Как использовать лазерный сварочный аппарат?

Многофункциональность технологии лазерной очистки

Лазерная очистка перешла от лабораторной любопытности к повседневному промышленному применению. Принцип прост: импульсы высокоэнергетического лазера испаряют поверхностные загрязнения, не повреждая основной материал. То, что делает эту технологию выдающейся, — это широкий спектр обрабатываемых материалов: от хрупких музейных артефактов до тяжёлого промышленного оборудования. Понимание того, какие материалы можно очищать лазером, помогает операторам цехов выбрать между специализированной системой очистки и универсальным лазерным сварочным аппаратом с функцией очистки.

Как работает лазерная очистка

Процесс очистки основан на селективном поглощении. Импульс лазера поглощается загрязнителем — ржавчиной, краской, маслом, оксидом — что приводит к его мгновенному испарению. Основной материал поглощает меньше энергии на той же длине волны и остается практически неизменным. Импульсные волоконные лазеры мощностью от 50 до 500 Вт доминируют в задачах очистки. Длительность импульса, измеряемая в наносекундах, определяет, будет ли энергия оставаться на поверхности или проникать глубже. Лазерный сварочный аппарат с регулируемыми параметрами импульса может выполнять двойную функцию — очистку и сварку; такую эффективность всё чаще используют небольшие производственные предприятия.

Материалы, хорошо поддающиеся обработке

Углеродистая сталь и нержавеющая сталь являются наиболее распространенными основами. Удаление ржавчины — самая распространённая отдельная задача. Стальная пластина, покрытая ржавчиной и требующая 30 минут абразивного дробления, может быть очищена лазером за 5–8 минут без образования вторичных отходов. Нержавеющая сталь особенно выигрывает от лазерной очистки, поскольку при этом методе не происходит внедрения частиц углерода, что часто наблюдается при абразивных способах очистки.

Алюминий и медь обладают высокой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне длин волн, однако их оксидные слои поглощают больше энергии, что позволяет осуществлять избирательное удаление. Лазерная очистка алюминия перед сваркой удаляет оксидный слой, вызывающий пористость шва. Во многих операциях это выполняется с помощью лазерного сварочного аппарата, который переключается между режимами очистки и сварки без перемещения заготовки.

Инструментальные стали и чугун хорошо поддаются обработке при обслуживании пресс-форм. В полостях литейных пресс-форм накапливаются карбонизированные остатки в ходе производственных циклов. Лазерная очистка удаляет их без изменения геометрии полости — абразивные методы неизбежно её изменяют.

Материалы, требующие тщательного контроля параметров

Окрашенные и покрытые поверхности

Многослойные системы покрытий требуют последовательных проходов при различных плотностях мощности. Верхний слой покрытия поглощает лазерное излучение иначе, чем грунтовочный слой, поэтому ни один единственный режим не обеспечивает эффективной очистки обоих слоёв. Операторам следует начинать с пробного участка при низкой мощности и постепенно увеличивать её. Лазерный сварочный аппарат, используемый для очистки, должен иметь как минимум пять предустановленных профилей параметров для различных систем лакокрасочных покрытий.

Композитные материалы и полимеры

Углеродное волокно, армированное полимером, поддается лазерной очистке, однако требует наиболее тщательного контроля параметров. Порог очистки должен быть ниже порога повреждения композита — это узкий диапазон. На предприятиях аэрокосмической отрасли успешно осуществлялась лазерная очистка панелей из углеродного волокна с использованием импульсов длительностью 100 наносекунд при точно откалиброванных плотностях энергии, что позволило удалить краску без повреждения волокон.

Материалы, как правило, непригодные для лазерной очистки

Белая керамика склонна к растрескиванию под действием теплового удара от лазерных импульсов. Прозрачное стекло пропускает большую часть энергии, не поглощая её на поверхности загрязнений. Оцинкованная сталь с толстым цинковым покрытием представляет собой сложную задачу, поскольку пары цинка требуют систем экстракции, которыми многие установки не оснащены.

Практический пример: техническое обслуживание оснастки на автомобильном пресс-заводе

Ведущий поставщик штампованных автомобильных компонентов в Мексике эксплуатировал 14 пресс-линий, требовавших ежедневной очистки штампов для удаления накопившегося смазочного состава. Ручная абразивная очистка занимала 32 рабочих часа в неделю и постепенно изнашивала радиусы штампов, что вынуждало проводить их восстановление каждые 18 месяцев вместо предусмотренных 36 месяцев.

Поставщик внедрил систему лазерной очистки, интегрированную с существующим лазерным сварочным аппаратом — один и тот же волоконный лазер использовался как для сварки, так и для очистки штампов посредством переключаемого пути подачи луча. Время очистки одного штампа сократилось с 2,5 часов до 45 минут. Количество персонала было сокращено до одного оператора, обслуживающего все 14 линий по ротационному графику. Интервалы между восстановлениями штампов вернулись к нормативным 36 месяцам. Общая система лазерной сварки и лазерной очистки окупилась за 10 месяцев за счет экономии на заработной плате и увеличения срока службы штампов.

Оценка целесообразности применения лазерной очистки на вашем производстве

Ключевое решение заключается в том, можно ли настроить существующий лазерный сварочный аппарат для очистки путем модернизации системы подачи луча. Предприятия, выполняющие как сварку, так и очистку на аналогичных материалах, получают выгоду от комбинированных систем. На предприятиях с высоким объемом очистки — более 50 квадратных футов за смену — обычно оправдано использование выделенной системы. Стандарт ISO 8501-1 устанавливает требования к чистоте поверхности, которые лазерная очистка удовлетворяет или превосходит в большинстве применений, что позволяет командам по обеспечению качества использовать его в качестве эталона для оценки результатов.

Часто задаваемые вопросы

Может ли лазерный сварочный аппарат также эффективно выполнять лазерную очистку?

Многие волоконные лазерные сварочные аппараты с регулируемыми параметрами импульса могут одновременно использоваться в качестве систем очистки при наличии соответствующей сканирующей оптики. Требования к лазерному источнику значительно пересекаются: импульсный режим в диапазоне мощности от 50 до 500 Вт подходит как для сварки, так и для очистки. Компания TY Laser предлагает универсальные системы, разработанные специально для этой двойной функциональности.

Какова стоимость лазерной очистки по сравнению с абразивным дробеструйным способом?

Лазерная очистка устраняет расходы на покупку и утилизацию абразивных материалов, которые составляют от 40 до 60 процентов эксплуатационных затрат на абразивную обработку. Стоимость оборудования изначально выше, однако стоимость обработки одного квадратного фута ниже при объемах работ свыше 500 квадратных футов в месяц.

Какова максимальная толщина ржавчины, которую можно удалить с помощью лазерной очистки?

Слабую и умеренную ржавчину толщиной до 0,2 мм удаляют за один проход. Для удаления более толстого коррозионного слоя требуется несколько проходов. При сильной ржавчине толщиной свыше 0,5 мм экономически целесообразнее предварительно применить механические методы очистки, а затем завершить процесс лазерной очисткой.

Приводит ли лазерная очистка к повреждению основной металлической поверхности?

При правильных параметрах лазерная очистка удаляет менее 1 микрометра базового материала за один проход — это практически незаметно. Неправильные настройки, связанные с чрезмерной плотностью мощности, могут вызвать плавление поверхности. Проверка параметров на образце материала является стандартной практикой.

В каких отраслях промышленности лазерная очистка применяется наиболее широко?

Автомобильное производство, техническое обслуживание авиационной и космической техники, изготовление инструментов и штампов, а также техническое обслуживание морской техники определяют рост внедрения лазерной очистки. Подготовка поверхности перед сваркой — самое быстрорастущее применение: лазерная очистка повышает качество сварных швов, а один и тот же лазерный сварочный аппарат может выполнять обе операции.

Безопасна ли лазерная очистка для поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами?

Лазерная очистка не оставляет химических остатков и не вводит посторонние частицы в поверхность. Нержавеющее оборудование для пищевой промышленности, очищенное лазером, проходит испытания на адгезию бактерий на уровне, сопоставимом с электрополированными поверхностями.