Який принцип роботи лазерного зварювального апарату для ювелірних виробів?

Лазерний зварювальний апарат для ювелірних виробів — це високотехнологічний пристрій, який використовує лазерний промінь як джерело тепла для точного з'єднання металевих елементів при виготовленні ювелірних виробів. Принцип його роботи ґрунтується на взаємодії лазера з матеріалом. Суть полягає у тому, щоб точно сфокусувати лазерний промінь із високою густиной енергії на мікроділянці заготовки, забезпечуючи зварювання шляхом швидкого плавлення та кристалізації.
I. Основний принцип роботи: взаємодія лазера з металом
Поглинання та перетворення енергії:
Коли промінь лазера певної довжини хвилі спрямовується на поверхню металу, вільні електрони в металі поглинають енергію фотонів. У машинах для зварювання ювелірних виробів зазвичай використовуються імпульсні лазери Nd:YAG або волоконні лазери, які випромінюють ближнє інфрачервоне світло (з довжиною хвилі приблизно 1064 нм), що ефективно поглинається більшістю ювелірних металів, таких як золото, срібло, платина та паладій.
Накопичення тепла та плавлення:
Електрони, які поглинули енергію, зіштовхуються з ґраткою, перетворюючи енергію на тепло. За надзвичайно короткий проміжок часу (зазвичай на рівні мілісекунд або мікросекунд) температура металу в фокусі лазера різко підвищується, швидко досягаючи та перевищуючи його температуру плавлення, утворюючи локальну зону розплавлення. Через високу концентрацію енергії лазера зона термічного впливу дуже мала, і навколишні матеріали практично не пошкоджуються від нагріву.
Затвердіння розплавленої зони та з'єднання:
Після закінчення лазерного імпульсу джерело тепла миттєво зникає. Розплавлений метал охолоджується та кристалізується шляхом швидкого відведення тепла через навколишню матрицю. Метал у зоні плавлення та основний метал утворюють спільну кристалічну структуру під час процесу кристалізації, забезпечуючи міцний металургійний зв'язок.
II. Основні компоненти системи
Лазерний генератор: основний компонент системи, призначений для генерації лазерного променя. Сучасні пристрої найчастіше використовують волоконні лазери, які мають переваги у вигляді високої ефективності, якісного пучка світла та відсутності необхідності в обслуговуванні.
Система направляння та фокусування світла: складається з дзеркал, оптичних волокон та фокусуючих лінз. Її призначення — точно направляти та фокусувати лазерний промінь, згенерований лазерним генератором, на заготовку, створюючи пляму світла з надзвичайно високою густиною енергії.
Стіл і система позиціонування: Використовується для фіксації та точної перемішки заготовок або лазерних голівок. Зазвичай обладнаний мікроскопами, системами CCD-камер або перехресними вказівками для досягнення точного позиціонування зварювальних точок.
Система керування: Інтегрований комп'ютер і програмне забезпечення використовуються для встановлення та регулювання параметрів лазера, таких як енергія імпульсу, ширина імпульсу, частота та траєкторія зварювання, контролюючи весь процес зварювання.
Система захисного газу: У зоні зварювання подається інертний газ (наприклад, аргон), щоб запобігти реакції розпеченої металевої поверхні з киснем повітря, забезпечуючи чистоту та блиск зварного шва.
III. Робочий процес
Функція: Закріпити ювелірну заготовку, яку потрібно зварити, на робочому столі та точно сумістити фокус лазера з ділянкою зварювання за допомогою візуальної системи.
Встановлення параметрів: На основі типу металу, товщини та вимог до зварювання встановити відповідні потужність лазера, тривалість імпульсу та частоту в системі керування.
Випуск захисного газу: Запустіть газову лінію, щоб інертний газ покривав зону зварювання.
Запуск лазера: Увімкніть обладнання, і лазер випромінює імпульсний промінь згідно з заданими параметрами, який діє на поверхню виробу.
Формування зварного шва: Лазерна енергія призводить до миттєвого плавлення металу, утворюючи розплавлений басейн. Після зупинки лазера розплавлений басейн затвердіває, завершуючи зварювання одного зварного шва. Переміщуючи виріб або лазерну головку, можна виконувати безперервне точкове зварювання або зварювання швів.
IV. Технічні особливості та експлуатаційні переваги
Обробка без контакту: Лазерна головка не торкається виробу, виключаючи механічні напруження. Підходить для делікатних і малих елементів ювелірних виробів.
Мала зона термічного впливу: енергія є висококонцентрованою, що запобігає загальному нагріванню заготовки. Це забезпечує те, що вже встановлені дорогоцінні камені (особливо чутливі до тепла, такі як танзаніт і опал, а також емальовані матеріали) не зазнають теплового пошкодження.
Висока міцність зварювання: це метод металургійного з'єднання, при якому міцність зварного шва наближена до міцності основного матеріалу.
Надзвичайно висока точність: діаметр плями може досягати мікрометрового рівня, що дозволяє майже непомітне зварювання з мінімальними наступними роботами з полірування.
Широкий діапазон застосовуваних матеріалів: може використовуватися для зварювання різних поширених ювелірних металів, таких як К-золото, платина, срібло та титанові сплави.
Принцип роботи лазерного зварювального апарату для ювелірних виробів полягає в тому, щоб за допомогою променя високої енергетичної густини локально та миттєво нагрівати метал до його плавлення й отримання металургійного з'єднання. Суть технології полягає в точному контролі лазерної енергії, що дозволяє досягти необхідного ювелірній галузі точного, чистого та ефективного зварювання.