Jaka jest zasada działania urządzenia do spawania biżuterii laserem?

Urządzenie do spawania biżuterii laserem to nowoczesne urządzenie wykorzystujące wiązkę laserową jako źródło ciepła do precyzyjnego łączenia elementów metalowych biżuterii. Zasada jego działania opiera się na oddziaływaniu lasera na materię. Jego rdzeniem jest dokładne skupienie wiązki laserowej o wysokiej gęstości energii na bardzo małym obszarze przedmiotu, umożliwiając spawanie poprzez szybkie topnienie i krzepnięcie.
I. Podstawowa zasada działania: Oddziaływanie lasera na metal
Absorpcja i konwersja energii:
Gdy wiązkę laserową o określonej długości fali skieruje się na powierzchnię metalu, swobodne elektrony w metalu pochłaniają energię fotonów. Maszyny do spawania biżuterii zazwyczaj wykorzystują impulsowe lasery Nd:YAG lub lasery światłowodowe, które emitują światło bliskiej podczerwieni (o długości fali około 1064 nm), skutecznie pochłaniane przez większość metali stosowanych w biżuterii, takich jak złoto, srebro, platyna i pallad.
Akumulacja ciepła i topnienie:
Elektrony, które pochłonęły energię, zderzają się z siecią krystaliczną, przekształcając energię w ciepło. W bardzo krótkim czasie (zwykle w skali milisekund lub mikrosekund) temperatura metalu w punkcie ogniska lasera gwałtownie rośnie, szybko osiągając i przekraczając temperaturę topnienia, tworząc lokalne jeziorko stopione. Ze względu na wysoką koncentrację energii laserowej strefa wpływu cieplnego jest bardzo mała, a materiał otaczający praktycznie nie ulega uszkodzeniu termicznemu.
Zastyganie jeziorka stopionego i połączenie:
Po zakończeniu impulsu laserowego źródło ciepła natychmiast znika. Stopiona metalowa chłodzona jest i krzepnie poprzez szybkie przewodzenie ciepła przez otaczającą matrycę. Metal w strefie stopionej i metal podstawowy tworzą wspólną strukturę krystaliczną podczas procesu krzepnięcia, osiągając w ten sposób silne połączenie metalurgiczne.
II. Główne komponenty systemu
Generator laserowy: Główny element systemu, odpowiedzialny za generowanie wiązki laserowej. Nowoczesne urządzenia wykorzystują głównie lasery światłowodowe, które charakteryzują się wysoką efektywnością, dobrą jakością wiązki oraz brakiem potrzeby konserwacji.
System prowadzenia i skupiania światła: Składa się z odbłyśników, światłowodów i soczewek skupiających. Jego zadaniem jest precyzyjne kierowanie i skupianie wiązki laserowej wytworzonej przez generator laserowy na przedmiocie obrabianym, tworząc plamę świetlną o bardzo wysokiej gęstości energii.
Stół roboczy i system pozycjonowania: Służy do mocowania i precyzyjnego przemieszczania przedmiotów obrabianych lub głowic laserowych. Zazwyczaj wyposażony w mikroskopy, systemy kamer CCD lub światła wyjustowane krzyżowo, aby osiągnąć dokładne pozycjonowanie punktów spawalniczych.
System sterowania: Zintegrowany komputer i oprogramowanie służą do ustawiania i regulacji parametrów lasera, takich jak energia impulsu, szerokość impulsu, częstotliwość i ścieżka spawania, kontrolując cały proces spawania.
System gazu ochronnego: W strefie spawania wtłaczany jest gaz obojętny (np. argon), aby zapobiec reakcji rozgrzanego metalu z tlenem powietrza, dzięki czemu spoina pozostaje jasna i czysta.
III. Proces pracy
Funkcja: Umocowanie wyrobu jubilerskiego przeznaczonego do spawania na stole roboczym oraz precyzyjne wyszeregowanie wiązki laserowej z obszarem spawania za pomocą systemu wizyjnego.
Ustawienie parametrów: W zależności od rodzaju materiału metalowego, jego grubości oraz wymagań spawalniczych, należy ustawić odpowiednią moc lasera, czas trwania impulsu oraz częstotliwość w systemie sterowania.
Uwolnienie gazu ochronnego: Uruchom linię gazową, aby zapewnić, że gaz obojętny pokryje strefę spawania.
Uruchomienie lasera: Włącz urządzenie, a laser zacznie emitować impulsy laserowe zgodnie z ustawionymi parametrami, które oddziałują na powierzchnię przedmiotu roboczego.
Tworzenie złącza lutowniczego: Energia laserowa powoduje natychmiastowe stopienie się metalu, tworząc kałużę stopionego metalu. Po zatrzymaniu lasera kałuża krzepnie, kończąc proces spawania jednego złącza lutowniczego. Przez przesuwanie przedmiotu roboczego lub głowicy laserowej można wykonywać ciągłe spawanie punktowe lub szwu.
IV. Cechy techniczne i zalety aplikacyjne
Przetwarzanie bezkontaktowe: Głowica laserowa nie styka się z przedmiotem roboczym, eliminując naprężenia mechaniczne. Nadaje się do delikatnych i drobnych elementów biżuterii.
Mała strefa wpływu ciepła: Energia jest silnie skoncentrowana, co pozwala uniknąć ogólnego nagrzania przedmiotu. Zapewnia to, że już osadzone kamienie (szczególnie wrażliwe na ciepło takie jak tanzanit i opal, a także materiały emaliowane) nie ulegną uszkodzeniu termicznemu.
Wysoka wytrzymałość spoiny: Jest to metoda wiązania metalurgicznego, a wytrzymałość miejsca spawania zbliżona jest do wytrzymałości materiału podstawowego.
Ekstremalna precyzja: Średnica plamki może osiągnąć poziom mikrometrowy, umożliwiając niemal niewidoczne spawanie, wymagające minimalnej późniejszej pracy szlifierskiej.
Szeroki zakres zastosowania materiałów: Można go stosować do spawania różnych powszechnych metali jubilerskich, takich jak złoto próby K, platyna, srebro oraz stopy tytanu.
Zasada działania maszyny do spawania biżuterii laserem polega na wykorzystaniu wiązki laserowej o wysokiej gęstości energii do lokalnego i chwilowego nagrzewania metalu, powodując jego stopienie i uzyskanie połączenia metalurgicznego. Kluczem technologii jest precyzyjna kontrola energii laserowej, umożliwiająca osiągnięcie dokładnego, czystego i wydajnego efektu spawania wymaganego przez przemysł jubilerski.