Saldatura laser a fibra vs saldatura laser a CO₂: Quale fonte si adatta al tuo processo?
Per una nuova cella di saldatura dei metalli, la fibra è solitamente la prima sorgente da testare quando sono rilevanti la flessibilità del fascio, l'integrazione compatta, la robotica o la scansione. È importante tenere conto delle emissioni di CO₂ quando un processo a 10.6 μm validato o una cella già installata soddisfano i requisiti del pezzo. La scelta finale deve basarsi sulla ripetibilità delle saldature su pezzi rappresentativi della produzione, non solo sulla lunghezza d'onda, la potenza o la velocità di taglio dichiarata.
Partite dalla decisione di produzione, non dall'etichetta di provenienza.
La sorgente laser crea il raggio, ma è la cella a realizzare la saldatura. La potenza erogata, la dimensione del punto, il profilo del raggio, la posizione di messa a fuoco, la velocità di avanzamento, la distanza tra i giunti, la schermatura, il controllo del pennacchio, il fissaggio e la variabilità dei pezzi influiscono sul risultato. Un confronto tra fornitori è utile solo quando queste condizioni e i criteri di accettazione sono ben visibili.
Le sorgenti di saldatura a fibra di ittrio operano comunemente intorno a 1.06–1.085 μm . Le sorgenti industriali di CO₂ operano a 10.6 μm . La lunghezza d'onda influenza la trasmissione ottica, l'accoppiamento iniziale del materiale, il comportamento di riflessione e il meccanismo di rischio laser. Non fornisce una profondità di penetrazione, una velocità o un tasso di difetti universali. 1
Nuova cella metallica
Provate prima la fibra ottica quando la cella necessita di un robot, uno scanner, una testa portatile o frequenti cambi di percorso. Richiedete il fascio fornito e il pacchetto ottico completo.
Cella a CO₂ qualificata
Prima di sostituire la linea esistente, è necessario misurarla. La stabilità dei rendimenti, gli asset già ammortizzati e la comprovata idoneità possono prevalere su una nuova architettura di fornitura.
Rame o accoppiamento difficile
Non forzare la scelta tra fibra ottica e CO₂. Aggiungi un'opzione di lunghezza d'onda visibile attualmente disponibile, come il verde a 515 nm, alla prova sullo stesso componente.
La fibra ottica e la CO₂ differiscono principalmente per la trasmissione ottica e l'integrazione cellulare.
La tabella descrive le conseguenze ingegneristiche che possono essere verificate in una proposta. Evita promesse generiche in merito a velocità, efficienza o manutenzione, poiché queste dipendono dalla fonte specifica, dalla classe di potenza, dal sistema di raffreddamento, dall'ottica e dal ciclo di lavoro.
| Fattore decisionale | laser a fibra di Yb | Laser a CO₂ | Cosa verificare |
|---|---|---|---|
| Lunghezza d'onda tipica | Circa 1.06–1.085 μm per le comuni sorgenti di fibre di Yb. | 10.6 μm per le fonti industriali di CO₂ qui discusse. | Esatta lunghezza d'onda della sorgente, modalità operativa e compatibilità ottica. |
| Percorso del fascio | Il cavo laser consente un instradamento flessibile dalla sorgente alla testa di processo. | Il fascio luminoso viene instradato attraverso un percorso ottico chiuso basato su specchi. | Portata, curve, assi mobili, commutatori di fascio, controlli di contaminazione e accesso di servizio. |
| Punto di partenza del processo metallurgico | Principale candidato comune per le nuove celle di saldatura robotizzata e a scansione per lamiere. | Fornitore industriale collaudato per la saldatura dei metalli, tuttora disponibile nelle attuali gamme di prodotti. | Finestra di saldatura ripetibile sulla lega, sullo spessore e sul giunto effettivi. |
| Vapore sopra la serratura | Una nube di particelle può disperdere le radiazioni nel vicino infrarosso e necessita comunque di un'erogazione controllata del gas. | Il vapore ionizzato può assorbire e riemettere energia a 10.6 μm; il controllo del plasma può essere parte del processo. | Tipo di gas, posizione dell'ugello, flusso, stabilità della messa a fuoco e penetrazione alla velocità di produzione.2 |
| Flessibilità cellulare | La trasmissione tramite fibra ottica può semplificare la configurazione di robot, scanner e postazioni multiple. | Il routing a specchio può essere adatto a una cella fissa e progettata, ma introduce vincoli al percorso ottico. | Inviluppo di movimento effettivo, testa di processo, protezione del cavo o dello specchio e metodo di cambio. |
| Esposizione alla manutenzione | Non è più presente un lungo treno di specchi esterni, ma le finestre di protezione, la testa di processo, i connettori, il sistema di raffreddamento e di aspirazione necessitano ancora di manutenzione. | Il risonatore, la guida del fascio, gli specchi di deflessione, il raffreddamento e il monitoraggio della contaminazione dipendono dalla progettazione del sistema. | Garanzia su ricambi programmati, intervalli di manutenzione, tempi di recupero, disponibilità di ricambi locali e tempi di intervento. |
| Meccanismo di sicurezza | Le radiazioni del vicino infrarosso possono raggiungere la retina. | La lunghezza d'onda di 10.6 μm si trova nello spettro infrarosso C e viene assorbita principalmente dai tessuti della parte anteriore dell'occhio e dalla pelle. | Materiale di protezione, finestre di visualizzazione, interblocchi, dispositivi di scarico del fascio, lunghezza d'onda/OD degli occhiali e revisione LSO. |
Su un telefono, scorri la tabella orizzontalmente oppure selezionala e usa i tasti freccia.
L'architettura della sorgente modifica il percorso verso il pezzo in lavorazione.
Sia una sorgente a fibra ottica che una sorgente a CO₂ possono essere utilizzate per le saldature di produzione. I percorsi del fascio laser presentano problematiche di integrazione differenti, motivo per cui un preventivo deve indicare più del semplice nome del laser.
Percorso tipico di consegna tramite fibra ottica
Gli attuali prodotti in fibra ottica per uso industriale possono integrare sorgente, cavo laser, ottiche, controlli e sensori. La lunghezza del cavo consentita, il diametro del nucleo, il prodotto dei parametri del fascio e il percorso di curvatura rimangono specifici per ogni modello. 3
Percorso tipico del CO₂
Gli attuali sistemi a CO₂ possono utilizzare sistemi di guida del fascio integrati e incapsulati e ottiche monitorate. Il percorso esterno può includere commutatori di fascio, telescopi, ottiche di polarizzazione e unità a specchio. 4
Non confrontare solo la potenza della sorgente. Richiedi la potenza sul pezzo, le dimensioni del punto su entrambi gli assi, il profilo del fascio o i dati rilevanti sulla qualità del fascio, la tolleranza di messa a fuoco e la configurazione ottica utilizzata per il campione. Due celle da "6 kW" possono fornire condizioni di saldatura molto diverse.
Un processo equo mantiene costanti il componente e il processo di accettazione.
Modificando contemporaneamente la fonte, il punto, la velocità, la distanza tra i giunti e i criteri di ispezione, si ottiene una dimostrazione, non un confronto. La prova deve essere strutturata attorno alle variazioni di produzione e al tipo di guasto che interessa al cliente.
- Blocca l'input. Utilizzare la stessa lega/tempra, spessore, rivestimento, lotto di materiale, preparazione dei bordi, disegno del giunto e standard di pulizia.
- Descrivere le condizioni ottiche. Registra la potenza erogata, il punto luminoso, la messa a fuoco, il profilo del fascio, l'angolo di incidenza, l'ottica e la protezione dai riflessi posteriori.
- Controllare il processo. Velocità di registrazione, forma d'onda o modulazione, gas di protezione/vapore, geometria dell'ugello, filo di riempimento e vincolo del dispositivo.
- Introduciamo la variazione reale. Verificare il gioco nominale e nel caso peggiore, l'altezza del componente, lo stato della superficie e le condizioni termiche su componenti ripetuti.
- Applicare un piano di accettazione. Confronta entrambi i percorsi con lo stesso metodo di ispezione, frequenza di campionamento, limiti di difettosità e requisiti di takt.
Spesso è la cella elettrolitica a decidere se una buona saldatura rimane tale.
La consegna tramite fibra può semplificare il percorso del robot, ma non corregge una presentazione errata del giunto. La consegna tramite specchio a CO₂ introduce vincoli di allineamento e di contenimento, tuttavia una cella fissa ben controllata può rimanere stabile. Confronta il meccanismo che presenta il giunto alla trave.
- Individuare il punto di giunzione e mantenere il piano focale in corrispondenza della tolleranza del pezzo.
- Controllo dello spazio, del disallineamento dei bordi, della forza di serraggio e della distorsione termica.
- Proteggere le ottiche da schizzi, vapori e contaminazioni.
- Mantenere l'erogazione del gas allineata lungo l'intero percorso del robot.
- Definire le procedure di ripristino in caso di guasto alla testina, al cavo o al percorso dello specchio.
Utilizza tre percorsi anziché un unico vincitore universale.
L'elenco delle fonti da analizzare dovrebbe seguire i parametri relativi a parte, cella e base installata. Questi percorsi indicano cosa testare e dove smettere di fare supposizioni.
Prova prima la fibra.
Il percorso di partenza ideale per molte nuove celle metalliche che necessitano di integrazione compatta, instradamento flessibile, accesso robotizzato o movimento di scanner.
Prove richieste- Sezioni trasversali ripetute a takt
- Finestra di processo attraverso il divario e la focalizzazione
- Piano di protezione e assistenza per le ottiche
Effettua un controllo della CO₂ prima di sostituirla
Adatto quando una cella installata ha una qualità accettabile, un percorso dello specchio noto, una manutenzione qualificata e una vita economica residua adeguata.
Limite di arresto- Il rischio relativo ai pezzi di ricambio o all'assistenza è inaccettabile.
- I consumi misurati e i tempi di inattività annullano il vantaggio patrimoniale.
- La cellula non riesce a raggiungere la nuova giunzione o il nuovo takt
Ampliare la lista dei candidati per il rame
La fibra a infrarossi vicini potrebbe essere una soluzione valida, ma l'accoppiamento con rame freddo può rendere incompleto il confronto tra le due sorgenti. Le attuali sorgenti verdi a 515 nm sono vendute specificamente per la saldatura del rame. 5
Prove richieste- Stabilità all'avviamento a freddo e a regime
- Schizzi, penetrazione e prestazioni elettriche
- Protezione dai riflessi posteriori e tolleranza allo stato superficiale
I nomi dei materiali non sostituiscono uno studio specifico per l'articolazione.
| Materiale o squadra | Primo studio ragionevole | Variabili che possono invertire il risultato | Prove minime utili |
|---|---|---|---|
| Acciaio al carbonio o basso legato | Fibra per una nuova cella; audit misurato per un processo a CO₂ esistente. | Spessore, rivestimento, equivalente di carbonio, spazio, modalità di penetrazione e erogazione del gas. | Sezioni trasversali, prove di durezza o meccaniche quando necessario, tasso di difettosità al ciclo produttivo. |
| Acciaio inossidabile | La fibra rappresenta un punto di partenza pratico e moderno. | Finitura superficiale, schermatura, limiti di colorazione termica, accoppiamento, penetrazione e obiettivo di distorsione. | Sezioni di penetrazione/fusione, accettazione della superficie e controlli relativi alla corrosione, se specificati. |
| Lega di alluminio | Prova su fibre con preparazione specifica per la lega e controlli di stabilità. | Lega/tempra, ossido e contaminazione, fonti di idrogeno, vincolo del giunto e sensibilità alla fessurazione. | Sezioni ripetute, accettazione della porosità, resistenza o prova di tenuta per l'applicazione. |
| Rame o pila di rame | Confronta la fibra a infrarossi vicini con una sorgente verde pertinente; aggiungi altre lunghezze d'onda solo quando un fornitore è in grado di testarle. | Lega, rivestimento, stato della superficie, geometria del foglio/stacco, massa termica e requisiti elettrici. | Avviare la stabilità, gli schizzi, l'area di fusione, la resistenza e le prove di cicli termici se necessario. |
| Giunto rivestito o dissimile | Nessun vincitore che si limiti a lavorare da scrivania. | Percorso del vapore, formazione di intermetallici, spessore del rivestimento, spazio vuoto e strategia di riempimento. | La metallografia, unitamente al test meccanico, di tenuta o di corrosione, rappresenta la condizione di esercizio. |
I requisiti di prova devono derivare dal disegno, dal carico di esercizio e dalla qualifica di saldatura applicabile, non da una tabella generica dei materiali.
Confrontare il costo delle celle complete nello stesso periodo di produzione.
Un confronto diretto dei prezzi tra fornitori non tiene conto degli elementi che possono interrompere la linea di produzione. Chiedete a ciascun fornitore di preventivare la stessa quantità di lavoro e di distinguere tra valori misurati e stime.
| Blocco dei costi | Includi in entrambe le citazioni | Prove da richiedere |
|---|---|---|
| Hardware di produzione | Sorgente, refrigeratore, ottica, testa, movimento, apparecchio, sistema di cavi/gas, aspirazione, protezioni e comandi. | Definizione dettagliata dell'ambito di applicazione, delle interfacce, delle esclusioni e delle responsabilità relative ai test di accettazione. |
| Elettricita, Gas Ed Acqua | Alimentazione elettrica al ciclo di lavoro specificato, raffreddamento, aria compressa, gas di protezione/fumo e carico di aspirazione. | Consumo misurato o calcolato nel punto di funzionamento proposto. |
| Manutenzione | Finestre di protezione, ottiche, percorso del cavo di processo o dello specchio, filtri, raffreddamento e manodopera programmata. | Programma di manutenzione, ricambi disponibili in loco, tempi di intervento dei tecnici e procedura di ripristino prevista. |
| Perdita di qualità | Scarti di avviamento, sviluppo dei parametri, rilavorazione, ispezione, campionamenti distruttivi e riqualificazione. | Resa delle prove ripetute e piano di ispezione utilizzato per calcolarla. |
| Tempo di inattività e cambio formato | Manutenzione programmata, ripristino guasti, sostituzione della testina o delle ottiche, configurazione di nuovi componenti e formazione degli operatori. | Procedure di cambio formato illustrate, elenco dei guasti e livello di supporto contrattuale. |
I rischi sono diversi; entrambi richiedono un controllo ingegneristico.
Le linee guida dell'OSHA collocano le radiazioni tra 400 e 1400 nm nella regione di rischio retinico. Ciò include le comuni lunghezze d'onda delle fibre di Yb. A 10.6 μm, la radiazione di CO₂ si trova nell'infrarosso C, dove il tessuto ricco di acqua della parte anteriore dell'occhio assorbe l'energia, creando un forte rischio per la cornea e la pelle. Questa è una differenza nel meccanismo di lesione, non in una classificazione di sicurezza.⁶
La saldatura ad alta potenza introduce anche rischi di incendio, metallo incandescente, corrente elettrica, gas compressi e contaminanti aerodispersi. Il metallo di base, il rivestimento, l'olio e la composizione chimica dei detergenti determinano quali procedure di aspirazione e valutazione dell'igiene industriale sono necessarie.
Contenere il processo
Utilizzare una cella protetta con lunghezza d'onda adeguata, accesso interbloccato, osservazione protetta e terminazione del fascio controllata. L'OSHA raccomanda di integrare i laser ad alta potenza in una configurazione di sistema di Classe 1, ove possibile.
Esamina ogni stato operativo
Le normali fasi di produzione, configurazione, insegnamento, manutenzione, allineamento e ripristino dei guasti possono esporre percorsi del fascio diversi. Definire metodi di accesso e blocco per ogni stato.
Specificare la protezione in base alla lunghezza d'onda e all'esposizione
Gli occhiali protettivi per laser devono essere compatibili con la lunghezza d'onda e la densità ottica richieste. Il loro utilizzo supporta le misure di controllo del rischio, ma non sostituisce le recinzioni, i dispositivi di interblocco e l'accesso controllato.
Utilizzare la proprietà qualificata
Il responsabile della sicurezza laser e gli specialisti competenti in materia di saldatura, elettrotecnica, sicurezza delle macchine e igiene industriale devono approvare la cella finale e le relative procedure.
Inviate a tutti i fornitori la stessa documentazione probatoria.
Una richiesta di preventivo comparabile riduce la probabilità che una fonte prevalga perché la sua dimostrazione ha utilizzato componenti più semplici o una regola di accettazione più restrittiva.
Definizione della parte
- Disegno, simboli di saldatura e lunghezza del giunto
- Lega, tempra, rivestimento e certificati
- Differenza/discrepanza nominale e nel caso peggiore
- Parti rappresentative della produzione
Porta di accettazione
- Requisiti di penetrazione e fusione
- Limiti di porosità, crepe e schizzi
- Test di resistenza, tenuta o tenuta
- Ciclo di lavoro richiesto e resa al primo passaggio
Registro del processo
- Potenza sul pezzo in lavorazione, punto e messa a fuoco
- Velocità, forma d'onda e erogazione del gas
- Dispositivo, robot e metodo di rilevamento
- Sezioni ripetute da più parti
Ambito della cella e del servizio
- Servizi, sorveglianza ed estrazione
- Materiali di consumo e manutenzione programmata
- Ripristino guasti e ricambi locali
- Formazione, qualificazione e supporto
Confronta le fonti per il prodotto che devi spedire.
Oceanplayer Laser può esaminare i requisiti relativi a materiale, giunzione, ciclo e accettazione, per poi definire un piano di campionamento rappresentativo della produzione. Il risultato utile è una finestra di saldatura e un'area di cella documentate, non un singolo cordone di saldatura di prova.
Fonti tecniche
- TWI — La battaglia delle sorgenti: utilizzo di un laser a fibra di ittrio ad alta potenza per la saldatura di acciaio e alluminioFonte storica per la lunghezza d'onda dell'Yb, l'architettura della sorgente a fibra e il confronto della saldatura controllata. I dati relativi a costi ed efficienza del 2005 non sono utilizzati come valori di mercato attuali.
- TWI — Protezione con gas, controllo del plasma e del pennacchio nella saldatura laser. Distingue la protezione della saldatura dal controllo del plasma di CO₂ e dal controllo del pennacchio nel vicino infrarosso.
- TRUMPF — TruFiber SEsempio attuale di un fornitore di una sorgente di fibra industriale, cavo laser, ottica di processo, controlli e sensori.
- TRUMPF — TruFlowEsempio attuale di un fornitore di sorgenti di CO₂ a 10.6 μm, guida del fascio incapsulata, specchi di deflessione e applicazioni per la saldatura dei metalli.
- TRUMPF — TruDisk con lunghezza d'onda verdeEsempio di prodotto attuale a 515 nm per la saldatura del rame. Le dichiarazioni del fornitore in merito alle prestazioni devono essere verificate dall'acquirente.
- OSHA - Linee guida per la sicurezza e la valutazione dei rischi relativi all'utilizzo dei laserEffetti oculari dipendenti dalla lunghezza d'onda, controlli di Classe 4, protezione degli occhi e indicazioni sull'uso di occhiali specifici per la lunghezza d'onda.
Questo articolo fornisce supporto nella fase iniziale di pianificazione delle attrezzature e dei processi. Non costituisce una specifica di procedura di saldatura, un verbale di qualificazione, una valutazione della sicurezza laser o una garanzia di prestazione. La progettazione e l'utilizzo finali richiedono una verifica qualificata della saldatura e della sicurezza laser in relazione alle attrezzature, ai componenti e ai requisiti applicabili.