Лазерная сварка: качество – выше, размеры – точнее
Лазерную сварку активно внедряют в различных отраслях промышленности, где требуется высокоточное соединение деталей сложной конфигурации, изготовление крупногабаритных изделий, конструкций большой толщины и т. д.
За счёт стабильного движения луча и высокой точности можно получить надёжный, ровный шов, аккуратный и практически незаметный. Но чтобы добиться такого результата, необходимо выполнить ряд условий. Каких именно, расскажут производители и поставщики лазерного оборудования.
Слагаемые успеха
Все участники обсуждения сошлись во мнении, что для получения качественного шва в первую очередь необходимо правильно подобрать режим сварки. Если объединить все их рекомендации, потребителям следует учитывать следующие параметры: мощность лазерного излучения, скорость сварки, положение фокуса лазерного пучка относительно свариваемой поверхности, угол наклона оптической головки относительно плоскости кромок, расход и качество защитной газовой среды, амплитуду и частоту колебаний лазерного луча, скорость подачи присадочного материала.
«Более высокая мощность позволяет добиться лучших результатов за счёт увеличения энергии в точке сварки. Также важно правильно выбрать скорость: слишком высокая может привести к недостаточной проницаемости шва, в то время как медленная сварка способна вызвать перегрев и деформацию материала», — комментирует маркетолог ООО НПФ «ТехСмарт» Айдар Газизов.
Режим сварки также подбирается на основе характеристик свариваемого материала. Айдар Газизов напоминает, что параметры для стали будут кардинально отличаться по температуре и скорости от тех, которые оператор выберет для сварки алюминия.
«При работе лазером очень важно соблюдение технологических параметров, подобранных для конкретной марки материалов. Это обеспечивает прочность и долговечность сварного соединения», — подчёркивает технический директор ООО «Поккельс» Евгений Ключников.
Начальник отделения разработки лазерных технологий ООО НТО «ИРЭ-Полюс» Николай Грезев рекомендует учитывать теплофизические свойства материала, его отражательную способность и группу свариваемости. Руководитель отдела продаж сварочного оборудования ГК «Волгаэнергопром» Михаил Троекуров, в свою очередь, называет такие характеристики, как теплопроводность, теплоёмкость и точка плавления.
«Нельзя забывать и про отражающую способность металлов — она у всех разная, и это напрямую влияет на глубину проплавления и скорость сварки. При этом не стоит забывать, что, чем выше скорость сварки, тем меньше проплавление, поэтому следует подобрать их оптимальное соотношение, а также подходящее сварочное оборудование, опираясь на его мощность.
Важны и внешние факторы, такие как температура в помещении, в котором происходит сварка, влажность, чистота окружающей среды. Даже такие незначительные на первый взгляд аспекты оказывают влияние на качество сварных соединений, выполняемых лазерным источником», — поясняет Михаил Троекуров.
Также важными факторами являются грамотная подготовка и сборка деталей, тип соединения и положение шва.
«Для лазерной сварки требуется повышенная точность и плотность прилегания кромок. Оптимальным считается, когда зазоры и перекосы не превышают 10% от толщины детали. Также необходимо правильное позиционирование лазерного пучка относительно свариваемых кромок, поскольку шов имеет кинжальную форму, а его ширина обычно составляет менее 1 мм.
Исходя из этого, точность наведения на стык должна быть ±0,1 мм. Для качественной сварки важно обеспечить постоянную заданную скорость движения фокальной точки. Замедление или ускорение приведёт к локальным дефектам», — рассказывает Николай Грезев.
Михаил Троекуров напоминает, что в отличие от полуавтоматической сварки, лазерная технология более сложная, так как не предполагает применения присадочного материала. А значит, перекрыть зазор между заготовками будет невозможно. Сделать это позволяет лазерная сварка с применением механизма подачи проволоки, но в этом случае существенно снижается глубина проплавления, поясняет эксперт.
«Отсюда вытекает следующий фактор — грамотная слесарная сборка. Качество шва будет зависеть от сложности самой конструкции будущего изделия и качества подгонки заготовок, поэтому необходимо обеспечить точность на этапах резки и гибки металла.
Нужно, чтобы зазор между свариваемыми заготовками был минимальным или отсутствовал вовсе. Также важно обратить внимание на толщину металла и качество подготовки поверхности: не должно быть загрязнений в околошовной зоне», — акцентирует представитель ГК «Волгаэнергопром».
С опорой на опыт и науку
«Учитывая, что лазерные технологии считаются относительно молодыми, развитие этого направления происходит за счёт совместных усилий производителей по всему миру — каждый предлагает свои решения в этой сфере.
Основные этапы при изготовлении сварочных лазеров, от которых зависят качество оборудования и удобство его эксплуатации, включают калибровку лазера с учётом возложенных на него задач (мощности, длины волны), оптимизацию частоты и длительности импульсов, настройку качества конечного луча (структуры и профиля) и правильную фокусировку луча, — отстройку совокупности параметров допуска фокуса и его длины», — отмечает Михаил Троекуров.
Николай Грезев напоминает, что лазерная сварка относится к наукоёмким технологиям, и представители научного сообщества активно исследуют физические процессы, которые происходят в ходе выполнения этой операции.
«Ежегодно по данной теме публикуют тысячи статей. Опыт, накопленный с 1980‑х годов, активно используют технологи и конструкторы при создании промышленного оборудования. Каждая компания также имеет свои собственные наработки по методам и способам сварки. Некоторые из них запатентованы, другие остаются внутри предприятий в качестве конкурентного преимущества», — поясняет представитель НТО «ИРЭ-Полюс».
По словам Евгения Ключникова, для повышения качества сварных соединений специалисты применяют различные технологические решения, опираясь на многолетний опыт российских инженеров и собственные исследования. Это позволяет разрабатывать новые технологические карты с использованием современных лазеров и компонентов. Также в компании внимательно изучают достижения зарубежных производителей и используют их опыт, если он доступен. При этом основное внимание всё же уделяют собственным разработкам. Аналогичный подход в НПФ «ТехСмарт».
«Важно отметить, что многие компании, в том числе и мы, используют опыт зарубежных коллег. За европейскими и американскими производителями наблюдают, внедряя передовые методы и адаптируя их к условиям своего производства. Также активно ведутся собственные разработки, которые учитывают специфические условия эксплуатации оборудования и требования отечественного рынка. Такой комплексный подход позволяет достигать требуемого качества», — поясняет Айдар Газизов.
В поисках технологии, которая поможет значительно повысить качество шва, он рекомендует обратить внимание на системы автоматического контроля и мониторинга процесса сварки. Эти системы отслеживают параметры выполнения операции в реальном времени, что позволяет вносить коррективы буквально на лету и минимизировать риски возникновения дефектов.
«Существует множество технологических решений, которые зависят от специфики проблем, возникающих при классической лазерной сварке. Для устранения одних дефектов могут применяться специализированные режимы сварки, для других — уникальные методы и способы. Перечислить их все не представляется возможным в рамках одной статьи», — отмечает Николай Грезев.
Сервисный вопрос
Чтобы заказчики могли использовать лазерное оборудование максимально эффективно и добиваться высокого качества сварных соединений, производители и поставщики оказывают целый спектр сервисных услуг.
«Это и тренинги, и курсы повышения квалификации для работников, и услуги по техническому обслуживанию установок. Поддержка со стороны производителя на этапе запуска и в процессе эксплуатации оборудования также помогает оперативно решать возникающие проблемы и минимизировать простои», — рассказывает Айдар Газизов.
По словам Евгения Ключникова, современному производителю важно предоставить заказчику полный цикл внедрения технологии лазерной сварки. В него входят отработка режимов на образцах заказчика, лабораторные исследования и составление технологических карт. Также важной составляющей успеха является подготовка кадров. Например, компания «Поккельс» в партнёрстве с Национальной школой сварки проводит обучение персонала любого уровня как на своей площадке в Москве, так и на территории заказчика.
Михаил Троекуров также отмечает важность комплексного подхода в оказании сервисных услуг пользователям лазерного оборудования. Первым этапом этой работы, по его словам, должна быть не поставка станков, а анализ потребностей заказчика и возможностей его производственного участка.
Понять, как именно изменятся производительность и качество готовых изделий, позволяет опытная эксплуатация сварочных аппаратов. Она также помогает сварщикам протестировать и оценить оборудование, понять, удобно ли оно в работе. Немаловажный аспект взаимодействия с заказчиком — обеспечение безопасной эксплуатации лазерных установок.
«Это оборудование относится к IV классу опасности, а значит, даже диффузно отражённое излучение представляет угрозу для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности. Чтобы устранить риск получения травм на производстве, необходимо оградить сварочную ячейку специальными шторами и предоставить все необходимые средства индивидуальной защиты сварщика», — подчёркивает руководитель отдела продаж сварочного оборудования
ГК «Волгаэнергопром».
Николай Грезев в дополнение к перечисленным составляющим сервисной работы отметил важность оказания демонстрационных услуг. По его словам, презентация процесса лазерной сварки позволяет заказчику увидеть возможности оборудования в действии и оценить его преимущества. А после тестовых сварок потенциальный клиент может увидеть сваренное лазером изделие, изучить его качество и внешний вид.
«Технологические услуги включают отработку режимов сварки, анализ результатов в лаборатории и сварку контрольных образцов деталей заказчика. Благодаря этому он может понять, возможно ли методом лазерной сварки изготовить его детали, и получить сведения для оценки технико-экономических показателей. После этого может быть выполнена сварка партий изделий», — поясняет Николай Грезев.
Также по требованию заказчика производители проводят обучение сотрудников, оказывают помощь в настройке оборудования, чтобы обеспечить его более эффективное использование и минимизировать время, затраченное персоналом на освоение новых процессов.
Виртуозное исполнение
Какое бы оборудование ни выбрала компания, для работы на нём понадобятся квалифицированные специалисты. Ведь, как напоминает Михаил Троекуров, лазерные установки, в отличие от аппаратов для полуавтоматической сварки, не располагают специальными режимами, которые могут влиять на качество шва. Поэтому конечный результат работы полностью зависит от мастерства персонала.
«Квалификация сварщика или оператора играет ключевую роль в обеспечении качества сварных швов. Даже самое современное оборудование будет менее эффективным, если специалист не сможет правильно настроить его и использовать. Для выполнения лазерной сварки операторы должны обладать высокими профессиональными навыками, понимать технику и процессы, а также уметь быстро реагировать на изменения условий сварки», — убеждён Айдар Газизов.
Михаил Троекуров напоминает, что именно на оператора возлагаются задачи по первоначальной настройке оборудования, а также последующие выявление и решение проблем, возникающих в ходе его работы.
«Нужно понимать, что скорость сварки лазером гораздо выше, чем при использовании других технологий, поэтому от специалиста требуются предельное внимание и безошибочная точность движений. Так как это нетрадиционный вид сварки, оператору нужно приловчиться к габаритам и весу излучателя. От того, насколько виртуозно сварщик умеет манипулировать лазерным пистолетом, будут зависеть качество и внешний вид соединения», — поясняет представитель ГК «Волгаэнергопром».
Евгений Ключников также считает, что уровень квалификации сварщика или оператора играет ключевую роль в обеспечении качества готовых швов. Однако отмечает, что при строгом соблюдении технологических карт, разработанных производителями, требования к квалификации персонала могут быть снижены. Ту же позицию высказал представитель НТО «ИРЭ-Полюс».
«Обычно при лазерной сварке необходимы предварительная настройка технологических режимов и проверка качества сварных швов в лабораторных условиях. Если технология отработана, оператор должен контролировать состояние оптики и режим обработки. В таких ситуациях от него не требуется высокой квалификации, только внимательность и ответственность.
Однако, если задачи периодически меняются и необходимо адаптировать технологию сварки, уровень подготовки сотрудника становится критически важным. Фактически это уже не оператор, а технолог сварочных процессов, который должен обладать глубоким пониманием всех их этапов и физики», — подчёркивает Николай Грезев.
Текст: Мария Кармакова. Фото редакции PromoGroup Media.
