Недавно ремонтировал точечно-искровой сварочный аппарат и после того, как вернул его хозяину, решил собрать себе такой же. Естественно, с заменой части оригинальных комплектующих на то, что есть «в тумбочке».
Принцип работы аппарата достаточно простой – на конденсаторе C5 (рис.1 ) накапливается такое количество энергии, что при открывании транзистора Q9 её хватает, чтобы в месте сварки точечно расплавить металл.
С трансформатора питания Tr1 напряжение 15 В после выпрямления, фильтрации и стабилизации поступает на те части схемы, что отвечают за управление характеристиками сварочного импульса (длительность, ток) и создания высоковольтного «поджигающего» импульса. Напряжение 110 В после выпрямления заряжает конденсатор С5, который (при нажатии на педаль) разряжается в точку сварки через силовой транзистор Q8 и через вторичную обмотку трансформатора Tr2. Этот трансформатор совместно с узлом на транзисторах Q5 и Q8 создают на выводах вторичной обмотки высоковольтный импульс, пробивающий воздушный промежуток между сварочным электродом (вольфрамовой иглой, красный вывод) и свариваемыми деталями, подключенными к чёрному выводу. Это, скорее всего, необходимо для химически чистой сварки ювелирных изделий (вольфрам достаточно тугоплавкий металл).
Рис.1
Часть схемы на элементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 и D5 обеспечивает кратковременное включение реле К1 на время около 10 мс, зависящее от скорости заряда конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакты К1.1 подаёт стабилизированное напряжение питания +12 В на два узла. Первый, на элементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 и Tr2 – это уже упомянутый генератор высоковольтного «поджигающего» импульса. Второй узел на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 и R23 – генератор одиночного сварочного импульса, регулируемого резисторами R6 по длительности (1…5 мс) и R17 по току. На транзисторе Q3 собран, собственно, сам генератор импульса (принцип работы как и на включение реле), а транзисторы Q6 и Q7 – это составной эмиттерный повторитель, нагрузкой которого является силовой ключ на транзисторе Q9. Низкоомный резистор R23 - датчик силы сварочного тока, напряжение с него проходит через регулируемый делитель R22, R17, R14 и открывает транзистор Q4, который уменьшает напряжение открывания выходного транзистора Q9 и этим ограничивает протекающий ток. Параметры регулировки тока точно определить не удалось, но расчётный верхний предел не более 150 А (определяется внутренним сопротивлением транзистора Q9, сопротивлениями вторичной обмотки Tr2, резистора R23, монтажных проводников и мест пайки).
Полевой транзистор Q8 собран из четырёх IRF630, включенных параллельно ( стоит один IRFP460). Силовой транзистор Q9 состоит из десяти FJP13009, также включенных «параллельно» (в оригинальной схеме стоят два IGBT транзистора). Схема «запараллеливания» показана на рис.2 и кроме транзисторов содержит в себе элементы R21, D8, R22 и R23 каждые для своего транзистора (рис.3 ).
Рис.2
Рис.3
Низкоомные резисторы R20 и R23 выполнены их нихромовой проволоки диаметром 0,35 мм. На рис.4 и рис.5 показано изготовление и крепёж резисторов R23.
Рис.4
Рис.5
Печатные платы в формате программы развёл (рис.6 и рис.7 ), но заниматься их изготовлением по технологии не стал, а просто вырезал на фольгированном текстолите дорожки и «пятачки» (видно на рис.8 ). Размеры печатных плат 100х110 мм и 153х50 мм. Контактные соединения между ними выполнены короткими и толстыми проводниками.
Рис.6
Рис.7
Трансформатор питания Tr1 «сделан» из трёх разных трансформаторов, первичные обмотки которых включены параллельно, а вторичные последовательно для получения нужного выходного напряжения.
Сердечник импульсного трансформатора Tr2 набран из четырёх ферритовых сердечников строчных трансформаторов от старых «кинескопных» мониторов. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 1 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка намотана проводом в ПВХ изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Количество витков в последнем варианте намотки – 36, т.е. коэффициент трансформации равен 9 (в оригинальной схеме применялся трансформатор с Ктр.=11). «Начало-конец» одной из обмоток надо скоммутировать так, чтобы выходной отрицательный импульс на красном выводе аппарата возникал после закрытия полевого транзистора Q8. Это можно проверить опытным путём – при правильном подключении искра «мощней».
Элементы R19, C10 являются демпфирующей антирезонансной цепочкой (снаббер), а такое включение диода D9 обеспечивает на красном выводе сварочного аппарата отрицательную полуволну высоковольтного «поджигающего» импульса и защищает транзистор Q9 от пробоя высоким напряжением.
Накопительный конденсатор С5 составлен из 30 электролитических конденсаторов разной ёмкости (от 100 до 470 мкФ, 200 В), включенных параллельно. Их общая ёмкость – около 8700 мкФ (в оригинальной схеме применены 4 конденсатора по 2200 мкФ). Чтобы ограничить зарядный ток конденсаторов, в схеме стоит резистор R8 NTC 10D-20. Для контроля тока используется стрелочный индикатор, подключенный к шунту R7.
Аппарат был собран в компьютерном корпусе размерами 370х380х130 мм. Все платы и другие элементы закреплены на куске толстой фанеры подходящего размера. Фото расположения элементов во время настройки на рис.8 . В окончательном варианте с передней панели был убран шунт R7 и стрелочный индикатор тока (рис.9 ). Если же индикатор нужно ставить в аппарат, то сопротивление резистора R7 придётся подбирать по рабочему току используемого индикатора.
Рис.8
Рис.9
Сборку и настройку аппарата лучше производить последовательно и поэтапно. Сначала проверяется работа трансформатора питания Tr2 вместе с выпрямителями D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабилизатором VR1 и конденсаторами С6 и С7.
Затем собрать схему включения реле К1 и подбором ёмкости конденсатора С1 или сопротивления резистора R1 добиться устойчивого срабатывания реле на время около 10-15 мс при замыкании контактов на педали.
После этого можно собрать узел высоковольтного «поджигающего» импульса и, поднеся выводы вторичной обмотки друг к другу на расстояние долей миллиметра, проверит, проскакивает ли между ними искра во время срабатывания реле К1. Хорошо бы ещё убедиться, что её длительность лежит в пределах 0,3…0,5 мс.
Потом собрать остальную часть схемы управления (ту, что ниже R9 по рис.1), но к коллектору транзистора Q9 подключить не трансформатор Tr2, а резистор сопротивлением 5-10 Ом. Второй вывод резистора припаять к плюсовому выводу конденсатора С9. Включить схему и убедиться, что при нажатии педали на этом резисторе появляются импульсы длительностью от 1 до 5 мс. Чтобы проверить работу регулировки по току, нужно будет или собирать высоковольтную часть аппарата или, увеличив сопротивление R23 до нескольких Ом, посмотреть, меняется ли длительность и форма импульса тока, протекающего через Q9. Если меняется – это значит, что защита работает.
Возможно, что понадобится подбор номиналов резистора R9 и конденсатора C4. Дело в том, что для того, чтобы полностью «открыть» транзисторы Q9.1-Q9.10, нужен достаточно большой ток, который пропускает через себя Q7. Соответственно, уровень напряжения питания на конденсаторе С4 начинает «просаживаться», но этого времени должно хватать, чтобы провести сварку. Излишне большое увеличение ёмкости конденсатора C4 может привести к замедленному появлению питания в узле, а соответственно, к задержке по времени сварочного импульса относительно «поджигающего». Лучшим выходом из этой ситуации является уменьшение управляющего тока, т.е. замена десяти транзисторов 13007 на два-три мощных IGBT. Например, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) или IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тогда есть смысл и в установке "родного" транзистора IRFP460 в узле, формирующем высоковольтный «поджигающий» импульс.
Не скажу, что аппарат оказался очень нужным в хозяйстве:-), но за прошедшие три недели было приварено всего несколько проводников и резисторов к лепесткам электролитических конденсаторов при изготовление блока питания и сделано несколько «показательных выступлений» для любознательных зрителей. Во всех случаях в качестве электрода использовалась медная оголённая миллиметровая проволока.
Недавно провёл "доработку" - вместо педали поставил кнопку на передней панели и добавил индикацию включения аппарата (обыкновенная лампочка накаливания, подключенная к обмотке с подходящим напряжением одного из трансформатора).
Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль-март 2015
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Q1, Q5 | Биполярный транзистор | КТ3102 | 2 | В блокнот | ||
| Q2, Q3, Q4 | Биполярный транзистор | КТ503Б | 3 | В блокнот | ||
| Q6 | Биполярный транзистор | КТ817В | 1 | В блокнот | ||
| Q7 | Биполярный транзистор | FJP13007 | 1 | В блокнот | ||
| Q8 | MOSFET-транзистор | IRF630 | 4 | см. текст | В блокнот | |
| Q9 | Биполярный транзистор | FJP13009 | 10 | см. текст | В блокнот | |
| VR1 | Линейный регулятор | LM7812 | 1 | В блокнот | ||
| D1, D2, D5-D7 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 5 | В блокнот | ||
| D3, D4 | Выпрямительный мост | PBL405 | 2 | В блокнот | ||
| D8 | Выпрямительный диод | FR152 | 10 | см. текст | В блокнот | |
| D9 | Выпрямительный диод | FUF5407 | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R2, R3, R10 | Резистор | 20 кОм | 3 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R4 | Резистор | 100 Ом | 1 | МЛТ-2 | В блокнот | |
| R5, R16 | Резистор | 51 Ом | 2 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R6 | Переменный резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 0.1 Ом | 1 | см. текст | В блокнот | |
| R8 | Резистор | NTC 10D-20 | 1 | В блокнот | ||
| R9, R19 | Резистор | 10 Ом | 2 | МЛТ-0,5 | В блокнот | |
| R11 | Резистор | 33 кОм | 1 | МЛТ-2 | В блокнот | |
| R12, R13, R15 | Резистор | 1 кОм | 3 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R14 | Резистор | 15 Ом | 1 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R18, R24 | Резистор | 100 Ом | 2 | МЛТ-0,25 | В блокнот | |
| R20 | Резистор |
Мастерская ювелирных изделий FullService в центре Москвы. Виды услуг:
Большая часть услуг производятся в присутствии клиента.
Ремонт ювелирных изделий
К сожалению, время беспощадно действует даже на золото, не говоря уже о других драгоценных металлах. Эрозия происходит от трения, накапливается усталость в металле, ослабляются замки, петли, шарниры, штыри, зажимные лапки драгоценных камней. Покрываются царапинами, тускнеют, темнеют камни. От чрезмерной нагрузки на звенья рвутся золотые цепочки.
Решить эти проблемы Вам помогут в FullService.
Ремонт ювелирных изделий в Москве
Лазерная пайка, сварка украшений
Лазерная сварка - самый эффективный, быстрый и современный метод ремонта ювелирных изделий, бижутерии, очков и других изделий из металлов. С помощью лазерной пайки удаляют трещины, восстанавливают порванные, сломанные цепочки, кольца, кулоны, браслеты и т.д. Благодаря точечности зоны сварки, сохраняется целостность изделия. Это позволяет сохранять драгоценные камни в оправе. Непродолжительный контролируемый нагрев металла приводит к нулю риск повреждения и деформации конструкции изделия. После сварки остается едва заметный шов, который удаляется ювелирной полировкой. В результате Вы получаете украшение в первозданном виде.
Пайка ювелирных изделий
Чистка ювелирных изделий
Сплавы золота, серебра и другие быстро теряют блеск и полировку. Грязь забивается под драгоценные камни, между звеньями цепей, в местах сочленения и сгибов. При трении о тело, украшения на цепочках, кольцах, браслетах, серьгах оседает налет из пыли и различных жиров, особенно это касается бриллиантов, в результате чего теряется блеск. При попадании разных химикатов: серы, йода, хлора, остаются плохо выводимые пятна. Чистка украшений в мастерской FullService производится с помощью профессиональной ультразвуковой ванны.
Полировка ювелирных изделий
С течением времени все металлы царапаются и тускнеют. Необработанная поверхность украшения под микроскопом напоминает ландшафт горной местности. Полировка проводится поэтапно. В специальной полировальной машине украшения шлифуются с помощью полировочной пасты, затем – с помощью мягкой щетки, а на финише – ювелирное изделие вручную доводится до зеркального блеска.
Уменьшить или увеличить размер кольца
В ювелирной мастерской FullService при уменьшении размера кольца применяют метод вырезки лишнего металла с дальнейшей сваркой и полировкой места извлечения. Уменьшение обручальных и других колец без орнаментов и драгоценных камней – одна из самых востребованных. Наличие камней усложняет процесс. Перед уменьшением или увеличением их извлекают. Для увеличения размера колец применяют методы врезки кусочка драгоценного металла, либо нагрева кольца и растягивания его на специальном конусообразном инструменте до нужного размера. На стоимость работ влияет наличие камней, способ их закрепления, тип драгоценного металла (золото, серебро и др.), наличие орнамента, гравировки на кольце.
Увеличить размер кольца
Ювелирная закрепка драгоценных камней
Существует несколько видов закрепления драгоценных камней: корнеровая, рельсовая, глухая, паве, крапановая и другие. Если при выпадении камень не потерялся, в мастерской FullService его установят на прежнее место, если же драгоценный камень утерян, то возможно его изготовление. Мы производим вклейку жемчуга, замену сколотых камней..
Установка драгоценных камней на ювелирные изделия
Установка драгоценных камней на ювелирные изделия После
Родирование золота, ювелирных изделий
Родированием называется нанесение родия (один из самых прочных металлов платиновой группы) на золотые украшения. Он изнашивается гораздо медленнее, чем золото. Родированное изделие становится более устойчивым к царапинам. Более того, его используют для согздания белового фона для драгоценного камня. Используя различные добавки в процессе родирования, золотым и серебряным изделиям можно придать практически любой цвет: традиционный серебристо-белый, ярко желтый, и даже - фиолетовый. Срок действия родиевого покрытия у каждого изделия свой. Например, период истирания колец при интенсивной носке - от 1 до 3 лет, для серег - 5-10 лет.
Родирование ювелирных изделий
Напыление золотом или серебром
Золочение или серебрение, как и родирование, применяется для декоративных целей и для увеличения прочности покрытия.
Нанесение серебряного напыления
Напыление золотом
Чернение
Чернение серебряных и золотых колец, цепочек, крестиков и прочих изделий из металла представляет собой процесс нанесения на необходимые части украшения легкоплавкого сплава черного цвета.
Чернение серебра в Москве
Эмалирование ювелирных изделий
Один из видов декоративной отделки ювелирного украшения – нанесение эмали. Есть техника холодного и горячего эмалирования двумя способами:
- Нанесение сухого порошка сквозь сито по трафарету;
- Нанесение влажного порошка.
Эмалирование применяется к драгоценным камням или изделиям с гравировкой. Эмаль используется для заливки фона и для того, чтобы покрыть рельефные изображения и орнамент.
Эмалирование ювелирных изделий в Москве
Восстановление деформированной геометрии ювелирных изделий
Изготовление утраченных деталей
Изготовление утраченных деталей украшений
Изготовление утраченных деталей драгоценностей
Переплавка и переделка ювелирных изделий
Украшения, которые вышли из моды, те, что по каким-то причинам перестали приносить радость, или те, пара которых потерялась, могут снова принести Вам удовольствие. Обращайтесь в салон FullService "Смоленский", здесь по Вашему эскизу мы изготовим новое изделие из драгоценного металла.
Переплавка драгоценностей FullService
Реставрация антикварных ювелирных изделий
После долгих лет эксплуатации детали старинных украшений изнашиваются, истончается золото, теряются важные элементы. Для восстановления антиквариата мастера FullService ищут старинные эскизы соответствующей эпохи. На основе техник изготовления соответствующего периода производят восстановительные работы. Иногда приходится обратиться за советом к специалистам по анктиквариату.
Ремонт антикварных драгоценностей в Москве
Ремонт, замена замка цепочек, браслетов
При изготовлении ювелирных изделий используют разные типы замков: шпрингель, карабин, коробочка. Ремонт шпрингельных замков почти не производится, мастера прибегают к замене такого типа замка на цепочках, браслетах, колье. В карабинных замках, как правило, осуществляется замена пружины, штифта, либо меняется целиком сам замок-карабин. В замке типа "коробочка" обычно расшатывается или ломается две части: страховка и язычок. Все это возможно как отремонтировать, так и заменить.
Ремонт замка браслета
Ремонт брендовой бижутерии
Производители бижутерии используют при изготовлении в основном нетвердые металлы, например, сплав алюминия с кремнием. Такие украшения – хрупкие. Часто из них выпадают кристаллы, камешки, стразы. В мастерской FullService осуществляют замену неисправных замков, закрепку страз и камней, лазерную сварку деталей.
Перетяжка бус в Москве
Ремонт, чистка столового серебра
Со временем изделия из серебра тускнеют, чернеют и покрываются налетом. В мастерской FullService успешно устраняют грязь и налет с любых серебряных изделий с помощью ультразвука и специальных профессиональных средств.
Изготовление ювелирных изделий на заказ
Изготовление ювелирных изделий в Москве
Изготовление ювелирных изделий в Москве
Гравировка на кольцах и других ювелирных изделиях
Ювелирная мастерская FullService выполняет услуги по гравировке: гравировка на кольцах (в том числе обручальных), гравировка на часах, браслетах, кулонах… Производится как ручная гравировка, так и гравировка с помощью лазерного станка. Начертанный узор, красивые слова, инициалы, логотип придают любому изделию из металла эксклюзивность, соответственно, добавляют дополнительную стоимость украшению. Лазерная гравировка на ювелирных изделиях позволяет нанести любое изображение.
Гравировка в салонах FullService в Москве
Гравировка в салонах FullService в Москве
При изготовлении металлических художественных изделий широко применяются дуговые способы сварки. Например, для изготовления несущих конструкций в скульптуре или в металлических скульптурных композициях, а также в металлопластике, в реставрационных работах и т.п. одним из наиболее распространенных методов является ручная дуговая сварка.
В ювелирном производстве нашли применение следующие способы сварки: дуговая точечная сварка неплавящимся электродом, контактная точечная сварка и лазерная сварка. В последнее время свое применение в ювелирной отрасли находит и диффузионная сварка. Эти способы можно использовать для соединения деталей из золота, серебра, платины, меди и ее сплавов и др.
2.2.1. Дуговая точечная сварка неплавящимся электродом
Дуговая сварка – сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Дуга – мощный стабильный электрический разряд в ионизированной атмосфере газов и паров металла. По способу защиты дуги и расплавленного металла различают сварку открытой дугой, под флюсом и в защитном газе; по виду электродов – сварку плавящимся и неплавящимся электродами; по степени механизации процесса – ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку.
В ювелирном производстве широко применяются аппараты, осуществляющие сварку с помощью неплавящихся электродов в атмосфере защитного газа. Отлично зарекомендовала себя в ювелирной промышленности серия аппаратов точечной сварки PUK компании «Lampert» (Германия) (рис. 2.1а ), а также компактный сварочный аппарат «Orion pulse150i» (США) (рис. 2.1б ).
При касании электродом места сварки происходит замыкание цепи, втягивание электрода в держатель (рис. 2.2) и образование электрической дуги, которая расплавляет металл в точке сварки. При этом очень важно аккуратно касаться изделия кончиком электрода. Изделие должно иметь хороший электрический контакт с аппаратом. Сварку можно осуществлять путем местного расплавления металлов под действием электрической дуги и с применением присадочной проволоки. Сварка выполняется с помощью вольфрамовых электродов. В качестве защитного газа применяется высокочистый аргон.
Рис. 2.1. Аппараты точечной сварки:
а – аппараты точечной сварки PUK компании «Lampert»;
б – сварочный аппарат «Orion pulse150i»
Рис. 2.2. Электрододержатель
Аппараты серии PUK оснащены оптическим устройством, который позволяет точно размещать изделия и подводить кончик электрода к месту сварки. Возможно применение микроскопа «Mezzo 10×» с «рукой» для закрепления держателя. Микроскоп совместим со всеми модификациями аппаратов точечной сварки PUK. Автоматика обеспечивает 100% защиту глаз и комфортное ведение процесса сварки без усталости и нагрузки на сетчатку глаза. Для защиты глаз от излучения микроскоп оснащен закрывающейся шторкой, срабатывающей во время импульса. Под микроскопом видны мельчайшие детали сварки, что позволяет выполнить ее более четко и качественно. Подставка для держателя электрода с фиксаторами очень удобна – при сварке она освобождает руки .
Достоинством аппарата «Orion pulse150i» является то, что интерфейс управления отображается на 9-дюймовый цветной сенсорный экран, который удобно крепится к 3D-микроскопу «Flex» .
САНТИ ВАЛЕНТИ
Laservall SpA, Доннас, Италия
1. Введение
1.1 Основные свойства лазерного луча
Монохромность
Лазерный источник имеет узкий спектр эмиссии,
сконцентрированный на одной длине излучения. Для лазера Nd: YAG длина волны
составляет 1064 нм.
В основном используется вместе с цепевязальными
автоматами.
Коллимация
Лазерный луч характеризуется высокой направленностью и концентрацией, достигаемыми при помощи специальных фокусирующих линз.
Ниже приведены области ювелирного производства, в которых используется лазерные источники:
Nd:
YAG импульсный оптоволоконный с фокусирующей
насадкой (рис.1)
Средняя выходная мощность до 70 Вт.
В основном
используется вместе с цепевязальными автоматами.
Nd: YAG импульсный с прямым пучком и фокусирующей насадкой
(рис. 2).
Средняя выходная мощность до 50 Вт.
Преимущественно
используется для ручной сварки под микроскопом ювелирных изделий с драгоценными
камнями.
Nd:
YAG непрерывного излучения с модуляцией добротности DPSS TEM 00
(рис. 3а и 3b).
Средняя выходная мощность до 40 Вт.
Основная область
использования: маркировка, микрорезка, пробивка отверстий.
Nd:
YAG импульсный с ламповой накачкой (рис. 4а и 4b)
Средняя выходная мощность до 80 Вт.
Используется для глубокой
маркировки, гравировки. Морально устареет с появлением источников с диодной
накачкой, мощность которых сегодня достигает 100 Вт.
.jpg) |
|
 |
|
1.2. Импульсные лазеры Nd: YAG
История и применение
Наиболее распространенным видом применения лазера является сварка.
 |
Рисунок 3а
- |
 |
Рисунок 3b
- |
В ювелирной области первый прикладной опыт лазерной сварки был получен одиннадцать лет назад. Сегодня в мире насчитывается свыше 3000 импульсных лазеров, занятых сваркой.
В мировом масштабе Италия занимает лидирующие позиции, так как перерабатывает 22% добытого золота, не предназначенного для слитков или для других промышленных или медицинских целей. Поэтому здесь должно быть широкое поле применения лазерной техники.
Техника использования лазера связана и "безошибочна" по применению, имея различные прикладные аспекты, со сваркой, маркировкой и резкой.
.jpg) |
Рисунок 4а
- |
|
Рисунок 4b
- Вид прибора, |
 |
|
|
Сварка Сварка фуги звена на цепевязальном автомате (рис. 6а и 6b). Ручная сварка ювелирных изделий и уникальных украшений с драгоценными камнями. Уменьшение пористости, появляющейся при литье, с использованием припоя и без него. Обычно припой сделан из того же сплава, что и ремонтируемое изделие.
|
2. Сварка
2.1 Преимущества лазерной сварки по отношению к традиционным методам
Постоянство и неизменность пробы
С того момента,
когда перестают использоваться припои и сварка производится частичным
расплавлением соединяемых металлов, исчезают все проблемы с пробой.
Экологические аспекты
Для сварки не используются
припои или порошки. Для очистки изделия не используются агрессивные химикаты
и/или растворители. Отсутствуют проблемы с отходами.
Упрощение производственного процесса.
Система
цепевязальный станок – лазер упрощает производственный процесс и способствует
экспорту станков в страны, где не хватает традиционного опыта итальянских
производств.
Пример: Венецианское плетение с запатентованным
производственным циклом или цепи из биметалла.
Ускорение производственного цикла
Ускорение
производственного цикла создает очевидные экономические преимущества ускорения
оборота металла в производстве.
Улучшение внешнего вида многоцветных цепей
Типичная
лазерная сварка позволяет соединить виды драгоценного металла, различные по
пробе и составу сплава.
Многоцветную сварную цепь легко распознать, так как
ее расцветка, не подвергаясь нагреву в печи, остается яркой (рис. 8).
Прихватка
Лазерная сварка может быть использована и
для простого соединения деталей перед пайкой.
Реализация новых производственных процессов.
Сильный
толчок к ювелирному творчеству, связанный с изготовлением новой продукции,
использует лазерную сварку. Одним из примеров является цепь Кордовая. Эта цепь
породила в Италии, на Дальнем Востоке и в США настоящую производственную лавину.
Конечно, сама цепь изготавливается с давних пор еще со времен этрусков, но
лазер обеспечил простоту ее автоматического производства.
На самом деле, тот, кто первым предлагает новые производственные технологии изготовления известной или новой продукции, получает возможность проникнуть и на новые и старые рынки и обеспечить себе заработок.
2.2 Новейшие области применения
Цепь Навесная (Pendent Chain)
Одна из последних разработок, порожденная использованием лазера Nd: YAG
совместно с цепевязальными станками. Цепь очень распространена в США и носит
название "Навесная".
Обычно это 16 дюймовая цепочка (около 40 см), из
проволоки диаметром 0,11 мм, весом 1 г, включая замок. На приведенном рисунке
(рис. 19) заметны крайне малые размеры звена.
Пайка такой цепи в обычных
проходных печах приводит к 30 процентному браку даже у опытных мастеров.
Непосредственная сварка на станке сводит отходы к нулю.
Традиционный процесс
производства Навесной цепи предполагает использование специальной проволоки с
низкотемпературным сердечником, то есть содержащей внутри припой.
Благодаря использованию лазера низкотемпературный сердечник был заменен сплавом с более высокой температурой плавления, а благодаря небольшим добавкам титана была достигнута мягкость и механическая прочность, более высокая, чем у проволоки с припоем. Заслуживает внимания и больший блеск проволоки.
Многозвенные цепи
Многозвенные цепи, подвергаемые сколотке типа тройной, четверной, пятерной с большим размером звена свариваются при помощи лазерного луча, звено за звеном, непосредственно на станке, что позволяет избежать в момент пайки типичного открытия стыка из-за нагрева и пружинящего эффекта. Это один из примеров интеграции технологии использования лазера и традиционной технологии пайки в печи, предназначенной для ускорения всего производственного процесса, увеличивая отдачу благодаря значительному снижению количества отходов. Из ювелирных предприятий доходят известия о том, что цепь может быть полностью сварена лазером, а не просто прихвачена. Тем не менее, в дальнейшем цепь все равно пропускается через печь, не используя порошок для того, чтобы обеспечить полную рекристаллизацию металла и сделать механические характеристики однородными.
3. Маркировка, гравировка, резка, пробивка отверстий
Используя мономодальный лазер Nd: YAG непрерывного излучения с модуляцией добротности DPSS TEM 00 со средней мощностью до 40 Вт, можно выполнить как высокоскоростную маркировку за один проход с глубиной в несколько сотых миллиметра, так и гравировку с глубиной до нескольких десятых не гладких и изогнутых поверхностях в области действия фокусирующей линзы.
Типичное оснащение лазерной системы, предназначенной для этой
области применения – сканирующая головка по координатам XY, по которым все
перемещения управляются при помощи программного обеспечения, рис. 14.
То
есть, начиная с маркировки, гравировки, резки, прикладное использование лазера
различается только мощностью выхода и в большей степени качеством оптики
лазерного источника.
Пробивка отверстий в пластинах – это резка диаметров, составляющих даже десятую часть миллиметра, поэтому она во всем совпадает с теоретическим процессом обычной резки.
3.1 Маркировка и декор
Обычно производится для изготовления типичных орнаментов на серьгах, браслетах, колье, используя метод сатинирования. Этот же метод становится основным для того, чтобы выделить на светлом фоне рисунок на медали, рис. 15.
Самые интересные эффекты получаются на многоцветных поверхностях из драгоценного металла, изготовленных при помощи либо вальцев, либо гальванических покрытий. Устранение блеска в отдельных областях, управляемое программным обеспечением, благодаря контрасту, создает "разницу в цвете", рис. 16 и 17.
3.2 Гравировка
Лазер Nd: YAG непрерывного излучения с модуляцией добротности
TEM 00 в определенных условиях может обеспечить среднюю фокусировку луча
размером 30 микрон.
Таким образом, лазер в состоянии выполнять тончайшую
гравировку с чрезвычайно малыми размерами, рис. 18. Можно "вписывать" логотипы
или маркировку в квадраты со стороной даже 1 мм, позволяя "конкретно"
персонализировать ювелирную продукцию или при необходимости кодифицировать серии
изделий, чтобы избежать подделок.
|
|
|
|
Рисунок 20 - Диск из желтого золота 12 К, толщиной 0,15 мм. Отверстия изготовлены при помощи круговой вырезки |
 |
3.3 Резка
Это расширение технологии гравировки в случае глубины,
превышающей толщину пластины.
Одной из первых областей применения обычного
лазера для маркировки стала разка золотой фольги чрезвычайно малой толщины в
несколько сотых миллиметра (в дальнейшем собранных для легкости обращения в
книжицы по десять листов), используемых для отделки "червонным золотом" рамок
или статуй.
Обычно резка производится в несколько проходов в зависимости от
толщины драгоценного металла, которая может достигать до десятых долей
миллиметра.
Обычным применением на сегодняшний день является проходная
вставка в Панцирные цепи для их персонализации, рис. 19.
В частности,
используя системы с соответствующей мощностью и яркостью и применяя сканирующую
головку XY, мы обеспечили резку золотых и серебряных пластин толщиной до 0,3 мм,
рис. 20.
Используя те же лазерные источники, может быть, более мощные с
прямой фокусировкой и подачей кислорода, мы проверили возможность резки до
толщины 0,5-0,6 мм как золота, так и серебра.
В производстве очень важным процессом является сварка. Такой аппарат, где лазер используется как энергетический источник, называется лазерная сварка, которая применяется для соединения одинаковых и разнородных металлов. Это наиболее современный способ для сварки металлических частей, который в последние годы все больше привлекает к себе внимания.
Такая сварка была создана в 60-е годы ХХ века. Плюс излучения лазера — высокое скопление энергии. Это позволяет соединить различные металлы и сплавы толщиной от микрометра до одного сантиметра.
Лазерное излучение создает сварной шов таким способом: наводится в фокусирующую систему, где преобразуется в меньший пучок, поглощает, нагревает и расплавляет свариваемые материалы. Для фокусировки энергии в сварке лазером используются направляющие зеркала.
Микросварка соединяет материал толщиной до 100 мкм, мини-сварка проплавляет на глубине от 0.1 до 1 мм, макросварка способна спаять детали толщиной более 1 мм. В зависимости от положения деталей и лазерного луча, схема спайки может быть:
- встык;
- внахлест;
- угловая;
- прочие варианты.
Типы используемых лазеров
Установки для сварки лазером бывают твердотельные и газовые.
В твердотельной используется стержень из розового рубина, в котором ионы хрома нагреваются при облучении и отдают запасенную энергию.Концы рубинового основания покрывают серебром, которое имеет свойство отражать свет. Образуются полупрозрачные и прозрачные зеркала, от которых ионы хрома отбиваются и перемещаются вокруг рубинового стержня по спирали, задействуют следующие ионы и формируют беспрерывное действие. Случается энергетический взрыв, который движется через наполовину прозрачное стекло и собирается линзой в точку сварочного аппарата. Минус твердотельного лазера — работа только в беспрерывном режиме, а в импульсном очень низкий КПД (от 0.01 до 1%).
Если сравнивать газовый лазер и твердотельный, то у газового выше мощность и уровень КПД. Устройство такого лазера — круглая трубка, наполненная газом с обеих сторон, прижатая полупрозрачным и непрозрачным параллельными зеркалами. В трубке находятся электроды, между ними под воздействием разряда появляются резвые электроны, которые задействуют частицы газа. Когда они возвращаются в первоначальное состояние, образуются кванты света, которые собираются и направляются в место спайки. Огромным достоинством газовых лазеров является то, что они функционируют в обоих режимах: импульсном и беспрерывном.
Сварка сплавов большой толщины осуществляется с глубоким проплавлением, то есть формируется парогазовый канал, что весьма отличается от соединения металлов меньшей толщины. Для того чтобы при сварке не появлялись недостатки и шов был хорошего качества, подбирается необходимая мощность. Скорость 0.2-0.3 см/с обеспечивает высокую продуктивность и качественное скрепление деталей без дефектов.
Вернуться к оглавлению
Применение сварки лазером
Лазерные сварочные аппараты используются все чаще из-за качества, экологичности и скорости процесса.
Аппарат для лазерной сварки применяется:
- Для соединения стали. Такая сварка стали обеспечивает высокую прочность соединений, аккуратность швов, минимизацию коррозий, высокую скорость охлаждения. Перед началом сваривания конструкций необходимо подготовить кромки деталей: очистить от ржавчины окалины и удалить влагу. Подгоняют детали и части конструкции под сварку с наибольшей точностью. Как защитный газ используют чистый гелий или его смесь с аргоном.
- Для спайки металлических конструкций. Лазерная осуществляется с глубоким проплавлением. Важным приемом для этого является применение присадочного материала, что обеспечивает возможность регулировать состав шва, а также снизить требования к точности сборки частей конструкции под спайку. Особенность в том, что используется присадочная проволока в диаметре до 1 мм и правильная подача ее при помощи специальных механизмов под лазерное излучение. Если работать со скоростью 25-30 мм/с, то снижается количество деформаций, по сравнению с дуговой спайкой металлов. Основные достоинства соединения металла с глубоким проплавлением — мощное излучение, необходимая скорость сварки. Такое сильное излучение увеличивает способность проплавлять и формировать качественный шов. Обратите внимание, что лазерное излучение в диаметре должно быть от 0.5 до 1 мм. Если луч меньше указанного диаметра, это может привести к перегреву металла шва, частичному испарению его и образованию дефектов. Если же луч более 1 мм, то эффективность снижается в несколько раз, что может привести к преломлению шва.
- Для ремонта очков. Лазерная сварка очков — оптимальный способ починить оправы из различных металлов и сплавов. Место соединения получается крепким и однородным благодаря тому, что в сварке не используется припой. Процедура ремонта длится не более 20 минут, шов не загрязнен частицами припоя или электродов, а в месте соединения остается небольшой шов, который незаметен после шлифовки. Для ремонта очков необходимо выбрать правильное оборудование с нужной мощностью, так как маломощные лазеры не могут пропаять материалы с высокой теплопроводностью.
- Для ремонта ювелирных изделий. Лазерная пайка предоставляет возможность ремонта серебряных и золотых изделий максимально аккуратно, без деформации. Украшение не нагревается полностью при проведении работы, а только частично, в местах, которые необходимо соединить. Еще один плюс в том, что не нужно извлекать драгоценные камни из изделия, ведь при использовании лазерного излучения не нарушится целостность украшения.
- Для соединения алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. выбираются для обеспечения нужной геометрии шва, предотвращения формирования холодных трещин и создания хорошего шва.
Вернуться к оглавлению
Ручная лазерная сварка
Уже существует оборудование для лазерной сварки, которое функционирует в ручном режиме. С его помощью можно производить своими руками:
- точечную спайку;
- ремонт ювелирных украшений;
- уплотнение материалов только поверхностно;
- обработку медицинского оборудования;
- ремонт оправы очков.
Ручной сварочный аппарат может повысить продуктивность, ведь его скорость гораздо быстрее, а сварные изделия более высокого качества. Например, непрерывным лучом стальной лист толщиной 20 мм сваривается за 1 проход со скоростью 100 м/ч, а электрической дугой такой лист сваривают с быстротой в 20 м/ч за 6-8 проходов.
Не стоит забывать о том, что лазеры излучают мощный луч, который бывает видимый и невидимый. В большинстве случаев лазерный сварочный аппарат излучает невидимый луч инфракрасного света. Если не соблюдать меры предосторожности, то такой луч может попасть в глаза или на кожу.
Нужно выбирать качественное оборудование для сварки лазером, которое имеет правильную конструкцию, оснащено крышками для безопасности. Если тщательно соблюдать меры предосторожности, сварочный аппарат не будет опасным для вашего здоровья.
