— Блок генерации Фотон Компакт;
— Стол с вертикальной направляющей;
— Сварочная головка с бинокуляром;
— Внешний осветитель;
— Конус подачи защитного газа;
— Программное обеспечение SinMark.
По желанию заказчика система может быть дополнена специализированными опциями (дополнительными системами перемещения изделий и контроля процесса сварки)


Читайте также: