Лазерная сварка толстого слоя с технологией динамического формирования луча

На этой концептуальной иллюстрации показана динамическая лазерная сварка пластины толщиной 70 мм за один проход.

На выставке FABTECH 2022 в Атланте участники могли сидеть за рабочим местом на стенде Civan Lasers, щелкать несколько точек на экране и настраивать профиль энергии и глубину фокуса лазерного сварочного луча, что стало возможным благодаря тому, что Civan называет динамическим лучевым лазером. или DBL, технология.

DBL привела к некоторым поразительным достижениям, о последнем из которых было объявлено 9 февраля, когда компания заявила, что выполнила однопроходную сварку глубиной 70 мм при атмосферном давлении — вакуум не требуется.

Израильская компания не управляет своим лазером механически, полагаясь на гальвозеркала, которые раскачивают пятно луча. Вместо этого манипуляция происходит внутри самого лазера.

«У нас более 30 волокон, и наша цель — контролировать дифракционную картину. Благодаря этому вы можете сконструировать любое распределение мощности на заготовке».

Это Ами Спира, менеджер по маркетингу компании Civan, описывала основы технологии объединения когерентных лучей (CBC) и оптической фазированной решетки (OPA), двух строительных блоков, лежащих в основе DBL. «Это позволяет пользователю выполнять множество задач, которые ранее были невозможны с помощью лазера».

На стенде посетители могли щелкнуть по сетке, чтобы определить профиль балки в произвольном стиле. «Это форма, но мы также можем контролировать плотность», — объяснил Спира. «Например, скажем, я хочу создать больше энергии в этой области». Он указал на область, слегка смещенную от центра профиля луча. «Я могу просто добавить сюда щелчок, и теперь у меня гораздо больше энергии в этой области».

Еще одним параметром контроля является дифракционная картина. «Это связано с тем, как мы генерируем лазер», — сказал он. «Наша оптическая головка имеет несколько лучей, которые излучают свет, и они перекрываются, создавая эту дифракционную картину. И, управляя фазами каждого лазера, мы можем [изменять характеристики луча] в направлениях X, Y и Z».

Ось Z особенно важна, поскольку она обеспечивает новый уровень контроля глубины фокусировки луча. «Например, используя фокусное расстояние 1,5 м, мы могли бы иметь глубину резкости почти 30 мм. А если бы у нас было 3 м [фокусное расстояние], то глубина резкости была бы более чем вдвое».

Такая глубина фокуса в сочетании с другими улучшениями параметров луча подтолкнула Civan к новым применениям. Один из последних способов заключается в однопроходной сварке очень толстого материала в стык. Это стало возможным благодаря партнерству между Civan и AMET, компанией из Рексбурга, штат Айдахо, специализирующейся на автоматизированных сварочных системах, в том числе с использованием очень толстых сварных соединений.

«[Сиван] искал партнера в США для предоставления интегрированных систем», — сказал Дон Швеммер, президент AMET, во время интервью в FABTECH. «Мы хотели работать с поставщиком лазеров [и] разработчиком. И сторона управления действительно является нашей сильной стороной. Имея возможность манипулировать формой луча и фокусными расстояниями лазера, мы можем добавить это в наш пакет [управления] . Теперь у нас есть огромный набор инструментов вместо пары гаечных ключей. Он действительно очень подходит».

Лазер с динамическим лучом использует технологию когерентного объединения лучей и технологию оптической фазовой решетки (показана здесь) для создания луча, адаптированного для конкретного применения.

На выставке FABTECH компания Civan продемонстрировала образцы работ, которые продемонстрировали способность DBL создавать прочные сварные швы в материалах, чувствительных к растрескиванию, уменьшать количество пор и брызг благодаря форме луча, стабилизирующей замочную скважину, а также способность контролировать свойства разнородных материалов.

Согласно официальному документу Civan, технология DBL изменяет характеристики луча четырьмя способами. Во-первых, посредством формирования луча, когда пользователи проектируют определенную форму, соответствующую конкретному приложению. Это дает инженерам возможность тестировать «несколько форм, чтобы оптимизировать форму, наилучшую для конкретного сварного шва. Например, при сварке разнородных металлов DBL позволит использовать два лазерных пятна, движущихся одновременно (представьте себе движение кухни). миксер) для обеспечения однородного сварного шва».