Точечная сварка (пайка) в ювелирной отрасли, это достаточно новый вид услуг. Данный вид работ стал возможным благодаря новым технологиям и современному дорогостоящему оборудованию. Мы в своей работе используем немецкое оборудование фирмы LAMPERT, аппарат точечной сварки PUK3 professional plus (последнего поколения).
Есть несколько принципиально важных отличий данного вида работ от традиционной пайки. Одним из главных отличий является то, что во время точечной сварки не используется припой. Как правило, золотой припой, который используется во время традиционной пайки, отличается по своему цвету от цвета ремонтируемого изделия (как правило, используется припой желтого цвета). В результате чего после ремонта изделия, видно место ремонта. Особенно это заметно когда ремонтируют украшения из красного, белого золота и платины.Во время точечной пайки (сварки) не используется припой. Происходит сваривание металла. После такого ремонта на месте ремонта не остаётся никаких следов. Металл имеет однородную структуру и одинаковый цвет. Место ремонта не заметно!
Второе важное отличие заключается в том, что стало возможно ремонтировать изделия с камнями. Во многих случаях традиционной пайкой можно ремонтировать изделия с камнями, НО! далеко не во всех. Как правило, нельзя паять изделия с драгоценными и полудрагоценными камнями. Камни могут испортиться, поменять свой цвет, на них могут появиться трещины. Чтобы избежать этого приходится вынимать камни, что также не хорошо (камни могут сколоться, испортится изделие в том месте, где был закреплён камень). Во время точечной сварки нет необходимости вынимать камни, так как в данном случае изделие (а значит и камни) не нагреваются. Более того, теперь с помощью этого оборудования стало возможным делать то, что раньше было сделать невозможно: стало возможным качественно наращивать крапона (лапки, которые держат камни). Это очень важно. Так как именно из-за тонких и слабых лапок чаще всего выпадают и теряются камни. Даже если вам и вставят камень вместо того который у вас выпал и при этом не нарастят лапки которые раньше держали камень, то в этом случае нет гарантии того, что вставленный камень не потеряется.
Помимо вышеизложенного, с помощью точечной сварки теперь можно ремонтировать множество изделий с различными особенностями и нюансами. Такими как: кулоны и другие изделия с лазерной гравировкой (в случае традиционной пайки рисунок исчезает), изделия с различными покрытиями и позолотой (в случае традиционной пайки покрытие в месте ремонта выгорает, и изделие теряет всю свою красоту). Стало возможно ремонтировать некоторые изделия из бижутерии. К сожалению не всю, а некоторые изделия. Как правило, именно дорогую бижутерию, так как именно в данном случае при изготовлении такой бижутерии применяется качественный металл. Тот, который подлежит ремонту и сварке. Другими словами, с помощью данного оборудования стало возможным ремонтировать любые изделия!
www.gold-rem.ru
ПРИМЕНЕНИЕ ТОЧЕЧНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ В ЮВЕЛИРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Точечная сварка, при которой соединяемые детали свариваются на поверхности их касания в отдельных точках (под электродами) , до 1970 года имела очень небольшое применение в ювелирной промышленности. С ее помощью изготавливалось несколько видов ювелирных изделий на Ленинградском ювелирном заводе «Русские самоцветы» и Рижской фабрике ювелирных изделий. В 1970 г. этот процесс внедрен на Красносельской и Приволжской ювелирных фабриках, а в 1971 году будет внедрен еще на 5 предприятиях подотрасли. Точечная сварка позволяет заменить в ряде случаев операции пайки, являющиеся тяжелым, непроизводительным и вредным процессом.
Рельефная сварка аналогична точечной* и отличается от послеlней только наличием рельефов (выступов) на поверхности детали в месте сварки. Рельефы облегчают точечную сварку, так как они приводят к местному разрушению окали¬ны на неочищенной стали; локализуют места протекания сварочного тока и приложения давления, что обеспечивает правильное формирование ядра точки и повышает стабильность качества сварки, позволяет применить электроды с большой контактной поверхностью, повышающей их стойкость. При этом смещение электрода с оси рельефа (до 5 мм) не влияет на результаты сварки.
При выборе форм и геометрических параметров рельефов необходимо подходить строго индивидуально к каждому виду ювелирных изделий. Так, шинка кольца была изготовлена с рельефом в ви¬де точки высотой 0,3 мм (рис. 1а). Как показали механические испытания, рельеф, выполненный в виде точки, не обеспечивает необходимой прочности соединения по сравнению с рельефом, показанным на рис. 1б.
Для деталей брелка на пластине замка оптимальным оказалось выполнение рельефов в виде двух точек, что обеспечивало возможность применения сварки и необходимую прочность соединения. Ориентировочные размеры рельефов приведены в литературе .
Основными особенностями точечной конденсаторной сварки являются :
Строгая дозировка в конденсаторах количества электрической энергии, которая при их разряде обуславливает расплавление определенного объема металла свариваемых деталей;
Кратковременность процесса сварки, что исключает необходимость в охлаждении электродов;
Резко выраженная локализация нагрева в небольшом объеме точки, позволяющая производить сварку в точно определенных местах;
Отсутствие практически заметных вмятин и других следов сварки, что обеспечивает хороший внешний вид изделий.
Точечная сварка ювелирных изделий в зависимости от материала изделий имеет разное назначение. Так, если изделие из цветного металла, то точечная сварка является окончательной монтировочной операцией, обеспечивающей надежное соединение в сочетании с надлежащим товарным видом если же изделие из драгоценных металлов - точечная сварка применяется в основном как предварительная операция прихватки перед пайкой, обеспечивая надежную фиксацию деталей. Наиболее целесообразно применять такой метод фиксации перед пайкой в печи конвейерного типа. Такая дифференциация точечной сварки в зависимости от свариваемого материала в основном объясняется тем, что к изделиям из драгметаллов предъявляются требования монолитности соединения, отсутствия каких бы то ни было щелей между соединяемыми деталями, а это можно обеспечить только пайкой в процессе которой все щели заливаются припоем.
На рис. 2 показаны серьги, у которых к касту приварена швенза. На рис. 3 показаны различные ювелирные изделия у которых касты разных конструкций и размеров приварёны к основаниям изделий. Все касты имеют донышки.
На рис. 4 показан брелок, к которому приварен замочек с помощью рельефной сварки. На детали замка отчетливо видны рельефы. На лицевой стороне брелка никаких следовне имеется. Сварка брелка производилась на точечной конденсаторной машине ТКМ-7 за один цикл широким верхним электродом, перекрывающим сразу обе точки, и специальным фигурным нижним электродом.
Детали, лицевая сторона которых имеет сложный рельеф, требуют изготовления для них специальных фигурных электродов, повторяющих рельеф детали. На фигурном электроде делается оттиск тем же инструментом, что на маточнике в штампе (рис. 5). Такие электроды долговечны и удобны в работе, не прижигают детали, не подгорают сами.
В условиях ювелирного производства для точечной сварки применяется машина типа МТК-1201 и машина ТКМ-7. Однако, несмотря на то, что установка ТКМ-7 хорошо зарекомендовала себя на сварке изделий из цветных металлов, установка МТК-1201 по сравнению с ней имеет ряд преимуществ - может работать в автоматическом цикле, имеет импульс подогрева, внешне более совершенного вида и оформлена в виде монтажно-сварочного стола.
Для сварки изделий из драгоценных металлов целесообразнее применять установки с гибким верхним электродом, что увеличивает производительность труда и позволяет прихватывать детали с достаточной для пайки прочностью в труднодоступных местах.
Отечественной промышленностью установки такого типа не выпускаются.
В зависимости от конструкции свариваемых деталей, толщины и марки материала, а также состояния поверхности разрабатываются различные конструкции электродов. Экспериментальным путем были определены следующие типовые конструкции электродов для ювелирных изделий.
Для изделий типа «кольцо» электрод (его рабочая часть) выполнен в виде хобота с цилиндрической рабочей частью.
Для ряда ювелирных изделий, имеющих сложную форму, электроды выполнены в виде матрицы, например, электрод для значка (см. рис. 5). Для изделий, где приваривается швенза к основе изделия или к касту, на рабочей плоскости электродов сделаны выточки под диаметр швензы. Для изделий показанных на рис. 3, разработаны конструкции электродов, имеющие цилиндрическую рабочую часть с контактной поверхностью, выполненной в виде плоскости.
При разработке приспособлений для точечной сварки ювелирных изделий необходимо учитывать следующие требования :
Высокая производительность операции сварки;
Быстрая сборка и разборка;
Исключение возможности шунтирования тока;
Точная фиксация свариваемых деталей;
Соответствие конструктивным особенностям установки ТКМ-7;
Высокое качество сварки ювелирных изделий;
Серийность производства изделий.
Для изделий, имеющих плоское основание, к которому привариваются мелкие детали типа кастов, были разработаны многоместные приспособления, состоящие из двух деталей: основания и крышки, соединяемых и фиксируемых между собой шпильками-ловителями. Общая высота приспособлений не превышает рабочего хода верхнего электрода ТКМ-7 и равна б-8 мм. Для исключения возможности шунтирования тока в качестве материала приспособлений используется винипласт и текстолит. Приспособления такого типа обеспечивают высокую производительность, имеют небольшой вес и удобны в работе.
Для большинства изделий, в особенности для тех, которые состоят не более чем из двух-трех деталей, целесообразнее всего оказалось осуществлять сварку без приспособлений, применяя специальные электроды.
Режим конденсаторной сварки определяется следующими главными параметрами: сварочным током, усилием сжатия свариваемых деталей между электродами и временем сжатия. На машинах типа ТКМ-7 эти параметры регулируются следующими величинами:
Диаметр электродного контакта;
Усилие сжатия;
Емкость конденсаторов;
Коэффициент трансформации сварочного трансформатора К.
Подбор этих величин, иначе говоря, определение режима сварки определяется:
Материалом изделий (химический состав, теплопроводность, удельное электрическое сопротивление);
Геометрическими параметрами (толщина, форма);
Состоянием поверхности;
Технологическими факторами (прочность, внешний вид).
Кроме того, режим конденсаторной сварки зависит от шунтирования тока, которое происходит при сварке изделия в двух или более точках .
Разработку режима точечной сварки ювелирных изделий следует начинать с выбора формы и размеров электродов, а следовательно, диаметра электродного контакта. Это условие объясняется тем, что при разработке режима сварки многих видов ювелирных изделий основным фактором, принимаемым во внимание, должно быть полное отсутствие вмятин и других следов сварки на поверхности изделия. Правильно подобранные режимы сварки обеспечивают прочное сварное соединение деталей ювелирных изделий. На рис. 6 показано ядро сварной точки серьги, изображенной на рис. 2.
Производственные испытания позволили установить, что применение, точечной электросварки ювелирных изделий позволяет повысить производительность труда по сравнению с пайкой в среднем в 1,5-2 раза и снизить процент брака на 0,5-2%. Помимо этого, применение точечной электросварки позволило осуществлять ремонт позолоченных изделий, не повреждая покрытия.
В общей сложности на точечную электросварку было переведено 34 вида изделий, из них 28 видов на Красносельской ювелирной фабрике и б видов на Приволожской фабрике «Красная Пресня» с годовой программой на 1971 г. соответственно 2 270 тыс. шт. и 347 тыс. шт. Годовой экономический эффект, полученный в результате внедрения точечной электросварки ювелирных изделий, составил по двум предприятиям 47596 рублей.
jewelpreciousmetal.ru
Сварочные технологии в ювелирном деле
В ювелирном деле многие технологические приемы, открытые давным-давно, долгое время оставались неизменными, словно их обошел научно-технический прогресс. Скажем, сварка не находила признания у ювелиров, предпочитавших соединять части украшений пайкой. Чтобы, например, изготовить изделие с накладной сканью, проволоку сначала скручивали, затем изгибали в виде завитков или спиралей и напаивали на основу, представлявшую собой шарики, тоже напаянные на металлическую поверхность.
Положение стало меняться с развитием электронной промышленности, при которой, совершенствуя сборку полупроводниковых приборов, пришлось решать задачи, свойственные ювелирному искусству. Со временем выяснилось, что лазер, снабженный микроскопом, постоянно используемый в сборке микросхем, весьма удобен и в ювелирном деле. Лазерным лучом можно «дотянуться» до любого труднодоступного места в украшении или, плавно меняя мощность импульса, нанести лучом маленькую, аккуратную сварную точку на локальном участке - в двух миллиметрах от горячего пятна температура не повысится. Лазер также способен выровнять поверхность, «постреляв» по ней расфокусированным лучом и тем самым оплавив ее верхний слой. Наконец, мощные лазерные импульсы способны испарить лишний металл или же пробить микроотверстие в какой-то детали.
Микроэлектроника, где перечень используемых материалов обширнее, чем в любой другой области, потребовала применения самых разных видов сварки - дуговой, контактной, лазерной, электронно-лучевой, ультразвуковой, термокомпрессионной, диффузионной. Диапазон их возможностей очень широк, и это позволяет выполнить самые разные сборочные операции в ювелирных технологиях.
Очень похоже, что именно специалисты, занимавшиеся микросваркой электронных приборов, стали проводниками своих технологий в ювелирное дело. Сломалась сережка или порвалась цепочка у близких или знакомых, почему бы не исправить поломку, если в распоряжении имеется набор современного прецизионного оборудования. Удалось отремонтировать поврежденное украшение - значит, можно попробовать изготовить простенькую брошь или перстень, а затем - взяться и за более сложное изделие. Примерно по такой схеме развивались события в 90-х годах ХХ века на кафедре «Микросварка» («Технологические автоматизированные комплексы») в Московском институте электронного машиностроения, где накопился большой опыт использования современных методов сварки в ювелирном искусстве.
Особенно привилась в ювелирном деле электрическая контактная сварка, точнее, ее разновидность - сварка конденсаторная. Конденсатор быстро разряжают через трансформатор, и в его вторичной обмотке (один виток толстого провода) возникает мощный импульс тока, он проходит через соединяемые детали, при этом в районе контакта выделяется значительное тепло и, расплавляя здесь соединяемый материал, образует сварное ядро.
При пайке ювелирных изделий обычно приходится выполнять трудоемкую черновую сборку, соединяя все крупные и мелкие детали и закрепляя их так, чтобы они не рассыпались от тепловых деформаций, вспучивания флюса, давления пламени газовой горелки (которой в основном пользуются ювелиры), или просто от неосторожных движений. Поэтому ювелирным изделиям старались придать такие структуры и формы, чтобы подпружинить, упереть друг в друга все их части и детали.
В сложных изделиях выполнялась многоступенчатая пайка, и для каждой последующей операции брали припой с более низкой температурой плавления, что, конечно, весьма осложняло процесс сборки. Кроме того приходилось использовать относительно крупные (по ювелирным масштабам) детали, чтобы соединение пайкой было достаточно прочным. С этой цепью, например, при изготовлении сканых украшений, расплющивали проволоку и припаивали детали к плоской поверхности. Припой затекал в зазоры под детали, и это требовало очень точно выдерживать размеры зазоров.
При конденсаторной сварке детали без труда соединяют последовательно, одну за другой, и это позволяет создавать объемные, довольно сложные ювелирные конструкции, напоминающие, например, деревце. Нагрев при этом происходит только в районе соединения, температура самого изделия повышается настолько незначительно, что во время сварки его можно держать в руках. Это особенно важно для изделий с ювелирными камнями, которые, как правило, не выдерживают высоких температур. Для таких камней готовят особое ноже - каст. На это ложе укладывают камень и подгибают края каста или же используют особые выступы - крапаны. При контактной сварке камни укладывают на предназначенное для них место в самом начале работы, смотрят, как сочетается рисунок камня с общим узором изделия, поправили его части или добавляя новые элементы.
Еще одно достоинство конденсаторной сварки - она способна соединять самые разные металлы, с том числе такие, которые практически не поддавались пайке. И, конечно же, сварка не нуждается в припое, который обычно ухудшает качество соединений.
Правда, установки контактной сварки, выпускаемые промышленностью и используемые в электронной промышленности, оказались неудобны для ювелирных работ. Сотрудникам кафедры пришлось разработать собственный вариант и виде пинцета с гибкими проводами, которым можно произвести сварку в глубине разных ажурных изделий. Там, где требуется более мощная сварка, используют особый стержень (карандаш) с рукояткой и маленький медный столик размером в два спичечных коробка, на который кладут изделие.
На очереди стояло - внедрение в ювелирное дело дуговой сварки. Правда, свойства электрической дуги, используемой в промышленности, и дуги малых токов (менее 5 ампер), которой ведут сварку мелких деталей, существенно различаются. Микродуга обычно капризна, горит неустойчиво, «гуляет» по поверхности изделия, часто обрывается и гаснет. Специалисты кафедры избавились от этих недостатков, используя, в частности, импульсную модуляцию сварочного тока, которая стабилизирует дугу.
Еще одна проблема дуговой сварки состоит в том, что дугу приходится «зажигать» по сути вслепую, касаясь наугад электродом поверхности изделия. Лишь когда дуга зажигается, начинают следить за процессом сварки через защитное стекло. Созданная на кафедре электронная схема отслеживает момент прикосновения электрода к изделию и лишь некотороевремя спустя возбуждает дугу. Этот интервал позволяет установить электрод в нужной точке, подвести защитное стекло, приподнять электрод над поверхностью изделия, и только в момент его отрыва начать сварку. Кроме того электроника строго дозирует энергию, вводимую в сварной шов, и он получается без дефектов.
Остается сказать, что использование микроэлектронной технологии позволяет выполнять украшения со значительно большим, чем при пайке, числом деталей, затрачивая гораздо меньше труда. При этом практически неограниченны возможности наращивания величины изделия и его усложнения.
www.autowelding.ru
Ремонт контактно-точечно-искрового сварочного аппарата Ding Xing Jewelry Machine
Попросил знакомый «посмотреть» нерабочий сварочный аппарат. Говорит, что уже отдавал его в ремонт, там сказали что проблема, скорее всего в трансформаторе и ничем помочь не могут. Я, в общем-то, ремонтом не занимаюсь, но на «посмотреть» что-либо обычно соглашаюсь. Посмотреть-то не сложно, ну а вдруг «оно» ещё и отремонтируется – мне не сложно, а люди радуются.
Хозяин аппарата объяснил, что предназначен он для сварки ювелирных изделий точечными одиночными импульсами, управляется ножной педалью и для работы нужна вольфрамовая игла. Сварочный импульс, вроде, есть, но по технологии должна быть ещё «зажигающая» искра, пробивающая расстояние до 1-3 мм, а её как раз нет. Называется всё это чудо – Ding Xing Jewelry Machine (рис.1).
На передней панели аппарата (рис.2) стоят два регулятора режима сварки – длительность и ток импульса, стрелочный индикатор тока со шкалой до 50 А, два винтовых зажима – красный и чёрный (к красному подключается игла, к чёрному – свариваемые детали), круглое гнездо для разъёма ножной педали-переключателя и сетевой выключатель с подсветкой.
На задней стенке расположен сетевой разъём и предохранительная колодка.
Аппарат показался достаточно лёгким, поэтому сразу же сняли верхнюю крышку (рис.3) и заглянули внутрь – вдруг там чего-нибудь не хватает? Но, нет, вроде всё на месте – небольшой сетевой трансформатор ватт на 100, несколько электролитических конденсаторов и трансформатор на ферритовом сердечнике ещё меньшего размера, чем сетевой. Ещё мелочь какая-то на плате и непонятный белый брусок с подходящими к нему проводами. Почти все соединения с платой разъёмные.
Ладно, забрал аппарат домой, буду «посмотреть».
Дома сразу же полез в Интернет искать схему. И, конечно же, надеялся, что кто-нибудь уже ремонтировал такое «чудо» и поделился впечатлениями. Ан, нет. Ничего подходящего не нашёл. Даже нормального описания работы с ним… Ладно, тогда начнём с осмотра.
Плата к днищу корпуса крепится с одного края на трёх стойках сделанных из винтов М4 (рис.4), а с другого была когда-то приклеена термоклеем к резиновой бобышке (ножка корпусная, видна на фото слева на заднем плане). Клей, конечно же, уже оторван (или сам отвалился).
К стойкам плата прикручивается гайками через изолирующие прокладки (рис.5). На рисунке видно, что с транзистора Q10 стёрта маркировка. Как оказалось, маркировка стёрта и со всех остальных транзисторов и со стабилизатора питания тоже (рис.6). Шифруются, однако…
Реле, видимое в нижнем правом углу предыдущего фото, более подробно показано на рисунке №7:
Провода к амперметру, что стоит на передней панели аппарата, идут от шунта, выполненного из эмалированного медного провода (рис.8). Провода припаяны, разъёма нет. Даже рядом. Возможно, что сначала подразумевалось прибор подключать в другое место схемы.
На рисунке №9 показан разъём, по которому подаётся питание с силового трансформатора. Видны вставленные спички – наверное, это уже «наши» доработки…
На рисунке №10 тот же разъём, но фото сделано уже с платы, вытащенной из корпуса аппарата. Учитывая две пары проводов, подходящих к этому разъёму и два выпрямительных моста около него, можно сделать предположение, что схема питается двумя напряжениями и одно из них достаточно высоковольтное. Скорее всего, оно и является «сварочным». А второе, низковольтное, питает схему управления.
Электролитические конденсаторы на 250 В и 2200 мкФ стоят марки Rubycon (рис.11 и рис.12). Четыре белых прямоугольника перед ними на рисунке №11 – это резисторы сопротивлением 0,1 Ом и мощностью по 5 Вт.
В другом углу платы стоят ещё два таких же резистора и электролитический конденсатор Nichicon 2200 мкФ 50 В (рис.13). Справа на фото – радиатор, к которому прикручен мощный транзистор Q2 в корпусе TO-247.
Надо полагать, что если в приборе применяются конденсаторы именно таких марок, то высока вероятность того, что в этих частях схемы повышена требовательность к низкому сопротивлению источников питания при импульсной сильноточной нагрузке.
На рисунке №14 показаны выходные клеммы на плате, к которым короткими толстыми проводниками подключаются винтовые разъёмы, находящиеся на передней панели аппарата. Буквы «КР» и «Ч» - это уже я подписал, чтобы знать, куда какой разъём подключать при экспериментах на столе.
В этом же углу печатной платы нанесена маркировка «S1878» (рис.15). Так как больше никаких опознавательных данных нет, то очень вероятно, что эти цифры относятся к версии аппарата.
Фото непонятного белого бруска, прикрученного к днищу, показано на рисунках №16…18.
Брусок похож на отпиленный кусок дюралюминиевой трубы прямоугольного профиля, в который что-то вставлено и залито эпоксидной смолой. Смола не очень твёрдая – царапается кончиком ножа и, наверное, можно будет попробовать расковырять её. Но для начального понимания, хорошо было бы на схему глянуть – куда этот «брусок» подключается. Беглый осмотр дорожек, подходящих к разъёмам, ничего не прояснил – чёрные и синие проводники на плате соединяются между собой, синие идут к четырём пятиваттным резисторам, красные – раздельно к мелким резисторам с диодами (но, похоже, что одинаковым по номиналам), чёрные – к одной из обмоток ферритового трансформатора. Тестер показывает, что между чёрным и синим выводами стоит диод. Контакты одного разъёма никак не «звонятся» с контактами другого. Очень похоже, что это два раздельных транзистора. Скорее всего, IGBT или полевые. Надо срисовывать схему с платы …
К обеду следующего дня схема аппарата стала более-менее понятной (рис.19). И хоть «рожицы» всех активных элементов были ободраны и где какие выводы у них было не ясно, но по схемотехнике узлов становилось понятно, кто что делает и за что отвечает.
Схему можно разделить на две части в соответствии с уровнями питающих напряжений. Первая часть, высоковольтная – это та, что запитывается от обмотки трансформатора Tr1 с напряжением 118 В. Выпрямленное мостом D1 напряжение проходит через токовый шунт, ограничительный терморезистор R1, фильтруется конденсаторами С1…С4 и поступает на чёрный винтовой зажим на передней панели аппарата. Здесь всё сразу понятно.
Вторая часть, низковольтная, питается от 19,6 В – это все остальные элементы. Они служат для создания искры (импульса пробоя) на выводах вторичной обмотки трансформатора Tr2 и для разряда в этот же момент накопленной конденсаторами С1…С4 энергии в место сварки. Разряд происходит через вторичную обмотку Tr2 и через транзисторы Q5, Q6 (они, скорее всего, IGBT).
Есть две неожиданности в той части схемы, куда подаётся напряжение через педаль. Первая – это то, что два резистора имеют одинаковую нумерацию «R22» (помечены вопросительными знаками). Вторая – то, что катушка реле зашунтирована конденсатором 100 нФ (он виден на переднем плане на рисунке №7). Конденсатор впаян вместо диода, место установки которого обозначено на плате как D9.
Схема на транзисторах Q11 и Q12 отвечает за кратковременное включение реле К1 при нажатии на педаль. Если рассматривать работу этого узла в схемотехнике, показанной в обведённой пунктиром схеме, то в момент подачи питания транзистор Q11 должен быть закрытым (так как С8 ещё разряжен), а соответственно, Q12 открывается током, проходящим через R22 (тот, который в коллекторе Q11). Реле К1 включится. Когда конденсатор С8 зарядится через R23, напряжение на базе Q11 повысится, он откроется и закроет Q12. Реле отключится. Чтобы включить реле ещё раз, надо отпустить педаль, дать некоторое время для разряда конденсатора С8 и опять нажать педаль.
Работа других частей схемы тоже понятна – при нажатии на педаль срабатывает реле К1 и напряжение со стабилизатора VR1 через контакты К1.1 поступает на резисторы R11 и R20. Если смотреть в сторону R20, то это напряжение открывает силовой транзистор Q2, нагрузкой которого является первичная обмотка трансформатора Tr2. Трансформатор начинает накапливать энергию и ток в обмотке растёт до того момента, пока напряжение падения на двух резисторах по 0,1 Ом и R4R5, стоящих в истоке транзистора, не станет достаточным для открывания тиристора Q1. Напряжение на затворе Q2 пропадает, транзистор закрывается и трансформатор отдаёт накопленную энергию во вторичную обмотку. Трансформатор Tr2 – повышающий, его первичная обмотка имеет 6 витков, вторичная 66. Если расстояния между проводниками, подключенным к чёрному и красному разъёмам аппарата, будет достаточным для пробоя, то возникает искровой разряд.
В то же время, когда напряжение подаётся на R20, оно же поступает и через резистор R11 на транзисторы Q10, Q9, Q3. На них собран узел, открывающий на некоторое время транзисторы Q5, Q6 (через них разряжаются конденсаторы С1…С4) и поддерживающий разрядный ток на заданном уровне. Происходит это так – при появлении напряжения питания оно через R14 поступает на базу Q9. Этот транзистор выполняет роль эмиттерного повторителя – с него напряжение поступает на базы транзисторов Q5, Q6. Открывшись, эти транзисторы могут пропускать через себя весь сварочный ток. Датчиком силы этого тока являются четыре резистора сопротивлением по 0,1 Ом, включенные параллельно. Напряжение падение с них поступает на регулируемый делитель, образованный постоянным резистором R6 и переменным резистором 100 Ом, стоящим на передней панели аппарата и являющимся регулятором сварочного тока. Когда напряжение на базе Q3 достигнет уровня открывания транзистора, он, естественно, начинает открываться и уменьшать напряжение на базе транзистора Q9 и запирать Q5, Q6, чем вызывает уменьшение протекающего через них тока. Понятно, что этот процесс не может продолжаться долго – ведь конденсаторы С1…С4 разряжаются и напряжение на них уменьшается, поэтому в схему внесены элементы, ограничивающие время сварочного импульса – через резистор R12 и переменный резистор сопротивлением 10 кОм происходит заряд конденсатора С11 (как и в схеме включения реле К1). Когда напряжение на базе транзистора Q10 будет достаточно для его открывания, он откроется и зашунтирует собой базу Q9 на «землю». Чем вызовет полное закрывание силовых транзисторов Q5 и Q6 и прекращение сварочного импульса.
Для удовлетворения любопытства, решил разобрать этот «брусок» и посмотреть, что же там точно находится. Сточил одну грань алюминиевого корпуса и вынул внутренности (рис.20). Действительно, что-то залито, и это «что-то» было предварительно засунуто в термоусадочную трубку и приклеено термоклеем к внутренним противоположным боковинам профиля.
Вскрытие термоусадки показало, что под ней скрывается «что-то» в корпусе TO247 (рис.21).
Обкусав кусачками и расковыряв жалом нагретого паяльника клей по краям болванки стало возможным достать транзистор (рис.22 и рис.23)
Маркировка и здесь содрана (рис.24). Жаль, конечно, но этого и следовало ожидать. Но зато душа успокоилась и теперь стало более-менее понятно, что там скрывалось (рис.25)
Для проверки целостности этих транзисторов собрал простейшую усилительную схему (рис.26). Всё нормально работало, транзисторы открывались, лампочка загоралась. Красные выводы - базы (затворы), чёрные - коллекторы (стоки), синие - эмиттеры (истоки).
Теперь всё это надо назад в алюминиевый профиль «упаковать». Приклеил транзисторы к оставшейся болванке-заливке, обмотал в три слоя фторопластовой лентой, аккуратно засунул в профиль и туго обмотал сверху толстыми нитками (рис.27). Проверил, что нигде ничего не сломано и не замыкает и пропитал всё это клеем БФ-2, разведённым в спирте. Сутки на сушку.
Теперь, когда схема аппарата есть и в целом понятно, как он должен работать, надо искать неисправность. Ещё во время срисовывания схемы обратил внимание, что транзистор Q2 был «паяный» и одна дорожка около переходного отверстия была порвана, а потом восстановлена. Прозвонка транзистора прямо в схеме показала, что он «звонится» по всем ножкам, показывая на переходе сток-исток (и наоборот) сопротивление около 2 Ом. Кстати, его маркировка была сцарапана не очень сильно и по остаткам символов можно было догадаться, что это транзистор IRFP460. Однако… 500 В и до 80 А в импульсе…
Таких транзисторов «в тумбочке» не было, поставил три в параллель IRF630. Сварочник ожил, начал «искрить», но искра была короткая, много меньше полумиллиметра. Хозяин аппарата посмотрел на неё, попробовал сам и сказал «не правильно»…
Опять разбираю корпус, вытряхиваю внутренности и пытаюсь определить, что же может ещё не работать. Решил разобрать трансформатор, посмотреть, а нет ли межвиткового замыкания во вторичной обмотке. Выводы выпаянного трансформатора фотографирую для того, чтобы потом назад всё так же намотать и не перепутать начала и концы обмоток (рис.28 и рис.29).
Провод для намотки обеих обмоток использован достаточно тонкий, многожильный. Но в толстой изоляции. На ощупь она мягкая и шершавая и кажется, что прилипает к рукам. При 66-ти витках вторичная обмотка имеет сопротивление 1 Ом по постоянному току. Намотана ближе к сердечнику.
Пока занимался разматыванием, обратил внимание, что сердечник слегка намагничен и притягивает мелкие металлические шайбы и стружку. Ну и, в общем-то, это единственное, что узнал нового – подозрения на межвитковое замыкание не оправдались, всё внутри было чисто и аккуратно. Трансформатор до меня не разбирали. Собрал всё назад, впаял, проверил – всё осталось как и было, искры практически нет. Для эксперимента домотал ко вторичке ещё 6 витков толстым проводом МГТФ (рис.30) но ничего не поменялось.
Вспомнил, что забыл размагнитить сердечник. Выпаял транзистор Q2 и подключил первичку трансформатора к выходу усилителя НЧ вместо акустики. На вход усилителя подал синусоидальный сигнал частотой 100 кГц и пошёл варить кофе. По прошествии некоторого времени, потраченного на выпивание чашки кофе и просмотра новостей, выключил усилитель и проверил сердечник. Намагниченность пропала. Впаял транзистор, включил аппарат – искра есть и её длина увеличилась примерно до 1 мм. Уже хорошо… Но хозяин сварочника говорил, что должна быть и 3 мм. Звоню ему, прошу при случае купить «родной» транзистор – IRFP460.
Буквально через несколько дней транзистор был впаян и аппарат заработал так, как ему и было положено. Провёл небольшую профилактику платы и всех разъёмов (почистил, помыл, подогнул), сделал несколько проб по свариванию выводов резисторов (рис.31) и отнёс хозяину.
Теперь вот думаю, что и мне такую же игрушку надо… :-)
Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль 2015
Список радиоэлементов
| Линейный регулятор | 17.6 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| MOSFET-транзистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Транзистор | n-p-n | 7 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Тиристор | MCR100-6 | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Диодный мост | D5SB 60 | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Выпрямительный диод | 3 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Диод Шоттки | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Стабилитрон | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Выпрямительный диод | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| 2200 мкФ 250 В | 4 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Электролитический конденсатор | 10 мкФ 50 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ 50 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Конденсатор | 5600 пФ 3000 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Конденсатор | 1 мкФ | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Электролитический конденсатор | 1000 мкФ 35 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Ограничительный терморезистор | NTC 10D-20 | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 6 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 3 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 2 | 2 Вт | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Резистор | 6 | 5 Вт | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Переменный резистор | 100 Ом | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Переменный резистор | 10 кОм | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Амперметр | 50 А | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Шунт для амперметра | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Трансформатор | 220 В / 118 В. 19.6 В | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Трансформатор | 1:11 | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Выключатель сети | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Предохранитель | 0.1 А | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Силовая клемма | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Кнопка | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Реле | 1 | Поиск в LCSC | В блокнот | ||
| Разьем | 2 вывода | 3 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Разьемная пара | 3 вывода | 2 | Поиск в LCSC | В блокнот | |
| Добавить все |
Скачать список элементов (PDF)
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.
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» .
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.
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 |