Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Laserowe spawanie złączy konektorowych

autor: IPG Photonics.

Produkcja złączy konektorowych dla przemysłu motoryzacyjnego ma charakter wielkoseryjny i obejmuje wiele rodzajów złączy produkowanych za pomocą tego samego urządzenia. Stwarza to wysokie wymagania w odniesieniu do niezawodności i elastyczności produkcji z uwzględnieniem jak najkrótszego czasu niezbędnego do przezbrojenia urządzenia.

W niniejszym artykule przedstawiono informacje, w jaki sposób nowoczesna technologia wytwarzania oparta o wykorzystanie lasera światłowodowego firmy IPG Photonics może znacząco obniżyć koszty produkcji złączy tego rodzaju.

Rys. 1. Proces spawania laserowego złączy konektorowych

Precyzyjna regulacja zwierciadeł należy do przeszłości

Złącza konektorowe dla przemysłu motoryzacyjnego są produkowane z wykorzystaniem technologii tłoczenia-kształtowania. Stosowane materiały obejmują zarówno stal, jak i stopy o wysokich własnościach użytkowych, takie jak np. umacniane wydzieleniowo stopy CuNiSi. Po każdej operacji tłoczenia (wykrawania i gięcia blachy) elementy są zazwyczaj łączone doczołowo za pomocą preferowanej dla tego zastosowania metody spawania laserowego. Każdy skok prasy wymaga wygenerowania przez laser do około sześciu impulsów przypadających na element. Stosowane obecnie w tym obszarze urządzenia wyposażone w lasery Nd:YAG wzbudzane na drodze optycznej zbudowane są w oparciu o skomplikowane przełączniki wiązki promieniowania i kilka półprzepuszczalnych zwierciadeł. Aby sprostać wysokim wymaganiom jakościowym stawianym przez przemysł motoryzacyjny konieczne są precyzyjne i czasochłonne regulacje luster. Bezproduktywny czas przezbrajania lasera zwiększa koszty wytwarzania w sposób znaczący. Najnowsze urządzenie firmy IPG Photonics wyposażone w sześć niezależnych światłowodów wyjściowych wiązki promieniowania laserowego i indywidualne programowanie energii impulsu emitowanej wiązki promieniowania dla każdego z wyjść za pomocą prostego interfejsu użytkownika umożliwia wyeliminowanie czasochłonnych regulacji mechanicznych.

Rys. 2. Wielokanałowy laser quasi cw (MCQL) firmy IPG

Wysoka wydajność obniża koszty

W porównaniu z obecnymi urządzeniami laserowymi wyposażonymi w lasery Nd:YAG pompowane lampowo, lasery włóknowe MCQL zapewniają znacznie wyższe częstotliwości emisji wiązki laserowej emitowanej w trybie impulsowym, co umożliwia znaczne zwiększenie ilości skoków prasy na minutę. Porównania wykazują do 4,5 razy wyższą wydajność urządzeń wyposażonych w lasery światłowodowe MCQL.

Tablica 1 – Porównanie parametrów pracy lasera MCQL i lasera Nd:YAG

Typowe parametry impulsu: energia – 8 J, moc szczytowa – 4 kW, czas impulsu – 2 ms

                              Laser

Parametry

MCQL-450-4500-4 2 x 200W Nd:YAG
moc wyjściowa [W] 1800 400
energia impulsu [J] 4×8 2×16
max. częstotliwość [Hz] 56 12,5
max. ilość skoków prasy/min 3360 750

Rys. 3. Konektor spawany laserowo

Uzasadnione porównanie: lasery włóknowe vs. lasery Nd:YAG

Ze względu na swoją konstrukcję lasery Nd:YAG wzbudzane na drodze optycznej (lampowo) pobierają duże ilości energii elektrycznej. Przy sprawności zaledwie 3% znikoma część energii elektrycznej jest przekształcana w użyteczną moc wiązki promieniowania laserowego. Duża część energii – 97%, zostaje rozproszona w wyniku koniecznego chłodzenia rezonatora laserowego. Dalszy rozwój tej technologii nie był zatem uzasadniony.

Obecnie laser włóknowy jest najbardziej wydajnym narzędziem produkcyjnym o dziesięciokrotnie wyższej sprawności elektrycznej i bezobsługowej pracy. Lasery włóknowe emitują promieniowanie laserowe o tej samej długości fali co lasery Nd:YAG. Jest zatem możliwe wykorzystanie stosowanych dotychczas głowic spawalniczych, co sprawia, że przejście na bardziej wydajną technologię jest szybkie i łatwe. Zastosowanie laserów włókowych wpisuje się w wymóg ogniskowania wiązki laserowej na niewielkim obszarze elementów obrabianych. Wysoka jakość wiązki promieniowania laserów włóknowych firmy IPG Photonics umożliwia zastosowanie układów optycznych o bardziej zwartej budowie, pozwalających na skuteczniejsze zogniskowanie wiązki na niewielkim obszarze. Jest to szczególnie istotne w przypadku coraz częstszego stosowania stopów miedzi o wysokich własnościach użytkowych. Ponieważ miedź ma wysoki współczynnik odbicia, proces spawania wymaga dużej gęstości mocy gwarantującej jego stabilny przebieg. W przypadku lasera włóknowego lepsza jakość wiązki skutkuje większym zakresem dopuszczalnych zmian parametrów procesu, a tym samym poprawą jakości wytwarzanego elementu.

Rys. 4. Porównanie laserów Nd:YAG z laserem MCQL – doskonałe możliwości ogniskowania wiązki promieniowania laserowego

Korzyści wynikające z szerokiego zakresu wyboru jakości wiązki

Do laserów włóknowych MCQL można podłączyć światłowody o prawie dowolnej średnicy. Wiązka promieniowania laserowego ogniskowana jest na elemencie obrabianym w stosunku 1:1, tzn. średnica obszaru ogniskowania (plamki laserowej) jest równa średnicy światłowodu. Skutkuje to większą elastycznością w zakresie relacji: średnica ogniska – spoina punktowa. Szerokość impulsu w procesie spawania konektorów mieści się zwykle w zakresie milisekund. Impulsy wiązki promieniowania o takiej szerokości powodują, że w odniesieniu do wielu materiałów, ilość wprowadzonego ciepła jest wystarczająca do ich szybkiego stapiania lub zapobiegania pojawianiu się pęknięć gorących. Mniejsza średnica obszaru ogniskowania (średnica plamki laserowej) pozwala uzyskać większą gęstość mocy dla tej samej wartości mocy wiązki promieniowania. Oznacza to, że zmniejszając wartość mocy średniej można utrzymać wymaganą gęstość mocy. Zaletą zmniejszenia średnicy ogniskowania jest zatem mniejsza ilość ciepła wprowadzonego do materiału obrabianego. Zaprojektowane przez firmę IPG Photonics światłowody procesowe typu plug-and-play można łatwo wymienić w dowolnym momencie, aby dostosować się do zmiany asortymentu obrabianych elementów. Jakość wiązki lasera można również szybko i łatwo dostosować do procesu.

Tablica 2 – Przykład konfiguracji dla warunku jednakowej średnicy światłowodu i obszaru ogniskowania

średnica

światłowodu/obszaru ogniskowania

gęstość mocy [W/cm2]
4,5 kW 6 kW
200 mm »1,5•107 »2•107
400 mm »3,7•106 »5•106
600 mm »1,7•106 »2•106

Rys. 5. Optyka laserowa zaprojektowana i wykonana przez firmę IPG Photonics, graficzne przedstawienie zależności między średnicą obszaru ogniskowania i położeniem ogniska

Najmniejsza w skali światowej powierzchnia instalacji urządzenia przy równocześnie najwyższej wydajności i jakości wiązki promieniowani laserowego

Urządzenie wyposażone w maksymalnie sześć wyjść światłowodowych zajmuje powierzchnię zaledwie 0,5 m². Umożliwia to efektywne wykorzystanie cennej powierzchni produkcyjnej. Biorąc pod uwagę fakt, że obudowa urządzenia wyposażona jest w rolki jezdne, staje się ono urządzeniem przenośnym, co umożliwia jego wdrożenie do różnorodnych linii produkcyjnych. Zwarta konstrukcja urządzenia jest osiągana dzięki zastosowaniu diod laserowych o mniejszych gabarytach, większej mocy i zwiększonej sprawności energetycznej, nawet dziesięciokrotnie większej niż konwencjonalne lasery Nd:YAG. Filozofią firmy jest koncentracja prac na opracowywaniu zaawansowanych technicznie urządzeń. Innowacyjne rozwiązania techniczne opracowywane w firmie IPG Photonics umożliwiają stały postęp w dziedzinie laserów włóknowych i zrewolucjonizowanie nowo opracowywanych konstrukcji tych urządzeń. Koncepcja działalności firmy w oparciu o integrację pionową w odniesieniu do wszystkich kluczowych komponentów, od diod laserowych począwszy, przez głowice procesowe i agregaty chłodnicze, aż po kompletne stanowiska spawalnicze gwarantuje klientom wysoką niezawodność, wydajność
i zaawansowane rozwiązania konstrukcyjne urządzeń laserowych do obróbki materiałów.

Tablica 3 – Porównanie parametrów i kosztów eksploatacji lasera MCQL i laserów Nd:YAG

                              Laser

Parametry

MCQL-450-4500-4 2 x 200W Nd:YAG
moc średnia [W] 400 400
pobór mocy przez laser [kW] 1,3 13
pobór mocy przez układ chłodzenia [kW] 0,3 4,3
EUR/kWh 0,15 0,15
h/a 6000 6000
roczny koszt energii [€] 1440 16200
roczne oszczędności [€] 14700

Przykład: PRR = 12.5 Hz @ 8 J = 100 W mocy średniej/światłowód

  • PPR (pulse repetition rate) – częstotliwość emisji impulsów wiązki promieniowania laserowego

Rys. 6 Porównanie gabarytów laserów Nd:YAG i lasera MCQL

Podsumowanie

Dalszy stały rozwój elektromobilności oznacza wzrost zapotrzebowania przemysłu motoryzacyjnego na złącza konektorowe. W ten obszar produkcji wpisują się bardzo dobrze urządzenia wyposażone w lasery włóknowe, spełniając wymóg łatwej integracji, obsługi, zwartej budowy i wysokiej wydajności.

Tablica 4 – Porównanie najważniejszych parametrów lasera MCQL-450-4500-4 i laserów Nd:YAG.

                                           Laser

Parametry

MCQL-450-4500-4 2 x 200W Nd:YAG
ustawienie mocy na poszczególnych wyjściach światłowodów oddzielne dla każdego wyjścia niezmienne
sprawność 30% 3%
minimalny obszar ogniskowania na elemencie obrabianym

(średnica światłowodu jest równa średnicy obszaru ogniskowania)

200 mm 400 mm
wymagana konserwacja nie tak
zajmowana powierzchnia ~0,5 m2 ~2 m2
masa ~300 kg ~950 kg
maksymalna moc średnia 1800 W 400 W

IPG Photonics Sp. z o.o.
ul. Portowa 74,
44-102 Gliwice
Tel: +48 32 721 22 20

sales.poland@ipgphotonics.com

Konferencja Fiber Laser Days



26 stycznia 2021 / Kategoria:

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.



.

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Nowe roboty w ofercie YAMAHA

Nowe roboty w ofercie YAMAHA

>KLIKNIJ<

SILNIK WIELOTŁOKOWO OSIOWY O ZMIENNEJ CHŁONNOŚCI A1OVER SERIA 52

SILNIK WIELOTŁOKOWO OSIOWY O ZMIENNEJ CHŁONNOŚCI A1OVER SERIA 52

>KLIKNIJ<

Fabryka Przyszłości – rozwijaj się dzięki technologii

Fabryka Przyszłości – rozwijaj się dzięki technologii

>KLIKNIJ<

DBS60I-W – firma SICK prezentuje nowy enkoder dla branży spożywczej z opatentowaną technologią „Deflector Shield”

DBS60I-W – firma SICK prezentuje nowy enkoder dla branży spożywczej z opatentowaną technologią „Deflector Shield”

>KLIKNIJ<

BEYOND – zawsze ponad standard

BEYOND – zawsze ponad standard

>KLIKNIJ<

Sterowanie Węzłem Cieplnym w Rabczańskiej Spółdzielni Mieszkaniowej

Sterowanie Węzłem Cieplnym w Rabczańskiej Spółdzielni Mieszkaniowej

>KLIKNIJ<

Monitoring zużycia mediów w Domach Studenckich Politechniki Wrocławskiej

Monitoring zużycia mediów w Domach Studenckich Politechniki Wrocławskiej

>KLIKNIJ<

Jakie trendy będą wyznaczać kierunki zsieciowanej fabryki jutra?

Jakie trendy będą wyznaczać kierunki zsieciowanej fabryki jutra?

>KLIKNIJ<

SmartRunner Matcher — jeden czujnik, wiele zastosowań

SmartRunner Matcher — jeden czujnik, wiele zastosowań

>KLIKNIJ<

Ocena ryzyka niezbędnym elementem każdej aplikacji wykorzystującej robota współpracującego

Ocena ryzyka niezbędnym elementem każdej aplikacji wykorzystującej robota współpracującego

>KLIKNIJ<

Nowe przetworniki ciśnienia i różnicy ciśnień gotowe na Przemysł 4.0

Nowe przetworniki ciśnienia i różnicy ciśnień gotowe na Przemysł 4.0

>KLIKNIJ<

LKAB Malmberget inwestuje w wydajność głęboko pod ziemią

LKAB Malmberget inwestuje w wydajność głęboko pod ziemią

>KLIKNIJ<

Mikroskopy cyfrowe w branży elektronicznej

Mikroskopy cyfrowe w branży elektronicznej

>KLIKNIJ<

Oszczędzaj energię i tym samym pieniądze!

Oszczędzaj energię i tym samym pieniądze!

>KLIKNIJ<

Mitsubishi rozdaje falowniki, iPada, głośniki i vouchery na szkolenia!!!

Mitsubishi rozdaje falowniki, iPada, głośniki i vouchery na szkolenia!!!

>KLIKNIJ<

Technologia push-in oraz inne usprawnienia ułatwiające pracę z przekaźnikami

Technologia push-in oraz inne usprawnienia ułatwiające pracę z przekaźnikami

>KLIKNIJ<

Sterowniki PFC200 do zarządzania produkcją energii z OZE

Sterowniki PFC200 do zarządzania produkcją energii z OZE

>KLIKNIJ<

Jakie narzędzia znajdziesz w skrzynce automatyka?

Jakie narzędzia znajdziesz w skrzynce automatyka?

>KLIKNIJ<

Zastosowanie modeli uczenia maszynowego może być łatwe, nawet bez wiedzy eksperckiej w zakresie nauki o danych

Zastosowanie modeli uczenia maszynowego może być łatwe, nawet bez wiedzy eksperckiej w zakresie nauki o danych

>KLIKNIJ<

Nowe silniki z wałem drążonym – optymalna równowaga w zakresie momentu obrotowego i prędkości

Nowe silniki z wałem drążonym – optymalna równowaga w zakresie momentu obrotowego i prędkości

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Rozwiązania wizyjne nadają się idealnie do zautomatyzowanych zadań kontrolnych i pomiarowych. Kamery wizyjne 2D i 3D firmy SICK sprawdzają się w ogromnej ilości aplikacji, polegających na pomiarze, lokalizacji, kontroli i identyfikacji. Nas...
  • Nowe modułowe sterowniki programowalne PLC firmy Eaton umożliwiają producentom maszyn i systemów opracowywanie nowoczesnych koncepcji automatyki, zwłaszcza w połączeniu z systemem XN300 I/O i panelem dotykowym XV300. Modułowy sterownik zape...
  • RPI-1ZI-U24A, to przekaźnik  instalacyjny wytrzymujący maksymalny prąd załączania 120A w czasie 20ms. Przekaźnik ten dedykowany jest do załączania obwodów o wysokim prądzie początkowym, w szczególności do obwodów oświetleniowych, potwi...
  • Ekonomiczne monitorowanie i sterowanie, teraz także dzięki panelom 2 generacji. Dzięki odpowiedniemu doborowi funkcji HMI, panele Basic 2 generacji stanowią doskonałe rozwiązanie przy produkcji maszyn lub w małych aplikacjach przemysłowych....
  • 1,740 PLN
    By w pełni wykorzystać możliwości robotów Universal Robots, proponujemy udział w szkoleniach organizowanych przez Elmark Automatyka, firmę z ponad 25 letnim doświadczeniem w prowadzeniu szkoleń. Podczas zajęć będą mogli Państwo zdobyć prakt...
    Czas trwania: 2 dni
    Link: Terminy
  • Szeroka oferta upraszcza projektowanie systemów ochrony i bezpieczeństwa Sprawdzona gama innowacyjnych czujników bezpieczeństwa ABB Jokab może być teraz stosowana bezpośrednio w zintegrowanej technologii bezpieczeństwa B&R. Portfolio AB...