Каков принцип работы лазерной машины для сварки ювелирных изделий?

Лазерная машина для сварки ювелирных изделий — это высокотехнологичное устройство, которое использует лазерный луч в качестве источника тепла для точного соединения металлических элементов ювелирных изделий. Принцип его работы основан на взаимодействии лазера с веществом. Суть заключается в точной фокусировке лазерного луча с высокой плотностью энергии на крошечном участке заготовки, что обеспечивает сварку за счёт быстрого плавления и затвердевания.
I. Основной принцип работы: взаимодействие лазера с металлом
Поглощение и преобразование энергии:
Когда лазерный луч определённой длины волны направляется на поверхность металла, свободные электроны в металле поглощают энергию фотонов. Ювелирные сварочные аппараты обычно используют импульсные Nd:YAG-лазеры или волоконные лазеры, излучающие ближний инфракрасный свет (с длиной волны около 1064 нм), который эффективно поглощается большинством ювелирных металлов, таких как золото, серебро, платина и палладий.
Накопление тепла и плавление:
Электроны, поглотившие энергию, сталкиваются с кристаллической решёткой, преобразуя энергию в тепло. В чрезвычайно короткий промежуток времени (обычно в диапазоне миллисекунд или микросекунд) температура металла в фокусе лазера резко повышается, быстро достигая и превышая точку плавления, образуя локальную расплавленную зону. Благодаря высокой концентрации лазерной энергии зона термического воздействия очень мала, и окружающие материалы практически не повреждаются теплом.
Затвердевание расплавленной зоны и соединение:
После окончания лазерного импульса источник тепла мгновенно исчезает. Расплавленный металл охлаждается и затвердевает за счёт быстрой теплопроводности от окружающей матрицы. Металл в зоне плавления и основной металл формируют общую кристаллическую структуру в процессе затвердевания, обеспечивая прочное металлургическое соединение.
II. Основные компоненты системы
Лазерный генератор: ключевой компонент системы, отвечающий за генерацию лазера. Современные устройства в основном используют волоконные лазеры, которые обладают преимуществами высокой эффективности, хорошего качества пучка и отсутствия необходимости в обслуживании.
Система направления и фокусировки света: состоит из отражателей, оптических волокон и фокусирующих линз. Её функция заключается в точном направлении и фокусировке лазера, генерируемого лазерным генератором, на заготовку, создавая световое пятно с чрезвычайно высокой плотностью энергии.
Станок и система позиционирования: Используются для фиксации и точного перемещения заготовок или лазерных головок. Обычно оснащаются микроскопами, системами с камерами CCD или перекрёстными указателями для достижения точного позиционирования сварочных точек.
Система управления: Встроенная компьютерная система и программное обеспечение используются для установки и регулировки параметров лазера, таких как энергия импульса, длительность импульса, частота и траектория сварки, обеспечивая контроль всего процесса сварки.
Система подачи защитного газа: В зоне сварки подаётся инертный газ (например, аргон), чтобы предотвратить реакцию раскалённого металла с кислородом в воздухе и сохранить сварной шов ярким и чистым.
III. Рабочий процесс
Функция: Закрепите ювелирное изделие, подлежащее сварке, на рабочем столе и точно совместите фокус лазера с зоной сварки с помощью визуальной системы.
Установка параметров: В зависимости от типа металла, его толщины и требований к сварке задайте соответствующие значения мощности лазера, длительности импульса и частоты в системе управления.
Выпуск защитного газа: включите газовую линию, чтобы инертный газ покрывал зону сварки.
Запуск лазера: включите оборудование, и лазер излучает импульсный лазер в соответствии с заданными параметрами, воздействуя на поверхность заготовки.
Формирование сварного шва: лазерная энергия вызывает мгновенное плавление металла, образуя расплавленную ванну. После остановки лазера расплавленная ванна затвердевает, завершая сварку одного сварного шва. Перемещая заготовку или лазерную головку, можно выполнять непрерывную точечную сварку или сварку швов.
IV. Технические особенности и эксплуатационные преимущества
Обработка без контакта: лазерная головка не соприкасается с заготовкой, что исключает механические напряжения. Подходит для тонких и мелких ювелирных деталей.
Малая зона термического воздействия: Энергия сильно концентрируется, что предотвращает общий нагрев заготовки. Это гарантирует, что уже вставленные драгоценные камни (особенно чувствительные к теплу, такие как танзанит и опал, а также эмалевые материалы) не будут повреждены термическим воздействием.
Высокая прочность сварного шва: Это метод металлургического соединения, при котором прочность сварного шва близка к прочности основного материала.
Чрезвычайно высокая точность: Диаметр пятна может достигать микрометрового уровня, что позволяет выполнять практически незаметную сварку с минимальной последующей полировкой.
Широкий диапазон применимых материалов: Может использоваться для сварки различных распространенных ювелирных металлов, таких как золото пробы К, платина, серебро и титановые сплавы.
Принцип работы лазерной машины для сварки ювелирных изделий заключается в использовании лазерного луча с высокой плотностью энергии для локального и мгновенного нагрева металла, вызывая его плавление и достижение металлургической связи. Суть технологии заключается в точном контроле лазерной энергии, что позволяет достичь требуемого ювелирной промышленностью точного, чистого и эффективного сварочного эффекта.