ВИДЫ СВАРКИ

СОВРЕМЕННЫМИ

МЕТОДАМИ

Публикатор А. В. Дымшиц

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА
 
БИОЛОГИЧЕСКАЯ СВАРКА ТКАНЕЙ
 
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Лазерные технологические процессы были созданы  на кафедре сварки в МВТУ им. Н. Э. Баумана.

Наиболее видным и активным деятелем в области лазерной технологии проявился Александр Григорьевич Григорьянц, в прошлом специалист и ученый по проблемам прочности и деформаций сварки, будучи кандидатом и доктором технических наук, профессором и затем ставший руководителем кафедрой “Лазерные технологии в машиностроении” и члена-корреспондента Академии Наук России.

Александр Григорьевич Григорьянц заведующий кафедрой “Лазерные технологии в машиностроении” и руководитель научно-учебного объединения в области лазерной техники и технологии в России.

Качество лазерной резки является большой скоростью. Лазерный луч мгновенно нагревается и испаряется. Точность кромок также высокая.

Лазерная резка производится при давлении газа, после чего, место в резе остается чистым. Для примера приводится лазер мощностью 1 квт с подачей кислорода в зону резов под давлением 0,5 МПа.

Например, при толщине 1 мм скорость лазера 10-11 м/сек, при толщине 3 мм скорость 6-7 м/сек, при толщине 10 мм скорость 0,8-1,15 м/сек. Сообщается о лазерной резке здесь: https://svarkalegko.com/tehonology/lazernaya-rezka-metalla.html.

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА

Лазерная резка применяется и используется разделением самых различных материалов: композитов, керамикой, горных породов, стеклом, металлов, дерева, бумагой, пластиком, полимерными пленками. Лазерная резка может сверлить отверстия и наносить риски, пазы и дорожки.

Качество лазерной резки является большой скоростью.  Лазерный луч мгновенно нагревается и испаряется. Лазерная резка производится при давлении газа, после чего, место в резе является точным и чистым.

Ниже примеры лазерной резки

Лазерная резка дерева:

Лазерная резка нержавеющей стали и латуни:

Существуют растровая и векторная гравировка. Растровая гравировка является стандартной и графическая конструкция гравирует линия за линией, точка за точкой. Векторную гравировку с графическим изображением, состоящим из кривых и линий, который лазер чертит и в то же время поочередно гравирует “вектор за вектором”. Векторную гравировку часто называют маркировкой https://www.trumpf.com/ru_INT/reshenija/primenenie/tekstovaja-markirovka-lazerom/. 

ЛАЗЕРНАЯ МАРКИРОВКА

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА

Лазерная сварка является соединением однородных и разных материалов, в частности, металлов. Лазерная сварка обеспечивает соединение заготовок или изделий. Соединения видов сварки лазеров существуют как непрерывные так и импульсные.

    

ЛАЗЕРНОЕ ТЕРМОУПРОЧНЕНИЕ (НАПЛАВКА)

Вениамин Эммануилович Дымшиц имел хороший опыт и права электросварщика шестого - высшего - разряда и сварщика пятого разряда.

В. Э. Дымшиц использовал наплавку в 30-е годы и хорошо проработал там бригадиром на Харьковском заводе подъемных сооружений, успешно с другими студентами с погрузочными шнеками, наплавляя их в 5-6 мм. С ним также делал  отлично главный инженер харьковского завода В. И. Амосов, сам варивший сварку отлично. На автогенном заводе также пришлось варить и резать бочки автогеном.

Наплавка шнека: с пом. Роспирали

ЛАЗЕРНОЕ ТЕРМОУПРОЧНЕНИЕ (ЗАКАЛКА) 

Лазерная закалка обеспечивает прочность поверхностей деталей. Это позволяет работать с нагрузкой, износом и коррозионной стойкости деталей. Лазеры оплавляют поверхности иногда при нарушении шероховатости либо используют температуры немного ниже для плавления, чтобы практически не нарушать шероховатость. 

При закалке обработаны лазером загрязненными заготовками. Кроме того, заготовки покрыты оксидными пленками или другими защитными слоями. При очистке поверхностей лазер, созданный пиковой мощностью, часто с маркировкой и короткими или ультракороткими импульсами. Благодаря очень высокой импульсной мощности лазер очень бережно выпаривает нежелательные слои бесконтактным способом. Встроенные в лазерные системы вытяжки используются удалять испарения. 

Благодаря лазерной закалке углубление поверхностей заготовок составляют 0,1-1,5 мм. Для некоторых металлов глубина может быть увеличена до 2,5-3 мм. Металлы нагревают до температуры ниже  температуры плавления до 900 - 1400 С. Поверхностью поглощается 40% лазерной мощности.

При лазерной закалки с резкой скоростью при быстром и моментальным нагреве стальных заготовок охлаждение также происходит очень быстро при отдачи тепла от поверхностей в глубинные холодные места больших объемов деталей. При этом под воздействием лазерной закалки аустенит становится мартенситом при превращении структурой стали. Мартенсит стали приводит к повышению прочности, твердости и износостойкости закалённых поверхностей деталей.

Инновационная лазерная закалка stimul.online

Роботы могут быть успешно использованы для лазерного термоупрочнения (закалки), лазерной сварки и лазерной наплавки. Роботы могут быть универсальными и обладать методов своих свободных движений в пространстве.

При лазерной закалки с резкой скоростью при быстром и моментальным нагреве стальных заготовок охлаждение также происходит очень быстро при отдачи тепла от поверхностей в глубинные холодные места больших объемов деталей. При этом под воздействием лазерной закалки аустенит становится мартенситом при превращении структурой стали. Мартенсит стали приводит к повышению прочности, твердости и износостойкости закалённых деталей, и следовательно, их долговечность  существенно увеличились.

Типичная трубная резьба для лазерного упрочнения.

Для буровых и нефтяных резьбовых соединений обратились мы к институту электросварки им. Е. О. Патона, которые согласовали совместно с этим институтом и нашим НПО “Химмаштехнология” с помощью лазерного упрочнения резьб. 

НПО “Химмаштехнология” совместно с предприятиями целлюлозно-картонных заводов г. Петрозаводска и г. Москвы, используя лазеры, мы упрочнили крупногабаритные рифлёные валы.

Мы использовали наш твердотельный алюмо-иттриевый лазер ЛТН, сделав наладку данного лазера на московском токарном заводе и газовый лазер “Кипр -1” в Петрозаводске из предприятия “Исток”   осуществили с помощью лазерной закалки стальных рифлёных валов для гофрированного картона.

ЛАЗЕРНАЯ ПАЙКА

Лазерная пайка осуществляется, в основном, с печатными платами, с   ювелирными изделиями, оправками и др. 

Лазерная пайка печатных плат и их маркировка

Пайка лазером золотых колец и т. п.

Осуществляется оборудование лазера также для пайки оправки и разного размера очков.

СВАРКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИВЫХ ТКАНЕЙ

Исторически еще начал развиваться союз между инженерами и врачами. Сначала развивались отношения МВТУ им. Баумана на кафедре сварки, на которой затем выделилась новую кафедру “Биомедицинские технические системы и устройства”, которой руководил д. т. н. профессор и успешный ученый Владимир Иванович Лощилов под руководством ректора, академика Георгия Александровича Николаева. В. И. Лощилов - советский легкоатлет, мастер спорта, чемпион Олимпийских Игр Олимпиады в толкании ядра в 1956 г. 

Советскими учеными В. А. Поляковым, Г. А. Николаевым, В. И. Лощиловым, Г. Г. Чемяновым был предложен принципиально новый способ участка утраченной кости и ультразвуковой (УЗ) сварки (наплавки). Сущность наплавки костной ткани   пропитывается жидким присадочным материалом. Под действием УЗ колебаний в результате комплекса физико-химических процессов образуется единый конгломерат, прочно соединяющийся с костью. Была для этого выбрана костная стружка. Вместе с костью наплавленный костный конгломерат образует костную ткань. 

В отвержденном состоянии присадочный материал вместе с наполнителем (костной стружкой) обеспечивает монолитность наплавленного костного конгломерата, фиксирует форму дефекта и определяет его физико-механические свойства.

МВТУ им. Н. Э. Баумана много занимался не только резкой, сваркой и наплавкой, но и технологией мягких биологических тканей в области кровеносных сосудов, офтальмологии, почек, печени, легких и т. д.

Биомедицинскими средствами использовались ультразвуковой сваркой, лазерной и высокочастотной сваркой и т. д. Другие задачи также занимались ими позже как инженерными так и медицинскими проблемами.  

Инженерные проблемы решались в Институте электросварки много раз Е. О Патоном и их сотрудников. Другие задачи также занимались ими позже как инженерными так и медицинскими проблемами. 

Один из распространенных методов высокочастотной сварки (ВЧС) мягких живых тканей в Институте электросварки им. Е. О. Патона в тесном сотрудничестве с Международной Ассоциацией “Сварка”, ведущими медицинскими учреждениями Украины, а также  с американской компанией CSMG. В настоящее время помимо ВЧС используют пароплазменные технологии, микроплазменное напыление биокерамических покрытий, лазерная и электроннолучевая технологии,  ультразвуковая сварка (УЗС), использование материалов с эффектом памяти и др.

В декабре 2001 г. на расширенном заседании ученого совета Министерства здравоохранения с участием президента НАН Украины академика Б.Е. Патона, президента АМНУ акаде­мика А.Ф. Возианова, директоров многих академических институтов и ученых в области меди­цины было принято решение распространить клинический опыт применения новой хирургической технологии на ведущие медицинские учреждения страны. Особенностью данной технологии явля­ется универсальность ее применения в хирургии. Так, она позволяет, используя один сварочный комплекс, осуществлять коагуляцию, перекрытие сосудов до 10 мм, пересечение тканей, в том числе мышечной, сосудистой, паренхиматозной, в частности легочной, связок и пр, а также с минимальными кровопотерями получать герметичные и достаточно прочные соединения разрезов ткани продольными и кольцевыми сварными швами с помощью пинцетов и специальных зажимов.

За время освоения было освоено более 150 различных хирургических методик и успешно выполнено около 100 тыс. операций в таких областях медицины, как общая и абдоминальная хирургия, травматология, пульмонология, проктология, урология, маммология, оториноларингология, гинекология, офтальмология и пр. 

В настоящее время хирургическая практика со сваркой широко распространена уже на тысячи. За время освоения было освоено более 150 различных хирургических методик и успешно выполнено около 100 тыс. операций в таких областях медицины, как общая и абдоминальная хирургия, травматология, пульмонология, проктология, урология, маммология, оториноларингология, гинекология, офтальмология и пр. 

Инженерные проблемы решались в Институте электросварки много раз Б. Е. Патоном и их сотрудников. Под руководством Б. Е. Патона было разработано и создано совместно с сотрудниками новое изобретение способов соединения и разъединения мягких тканей человека и животных. 

Выдающиеся научные достижения предшествовали операции кишечника (кролики, собаки и др.), а также эксперименты на удаляемых и удаленных органах человек.

Бывает, что биосварка при трансплантации органов, т. к. приживляет другого органа тканям реципиента без рубцов и некроза. Сварка хорошо работает и при лечении рака. 

Аппараты Свармед могут разрезать ткани и сваривать (сшивать) их. Соединение тканей производится двумя способами: кровавым наложением швов и бесшовным способом. 

Основными целями соединения тканей являются: создание в ране наилучших условий для течения регенеративных процессов, защита раны от проникновения микробов (профилактика нагноения). 

Сварка не травмирует соединяемые ткани органов. В медицине не были зафиксированы осложнения сварочной технологии на живых тканях. 

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА (УЗС) И УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РЕЗКА (УР)

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА (УЗС)

УЗС используется для соединении различных материалов. Свариваются не только металлы, но также пластмасс, тканей, кожи, полупроводниковых материалов и др. Интересно, что с помощью УЗС можно сваривать совершенно разные изделия, например,  с помощью металла со стеклом, керамикой и др. Тугоплавкие металлы также хорошо свариваются такие как вольфрам, ниобий, тантал,  цирконий, молибден. Заготовки можно успешно сваривать и прослойку третьего металла и, например, две стальные заготовки с прослойкой из алюминия, а также заготовки, покрытые оксидами, лаками и полимерами. Успешно были использованы также биологические ткани, в частности, кости. 

УЗС работает с высокой производительностью. Ультразвуковая сварка применяется в процессах сборки в массовом производстве качественных и герметичных изделий. Огромное преимущество ультразвуковой сварки – эффективность и рентабельность  Детали обладают точностью и прочностью соединений. Ультразвуковая сварочная установка отличается простотой.  Если на соединяемых деталях есть загрязнения и покрыты оксидами, ультразвук разрушает  их в процессе сварки. В отличие процесса тепловых видов сварки, например при дуговой и газовой сварке, УЗС обеспечивает избежать деформации. 

Ученые различных институтов и университетов развивали УЗС, в частности, на кафедре сварки МВТУ им. Н. Э. Баумана. Под руководствам Г. А. Николаева изучал подходы сварки и резки пластмасс, композиционных и полимерных материалов и разрабатывал оборудование для УЗС Станислав Степанович Волков. УЗС также используется в институте электросварки им. Б. Е. Патона.

Ультразвук генерируется с частотой 18-180 кГц и мощностью 0,01-10 кВт. Ультразвуковые генераторы производят промышленный ток (50 Гц) в токи высокой частоты.  

Принциальная схема УЗС.

На данном рисунке изображена: 1) акустический узел; 2) волновод; 3) регулировочный винт опоры; 4) свариваемые детали; 5) вибратор; 6) кожух. 

Акустические преобразователи применяют магнитострикционные или пьезоэлектрические преобразователи.

Ультразвук часто работает без загрязнения окружающей среды и посторонних веществ. УЗС применяется в процессах массовой природы качественных и герметичных изделий. Преимущество УЗС — эффективность и рентабильность. 

В ряде случаев соединение пластмасс и композитов производят без предварительного нагрева. Ультразвуковая сварка: оборудование, схема, технология  На прессе достаточно установить относительно небольшое прижимное усилие. Например, для УЗС полиэтиленовой пленки толщиной 0,02 ымм составляет 1,5 кГс

Полимеры производят предварительное давление 

Свариваемые поверхности нередко прижаты друг к другу без зазора. 

Когда сваривают толстые детали, чтобы уменьшить время воздействия и амплитуды колебаний, применяют предварительный подогрев изделий. Для этого заготовки нагревают с помощью индукционного нагрева и доводят их для определенной температуры, после чего все осуществляется с помощью УЗС. УЗС может использоваться не только точечная, но и роликовая сварка.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РЕЗКА (УР)

УР материалов эффективна по сравнению с другими видами резки на сайте: Резка ультразвуком по металлу и используется для таких материалов как резина, ПВХ, печатные платы, пленки, композиционные материалы, пластмассы, все виды картона и бумаги, ткани, ковры, кожа, продукты питания (размороженное мясо, конфеты, хлеб, шоколад и др.), тонкая фольга и сотовые материалы, для очистки окаменелостей, для удаления ржавчины и краски, для гравировки металла и резьбы по дереву и т. д. Станок ультразвуковой резки металла  

При ультразвуке не требуется заточка режущих граней инструмента и в отличие от механической резки не требуется больших усилий, шума и стружки, не происходят сожженные края как при термической обработки, а также не существуют газы и дымы. 

Устройство для резки ультразвуком и инструментами