Лазерная сварка кузова автомобиля, ее технология и подробное описание

Лазер считается устройством, при котором тепловая, электронная или химическая энергия преобразуется в электромагнитную энергию в виде лазерного луча. Такой процесс требует неизбежной потери энергии, однако главное преимущество лазерного луча заключается в том, что даже при больших потерях полученная энергия обладает весьма высоким качеством. Качество лазерной энергии определяет ее высокая концентрация, так что передачу энергии можно осуществить на довольно большие расстояния.

В качестве основных элементов лазера выступают генератор накачки и активная среда. В зависимости от вида активной среды различают газовые, полупроводниковые и твердотельные лазеры. Конструкцию типичного газового лазера составляет заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон зеркалами, расположенными параллельно друг другу.
Благодаря возникновению электрического разряда, возникающего между электродами трубки, возбуждаются газовые молекулы, приводимые в движение быстрыми электронами. После возвращения в свое стабильное состояние молекулы осуществляют рождение квантов света. Этот процесс наблюдается в твердотельных лазерах. Кроме того, газовые лазеры спокойно продолжают функционировать в непрерывном режиме. Лазерная сварка кузова требует использования твердотельных лазеров или газовых лазеров импульсного непрерывного действия.
Высокопрочная сварка кузова автомобиля проводится с применением лазера и представляет собой полностью автоматический процесс, что является главным достоинством использования лазерной сварки. Тот факт особенно учитывается для случаев, когда требуется осуществить соединение внешних панелей кузова. Здесь уже нужен не только чистый сварочный шов, но и как можно меньший перехлест панелей. Помимо того. Лазерная сварка может обеспечить высочайшую прочность соединений стыков панели.

Преимущества лазерной сварки кузова автомобиля.
Лазерная сварка кузова автомобиля, ее технология и подробное описание ее преимуществ предоставляет широкий выбор возможностей для проведения качественных ремонтных работ. По сравнению с другими сварками чистовая обработка лазерной минимальна. Например, на машинах немецкого автопроизводителя наблюдается соединение боковых панелей кузова с порожками и верней частью стоек. При этом бесшовной сварки можно добиться только лазерным путем. Кроме того, лазерная сварка обладает предельно малой деформацией – это является немаловажным аспектом для деликатных конструкций автомобиля. Лазерным швам требуется минимальная последующая обработка, что может положительным образом сказаться на финансовых затратах, в любом случае они весьма ощутимо ударят по карману, если предпочесть обычную сварку лазерной.
Герметичность шва, которая дается лазером, чрезвычайно велика. Особенно полезным будет его применение в авиационной и морской промышленности для сварочных работ элементов самолетов или кораблей. Если приступить к покраске кузова автомобиля, то лазерная сварка оставит после себя довольно хорошее состояние поверхности для осуществления последующей покраски. Для этого не потребуются какие-либо подготовительные этапы к сварке, которые, как правило, производятся специалистами перед покраской кузова или его составной части. Плюс ко всему, высокая прочность и качество сварки может гарантировать долговечность использования деталей автомобиля.

Применение лазерной сварки для кузовов.
Лазерный луч расплавляет материал панелей, свариваемых друг с другом, также есть возможность при необходимости добавить сварочную проволоку. Использование сварочной проволоки в процессе работы позволяет свариваемому шву защищаться инертным газом. Это осуществляется с той целью, чтобы предотвратить химические реакции металла с элементами окружающего воздуха. Лазерная сварка, однако, применяется только для сварки деталей из стали, при этом не требуется защита от коррозии. При обычных сварках в обязательном порядке проводятся процедуры по защите от коррозии, в то время как применение лазерной сварки устраняет угрозу без дополнительных работ.

Все о лазерной сварке кузова автомобиля

Что такое лазер?

Само слово «лазер»образовалось от первых букв английской фразы»: «Light amplification by the stimulated emission of radiation», что в вольном переводе означает примерно следующее: «Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения». Некоторые ученые дают такую формулировку явления лазерного луча. Они говорят о том, что лазер – это устройство, в котором какой-либо вид энергии (тепловая, химическая или электронная) преобразуется в энергию электромагнитного поля в лазерный луч. При таком процессе происходит неизбежная потеря энергии, но главное то, что полученная энергия, в результате обладает несравненно более высоким качеством. А качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передать ее на как можно более большое расстояние.

Основной элемент лазера – это генератор накачки, а также активная среда. По виду активных сред лазеры различают на твердотельные, газовые и на полупроводниковые. Как правило, конструкция типичного газового лазера состоит из заполненной газом трубки, которая ограничена с двух сторон строго параллельными зеркалами. Они в свою очередь бывают прозрачными и непрозрачными. Благодаря электрическому разряду, который возникает между электродами трубки, возникают быстрые электроны, возбуждающие газовые молекулы. После возвращения этих молекул в стабильное состояние, происходит образование кванты света примерно по такой же схеме, как и в твердотельном лазере. Интересен тот факт, что газовые лазеры могут спокойно продолжать свою работу в непрерывном режиме. Для, например, лазерной сварки кузова автомобиля используют, как правило, твердотельные, а также газовые лазеры импульсного непрерывного действия.

Вообще, для получения высокопрочной сварки кузова автомобиля, лазерная сварка походит как нельзя лучше, так как она представляет собой полностью автоматический процесс. Этот факт особо важен при соединении внешних панелей кузова. Ведь там требуется не только чистый сварочный шов, но еще и как можно более меньший перехлест панелей. Плюс ко всему, понятно, также нужна и высочайшая прочность лазерной сварки.

Преимущества лазера.

По сравнению с другими видами сварки последующая чистовая обработка просто минимальна. Взять, например, автомобили немецкого концерта Volkswagen . Благодаря лазерной сварке, на машинах этого автопроизводителя боковые панели кузова соединяются с порожками и с верхней частью стоек кузова. Давайте более подробно отметим еще и преимущества лазерной сварки для кузова автомобиля. Итак, одним из первых, и, определенно, самым главным является то, что такой вид сварки обладает очень малой деформацией. Что как нельзя кстати, особенно в конструкциях автомобилей. Помимо этого, лазерный шов нуждается лишь в минимальной последующей обработке, что положительным образом сказывается на финансовых затратах, которые в любом случае довольно ощутимо ударят по вашему карману, если вы предпочтете обычной сварке лазер. Герметичность шва, которую дает лазер, чрезвычайно велика. Это особенно полезно, если он используется в морской или авиационной промышленности для сварки каких бы то ни было элементов кораблей или самолетов. Далее, если вы приступите к покраске кузова автомобиля, или какой-либо другой детали, лазерная сварка оставляет после себя очень хорошее состояние поверхности, для последующей покраски. Это также сэкономит вам деньги на разного рода подготовительных этапах, которые обычно производят специалисты перед тем, как красить либо весь кузов, либо какую-то его часть. Высокая прочность шва после такого вида сварки гарантирует вам долговечность использования деталей вашего автомобиля.

Материал панелей расплавляется лазерным лучом. Панели сваривают друг с другом, при этом есть возможность, если возникает такая необходимость, добавить в материал сварочной проволоки. Если в процессе работ использовать сварочную проволоку, то свариваемый шов защищается инертным газом. Делается этого для того, чтобы предотвратить химическую реакцию металла с элементами окружающего воздуха. Характерно, что лазерная сварка используется только для сварки стальных деталей, именно поэтому отпадает необходимость в защите от коррозии (в том числе контактной). В противном случае использовались бы обычные методы защиты от коррозии, которые широко используют знающие специалисты.

Например, Audi применяют такой метод при изготовлении кузовов модели А2. И, как уже говорилось выше, преимущественно при соединении больших по площади деталей из листового железа, в структуру кузова которых входят чугунные и профильные детали. Интересно, что в целом на модели А2 в структуре кузова почти тридцать метров лазерных сварных соединений! Но это того стоит, ведь лазерная сварка даёт уменьшение рабочего труда, которое обычно требуется на подобные виды работ. Кроме того, она дает очень точный разрез, позволяется существенно повысить качество сборки, а также обладает высокой гибкостью, что тоже немаловажно.

Теперь вы знаете все о лазерной сварки кузова автомобиля, что необходимо знать простому автолюбителя.

Все о лазерной сварке кузова автомобиля

Что такое лазер?

Само слово «лазер»образовалось от первых букв английской фразы»: «Light amplification by the stimulated emission of radiation», что в вольном переводе означает примерно следующее: «Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения». Некоторые ученые дают такую формулировку явления лазерного луча. Они говорят о том, что лазер – это устройство, в котором какой-либо вид энергии (тепловая, химическая или электронная) преобразуется в энергию электромагнитного поля в лазерный луч. При таком процессе происходит неизбежная потеря энергии, но главное то, что полученная энергия, в результате обладает несравненно более высоким качеством. А качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передать ее на как можно более большое расстояние.

Основной элемент лазера – это генератор накачки, а также активная среда. По виду активных сред лазеры различают на твердотельные, газовые и на полупроводниковые. Как правило, конструкция типичного газового лазера состоит из заполненной газом трубки, которая ограничена с двух сторон строго параллельными зеркалами. Они в свою очередь бывают прозрачными и непрозрачными. Благодаря электрическому разряду, который возникает между электродами трубки, возникают быстрые электроны, возбуждающие газовые молекулы. После возвращения этих молекул в стабильное состояние, происходит образование кванты света примерно по такой же схеме, как и в твердотельном лазере. Интересен тот факт, что газовые лазеры могут спокойно продолжать свою работу в непрерывном режиме. Для, например, лазерной сварки кузова автомобиля используют, как правило, твердотельные, а также газовые лазеры импульсного непрерывного действия.

Вообще, для получения высокопрочной сварки кузова автомобиля, лазерная сварка походит как нельзя лучше, так как она представляет собой полностью автоматический процесс. Этот факт особо важен при соединении внешних панелей кузова. Ведь там требуется не только чистый сварочный шов, но еще и как можно более меньший перехлест панелей. Плюс ко всему, понятно, также нужна и высочайшая прочность лазерной сварки.

Преимущества лазера.

По сравнению с другими видами сварки последующая чистовая обработка просто минимальна. Взять, например, автомобили немецкого концерта Volkswagen . Благодаря лазерной сварке, на машинах этого автопроизводителя боковые панели кузова соединяются с порожками и с верхней частью стоек кузова. Давайте более подробно отметим еще и преимущества лазерной сварки для кузова автомобиля. Итак, одним из первых, и, определенно, самым главным является то, что такой вид сварки обладает очень малой деформацией. Что как нельзя кстати, особенно в конструкциях автомобилей. Помимо этого, лазерный шов нуждается лишь в минимальной последующей обработке, что положительным образом сказывается на финансовых затратах, которые в любом случае довольно ощутимо ударят по вашему карману, если вы предпочтете обычной сварке лазер. Герметичность шва, которую дает лазер, чрезвычайно велика. Это особенно полезно, если он используется в морской или авиационной промышленности для сварки каких бы то ни было элементов кораблей или самолетов. Далее, если вы приступите к покраске кузова автомобиля, или какой-либо другой детали, лазерная сварка оставляет после себя очень хорошее состояние поверхности, для последующей покраски. Это также сэкономит вам деньги на разного рода подготовительных этапах, которые обычно производят специалисты перед тем, как красить либо весь кузов, либо какую-то его часть. Высокая прочность шва после такого вида сварки гарантирует вам долговечность использования деталей вашего автомобиля.

Материал панелей расплавляется лазерным лучом. Панели сваривают друг с другом, при этом есть возможность, если возникает такая необходимость, добавить в материал сварочной проволоки. Если в процессе работ использовать сварочную проволоку, то свариваемый шов защищается инертным газом. Делается этого для того, чтобы предотвратить химическую реакцию металла с элементами окружающего воздуха. Характерно, что лазерная сварка используется только для сварки стальных деталей, именно поэтому отпадает необходимость в защите от коррозии (в том числе контактной). В противном случае использовались бы обычные методы защиты от коррозии, которые широко используют знающие специалисты.

Например, Audi применяют такой метод при изготовлении кузовов модели А2. И, как уже говорилось выше, преимущественно при соединении больших по площади деталей из листового железа, в структуру кузова которых входят чугунные и профильные детали. Интересно, что в целом на модели А2 в структуре кузова почти тридцать метров лазерных сварных соединений! Но это того стоит, ведь лазерная сварка даёт уменьшение рабочего труда, которое обычно требуется на подобные виды работ. Кроме того, она дает очень точный разрез, позволяется существенно повысить качество сборки, а также обладает высокой гибкостью, что тоже немаловажно.

Теперь вы знаете все о лазерной сварки кузова автомобиля, что необходимо знать простому автолюбителя.

Что такое лазерная сварка. Преимущества и недостатки

Лазерная сварка — это один из видов сварки плавлением с нагревом рабочей зоны энергией лазерного излучения. Она относится к термическому классу сварочных технологий и входит в одну группу с плазменной, дуговой и электронно-лучевой сварками.

Размер пятна фокусировки промышленной установки может изменяться в пределах от 0,2 до 13 мм. Глубина проплавления материала прямо пропорциональна энергии излучения лазера, но также зависит от расположения фокальной плоскости луча. Во время сварочной операции зона расплавленного материала перемешается по заданной траектории вместе лазерным лучом, создавая по линии движения сварной шов. Он получается узким и глубоким, поэтому по своей форме принципиально отличается от сварных швов других сварочных технологий.

Виды и режимы лазерной сварки

Технология лазерной сварки включает два вида сварочного соединения: точечное и шовное. При этом промышленные установки могут генерировать два типа лазерного излучения: непрерывное и импульсное. При точечном соединении обычно применяют только импульсное излучение, а при шовном — как непрерывное, так и импульсное. Во втором случае сварной шов образуется путем перекрытия зон импульсного нагрева, поэтому скорость сварки зависит от частоты импульсов. Точечную сварку обычно применяют для соединения тонких металлических деталей, а шовную – для формирования глубоких сварных швов.

Гибридная лазерная сварка относится к сварочным технологиям, при проведении которых применяют присадочные материалы. В этом случае сварочное оборудование дополняется механизмами подачи проволоки, ленты или порошка. Присадочные материалы подаются в зону плавления синхронно с движением сварочной головки, а их толщина соответствует ширине сварного шва и диаметру пятна.

Технологические особенности

Скорость перемещения и энергетические режимы сварочного процесса зависят от ширины сварного шва, а также от вида и толщины свариваемых материалов. Например, стальные листы толщиной 20 мм свариваются газовым лазером со скоростью несколько сот метров в час. Этот показатель на порядок выше предельных характеристик электродуговой сварки.

Лазерная технология особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой. Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов. Это позволяет сваривать лазерным лучом титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

Читайте также: Как заварить чугун электродом в домашних условиях

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является очень высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.

Состав и принцип работы сварочного оборудования

Все установки лазерной сварки состоят из следующих функциональных модулей:

• технологический лазер,
• система транспортировки излучения,
• сварочная головка с фокусирующей линзой,
• блок фокусировки луча,
• механизмы перемещения сварочной головки и заготовки,
• система управления перемещениями, фокусировкой и мощностью лазера.

В сварочном оборудовании в качестве генераторов излучения применяют два типа лазеров: твердотельные и газовые. Мощность первых лежит в диапазоне от десятков ватт до 6 кВт, а вторых – от единиц до 25 кВт. В твердотельных установках излучатель — это прозрачный стержень из рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом. А в газовых аппаратах — прозрачная трубка, заполненная углекислым газом или газовыми смесями.

Кроме излучателя в состав любого лазера входит система накачки, оптический резонатор, блок питания и система охлаждения. Генерируемый световой поток попадает через переднее зеркало оптического резонатора на систему зеркал, которая передает его на фокусирующую линзу сварочной головки.

Установки лазерной сварки выпускаются в разных компоновках: от традиционных портальных или консольных станков с рабочими столами и до роботов-манипуляторов с пятью степенями свободы. Управление сварочным оборудованием может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Если установка имеет систему ЧПУ, то выполнение сварочного процесса осуществляется в автоматическом режиме по заданной программе. В случае ручной лазерной сварки оператор с выносного пульта задает перемещения, скорости и параметры сварочного процесса.

Применение лазерной сварки

Основная область применения лазерной сварки — это передовые производства с инновационными технологиями. Наиболее широко ее применяют в микроэлектронике, приборостроении, авиакосмической отрасли, атомной энергетике и автомобильной промышленности.

В приборостроении и микроэлектронике с помощью лазера соединяют разнородные и разнотолщинные материалы диаметром от микронов до десятых долей миллиметра. Кроме того, лазерная технология позволяет сваривать элементы, расположенные на близком расстоянии от кристаллов микросхем, а также других чувствительных к нагреву элементов.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точеной сваркой кузовных элементов из тонколистовой стали. Для снижения веса в современных автомобилях все чаще применяют детали из алюминиевых и магниевых сплавов. Характерная особенность этих материалов — наличие у них поверхностной оксидной пленки с высокой температурой плавления. Поэтому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

Лазерная сварка кузова автомобиля

В судостроении, оборонной промышленности, атомной энергетике и авиакосмической отрасли широко используются комплектующие из титана и титановых сплавов. Сварка титана — это одна из самых сложных задач для сварочного производства. В расплавленном состоянии титан обладает высокой химической активностью к кислороду и водороду, что ведет к насыщению зоны расплава газами и образованию холодных трещин. Лазерная сварка успешно справляется с этой проблемой при работе в защитной среде из газовой смеси на основе из аргона и гелия.

Читайте также: Что такое контактная сварка

Лазерные установки применяют для сварочного соединения металлов с разными физическими свойствами. С их помощью сваривают сталь и медь с алюминиевыми сплавами, а также разнотипные цветные металлы. Новым направлением сварочных технологий является сварка лазером чугуна, которую применяют при производстве корпусов, элементов шестерен, запорной арматуры и других узлов и компонентов.

Стоимость лазерного оборудования снижается с каждым годом. Сейчас небольшие установки импульсной лазерной сварки доступны даже малому бизнесу и частным лицам. Они имеют небольшую мощность и их обычно применяют для резки, сварки и гравировки листовых материалов.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

• возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики,
• высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева,
• наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий,
• отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей,
• отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения,
• химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды),
• возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера,
• возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами,
• быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия,
• высокое качество сварных соединений.

Основные недостатки:

• высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих,
• низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%),
• зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки,
• высокие требования к квалификации обслуживающего персонала,
• особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Лазерная сварка является самой молодой из сварочных технологий — в промышленности она применяется только с конца семидесятых годов XX века. Сразу после своего появления она начала активно замещать традиционные методы сварки. Наибольшее распространение лазерная сварка получила в передовых производствах с инновационными технологиями.

В наше время лазерная сварка вышла далеко за пределы своего первоначального применения. Сейчас она используется не только в промышленности, но и в часовом производстве, при изготовлении и ремонте ювелирных украшений и даже при создании рекламных конструкций.