Лазерний зварювальний апарат з повітряним чи водяним охолодженням: що обрати

Волоконне джерело в ручному зварювальному апараті перетворює на промінь лише частину електроенергії. Решта йде в тепло, яке треба постійно відводити від джерела і від зварювального пістолета. Від того, як це зроблено, залежить вага апарата, де його можна використовувати, як він поводиться на довгих швах і скільки клопоту з ним узимку. Саме тому на ринку два класи обладнання: з водяним охолодженням через чиллер і з повітряним, де тепло знімають вентилятори і радіатори.

Зміст

1. Як працює ручне лазерне зварювання
2. Як працює водяне охолодження
3. Як працює повітряне охолодження
4. Порівняння повітряного і водяного охолодження
5. Тривала робота і перегрів
6. Товщина металу
7. Мобільність і робота на об'єкті
8. Зима і робота в неопалюваних приміщеннях
9. Обслуговування
10. Типові проблеми, пов'язані з охолодженням
11. Безпека робочого місця
12. Вимоги до приміщення і електромережі
13. Ціна і загальні витрати
14. Як обрати під свої задачі
15. Пістолет і робота зварника
16. Зварювання алюмінію та міді
17. Функції 3 в 1: очистка і різання
18. Подавач дроту
19. Захисний газ
20. Два умовні приклади вибору
21. Що запитати в постачальника до покупки
22. Поширені запитання
23. Чим можемо допомогти ми в LaserSvit

Обидва варіанти зварюють метал однаково: та сама довжина хвилі, ті самі режими, ті самі гази. Різниця в обмеженнях і експлуатації.

Питання вибору охолодження виникає майже в кожного, хто купує перший лазерний зварювальний апарат. Для одних важлива мобільність і робота на об'єктах, для інших максимальна потужність і стабільна робота змінами в цеху.

Як працює ручне лазерне зварювання

Ручний лазерний зварювальний апарат складається з волоконного джерела, оптичного кабелю, зварювального пістолета, системи охолодження і блоку керування. Промінь з джерела по волокну приходить у пістолет, де фокусується на металі. Більшість ручних апаратів використовують коливальну (wobble) голівку: дзеркало в пістолеті швидко коливає промінь, і він описує на металі невелику лінію чи коло. Це дозволяє зварювати з невеликими зазорами і отримувати ширший шов, ніж дав би нерухомий промінь.

Зону зварювання захищають газом. Для нержавійки та більшості робіт використовують аргон, на вуглецевій сталі в окремих випадках застосовують азот. Довжина хвилі волоконних джерел у таких апаратах становить близько 1070 нм. Ці апарати мають небезпеку лазера класу 4, тому працювати з ними можна тільки в захисних окулярах, розрахованих саме на цю довжину хвилі. Звичайна зварювальна маска-хамелеон від лазерного випромінювання не захищає.

Як працює водяне охолодження

У лазерному зварювальному апараті з водяним охолодженням охолоджувальна рідина циркулює по замкнутому контуру через джерело, а часто й через пістолет. Чиллер (холодильна машина з компресором, як у кондиціонера) підтримує задану температуру рідини незалежно від того, наскільки довго і на якій потужності працює апарат. Чиллер може бути вбудований у корпус або стояти окремо.

Такий спосіб добре справляється з великим тепловим навантаженням, тому більшість апаратів високої потужності, 2000-3000 Вт, роблять саме з водяним охолодженням. Плата за це: вага, габарити і догляд за контуром. Наприклад, у нашому каталозі апарат LWM1500 з водяним охолодженням важить 150-180 кг, має габарити 1100×950×700 мм і розрахований на роботу при температурі від 5 до 40 °C.

Два контури температури

Чиллери для лазерного обладнання часто мають подвійне керування температурою: окремо для лазерного джерела і окремо для оптики. Джерелу і оптиці потрібні різні температури, і один контур не завжди може забезпечити обидві. Для ручного зварювального апарата це означає стабільну роботу оптики в пістолеті навіть при тривалому зварюванні.

Захисні функції чиллера

Чиллер стежить за витратою, рівнем і температурою рідини. Якщо рідини стає замало, фільтр засмітився або температура вийшла за межі, система подає сигнал або блокує роботу лазера. Це захищає джерело від перегріву, але вимагає уважності: апарат, що зупинився через тривогу по витраті, на ділі просить обслуговування контуру, а не ремонту.

Як працює повітряне охолодження

У лазерному зварювальному апараті з повітряним охолодженням немає рідини і чиллера. Тепло від джерела відводять радіатори і вентилятори, які продувають корпус повітрям з приміщення. Це дає компактність: апарат Dynalasers AW 1200 з повітряним охолодженням, за даними виробника, важить менше 37 кг при габаритах 654×286×574 мм, а пістолет менше 0,48 кг. Робоча температура заявлена від -15 до +40 °C.

Обмеження теж є. Повітрям складніше відвести велике тепло, тому повітряне охолодження зустрічається переважно в апаратах до 1500-2000 Вт. Ефективність охолодження залежить від температури і чистоти повітря в цеху: у спеку і в запиленому приміщенні запас по нагріву менший.

Повітряне охолодження в потужних апаратах складніше в розробці, ніж водяне: радіатори, вентилятори і корпус треба спроєктувати так, щоб вони відводили кілька кіловат тепла в компактному об'ємі. Тому ціна повітряного апарата на ту саму потужність часто вища.

Порівняння повітряного і водяного охолодження

Параметр	Повітряне охолодження	Водяне охолодження
Типова потужність	До 1500-2000 Вт	1000-3000 Вт і більше
Вага і габарити	Компактний, можна переносити	Важкий, переміщується на колесах
Чиллер і рідина	Не потрібні	Потрібні, з обслуговуванням контуру
Робота взимку	Немає ризику замерзання рідини	Потрібен антифриз або опалюване приміщення
Тривала робота на повній потужності	Залежить від моделі і температури повітря	Стабільна, тепло відводить чиллер
Чутливість до пилу	Висока, фільтри треба чистити	Нижча, але радіатор чиллера теж забивається
Обслуговування	Чистка фільтрів і радіаторів	Заміна рідини, фільтри, контроль рівня, чистка радіатора
Ціна за ту саму потужність	Часто вища	Часто нижча

Значення в таблиці загальні. Для конкретного апарата потрібно дивитися паспорт: робочий діапазон температур, тривалість безперервної роботи, вагу і максимальну товщину провару.

Тривала робота і перегрів

Для зварювання короткими швами, з паузами на перестановку деталей, обидва типи апаратів працюють однаково. Різниця проявляється на довгих безперервних швах на високій потужності. Чиллер тримає температуру стабільно, тому апарат з водяним охолодженням спокійно працює годинами. Апарат з повітряним охолодженням у таких умовах залежить від запасу системи охолодження конкретної моделі і від температури в цеху. Деякі виробники заявляють безперервну роботу без обмежень, у бюджетніших моделях захист від перегріву може змусити робити паузи.

Тому, якщо ваше виробництво зварює довгі шви на серійних виробах, краще уточнити в постачальника, як конкретна модель поводиться при тривалій роботі на повній потужності при +30-35 °C в цеху.

Що таке тривалість увімкнення

Тривалість увімкнення (у зварюванні її часто називають ПВ або duty cycle) показує, яку частину часу апарат може працювати на заданій потужності без перерви на охолодження. Якщо в характеристиках вказано 100%, апарат розрахований на безперервну роботу. Якщо менше, після певного часу роботи потрібна пауза. Для ручного лазерного зварювання цей параметр вказують не всі виробники, тому його варто прямо запитати в постачальника, особливо для апаратів з повітряним охолодженням.

Товщина металу

Тип охолодження сам по собі на глибину провару не впливає, її визначає потужність. Але оскільки апарати з повітряним охолодженням зазвичай менш потужні, їх стеля нижча. За даними виробників, апарати близько 1500 Вт проварюють нержавійку і вуглецеву сталь приблизно до 4-5 мм з одного боку, алюміній менше, мідь лише до 1 мм. Для товщого металу або великих обсягів зварювання алюмінію частіше беруть апарати 2000-3000 Вт, а це вже водяне охолодження.

Модель у каталозі LaserSvit	Охолодження	Потужність	Що варто знати
Dynalasers AW 800 / 1200 / 1800	Повітряне	800-1800 Вт	3 в 1 (зварювання, різання, очистка), вбудований подавач дроту, вага апарата до 37 кг*
LWM1500	Водяне, замкнутий контур	1500 Вт	3 в 1, джерело MaxPhotonics / Raycus, провар до 5 мм з одного боку
LWM2000, LWM3000	Водяне	2000 і 3000 Вт	3 в 1, для товщого металу і великих обсягів

* Вага і габарити для серії AW вказані за загальною таблицею виробника для серії.

Для серії AW виробник указує максимальну глибину зварювання за металами: нержавійка, вуглецева і оцинкована сталь до 5 мм, латунь до 4 мм, алюміній до 3,5 мм, мідь до 1 мм. Ці значення наведені як усереднені для серії 800, 1200 і 1800 Вт, тому для конкретної моделі і конкретного шва їх варто уточнювати.

Мобільність і робота на об'єкті

Тут повітряне охолодження має очевидну перевагу. Апарат вагою кілька десятків кілограмів можна завантажити в бус, занести на поверх, поставити біля конструкції, яку не можна привезти в цех. Апарат з чиллером на 150 кг і більше переміщується тільки на колесах по рівній підлозі, а перевезення потребує вантажника і обережності з рідиною в контурі.

Для монтажних робіт, ремонту обладнання на місці, зварювання на будівельних об'єктах і в майстернях з обмеженим місцем це часто вирішальний аргумент.

Перевезення апарата з чиллером

Апарат з водяним охолодженням при перевезенні вимагає уваги. Взимку рідину перед транспортуванням зливають або переконуються, що в контурі антифриз потрібної концентрації. Апарат перевозять у вертикальному положенні і закріплюють, щоб він не перекинувся. Після перевезення варто перевірити рівень рідини, відсутність витоків і дати апарату постояти перед запуском, якщо його привезли з холоду в тепле приміщення, щоб на холодних деталях не утворився конденсат.

Зима і робота в неопалюваних приміщеннях

Для апарата з водяним охолодженням мінусова температура становить реальну загрозу. Якщо рідина в контурі замерзне, вона може розірвати трубки, пошкодити насос чи навіть саме джерело. Тому взимку в неопалюваних приміщеннях у контур заливають антифриз. Виробники чиллерів рекомендують антифриз на основі етиленгліколю, розведений у дистильованій або деіонізованій воді, з обмеженням концентрації: наприклад, TEYU вказує, що концентрація етиленгліколю не має перевищувати 30%, бо вища корозійно діє на внутрішні деталі. Навесні антифриз зливають, контур промивають і заповнюють чистою водою.

Лазерне зварювання з повітряним охолодженням цієї проблеми не має взагалі: в апараті немає рідини, яка може замерзнути. Для неопалюваних цехів, гаражів і роботи на вулиці це помітна перевага. Але й тут треба дивитися на заявлений діапазон робочих температур конкретної моделі.

Для українських умов це питання практичне. Багато майстерень і невеликих цехів узимку опалюються частково або взагалі не опалюються в неробочі години. Апарат з чиллером у такому приміщенні потребує або антифризу, або обігріву приміщення вночі. Повітряний апарат можна залишити на вихідні без таких заходів, якщо мінімальна температура не виходить за межі, вказані виробником.

Обслуговування

Апарат з водяним охолодженням потребує догляду за контуром: заміна води або антифризу, чистка фільтрів, контроль рівня і якості рідини, чистка радіатора чиллера від пилу. Звичайну водопровідну воду в контур не заливають, бо на трубках з'являється накип і погіршується тепловідведення. Використовують дистильовану або деіонізовану воду.

Апарат з повітряним охолодженням простіший: основне обслуговування зводиться до чищення повітряних фільтрів і радіаторів від пилу. Але робити це треба регулярно. Якщо фільтри забиті, повітря не проходить, апарат перегрівається і спрацьовує захист. У цехах, де поруч шліфують чи ріжуть метал, фільтри доводиться чистити частіше.

Операція	Повітряне охолодження	Водяне охолодження
Огляд захисного скла пістолета	Кожну зміну	Кожну зміну
Чистка повітряних фільтрів і радіаторів	Регулярно, частіше в запиленому цеху	Радіатор чиллера, регулярно
Контроль рівня рідини	Не потрібен	Регулярно
Заміна рідини і чистка фільтра контуру	Не потрібна	За регламентом виробника
Антифриз на зиму	Не потрібен	Потрібен у неопалюваних приміщеннях

Захисне скло в пістолеті потребує уваги незалежно від типу охолодження. Бризки металу і дим поступово забруднюють його, і частина енергії поглинається склом замість металу. Скло оглядають кожну зміну, легкі забруднення знімають ізопропіловим спиртом, а пошкоджене скло міняють.

Конденсат

Для апаратів з чиллером є ще одна особливість. Якщо температура рідини значно нижча за температуру повітря у вологому приміщенні, на холодних деталях і оптиці може утворюватися конденсат. Тому температуру рідини в чиллері встановлюють з урахуванням умов у цеху, а не «чим холодніше, тим краще».

Типові проблеми, пов'язані з охолодженням

Значна частина звернень щодо ручних лазерних апаратів пов'язана не з самим лазером, а з охолодженням. Для водяного охолодження це тривоги по витраті чи температурі рідини, витоки, засмічені фільтри і замерзання контуру. Для повітряного охолодження найчастіше йдеться про перегрів через забиті фільтри, апарат, поставлений впритул до стіни, або роботу в дуже спекотному приміщенні.

Симптом	Тип охолодження	Імовірна причина	Що перевірити
Тривога по витраті рідини	Водяне	Низький рівень, засмічений фільтр, перегнутий шланг	Рівень рідини, фільтр, шланги
Тривога по температурі рідини	Водяне	Забитий радіатор чиллера, гаряче приміщення	Чистота радіатора, вентиляція навколо чиллера
Апарат не запускається після холодної ночі	Водяне	Замерзання рідини або спрацювання захисту	Температура в приміщенні, наявність антифризу
Апарат зупиняється через перегрів на довгих швах	Повітряне	Забиті фільтри, нестача повітря, висока температура в цеху	Фільтри, відстань до стіни, температура
Поступове падіння якості шва	Будь-який	Забруднене захисне скло пістолета	Стан захисного скла

Безпека робочого місця

Тип охолодження на безпеку майже не впливає, але від нього залежить, де саме працюватиме апарат. Мобільний апарат з повітряним охолодженням часто використовують поза цехом, на об'єктах, де поруч можуть бути сторонні люди. Лазерне випромінювання класу 4 небезпечне для очей навіть у відбитому вигляді, тому зону зварювання огороджують ширмами, а всі, хто знаходиться поруч, мають бути в окулярах з потрібним захистом. Окуляри з подряпинами або тріщинами міняють.

Під час зварювання виділяються дим і аерозолі металу, особливо на оцинкованій сталі. У закритому приміщенні потрібна витяжка або хоча б добра вентиляція. Для апарата з чиллером додається ще одна вимога: рідина і електрика поруч, тому шланги і з'єднання регулярно перевіряють на витоки.

Вимоги до приміщення і електромережі

Апарату з повітряним охолодженням потрібен вільний доступ повітря до решіток: його не ставлять впритул до стіни, не закривають і не тримають поруч з місцем, де летить абразивний пил. Апарат з чиллером займає більше місця, а сам чиллер потребує вентиляції, бо віддає тепло в приміщення. У невеликій майстерні влітку це помітно підвищує температуру.

Щодо електроживлення, апарати різняться споживаною потужністю. Наприклад, для LWM1500 у характеристиках указана споживана потужність 4000 Вт, а для апаратів серії AW указано живлення 180-264 В змінного струму. Перед покупкою варто перевірити, чи витримає лінія в цеху навантаження і чи потрібен стабілізатор.

Апарати близько 1000-2000 Вт зазвичай працюють від однофазної мережі 220 В, апарати потужністю близько 3000 Вт часто потребують трифазного живлення. Лінія для апарата має бути окремою, з правильним заземленням і автоматом, підібраним під струм апарата. Якщо на об'єкті живлення від генератора, важливо, щоб його потужність і якість напруги відповідали вимогам виробника.

Ціна і загальні витрати

Порівнювати варто не лише ціну покупки. Апарати з повітряним охолодженням на тій самій потужності часто дорожчі, бо компактна система повітряного охолодження для потужного джерела складніша в розробці. Апарати з водяним охолодженням дешевші при покупці, але потребують витрат на воду, антифриз, фільтри і сервіс чиллера, а також місця в цеху.

Розрахунок, як правило, виходить таким. Якщо апарат стоїть на одному місці в теплому цеху і потрібна потужність від 2000 Вт, вигідніше водяне охолодження. Якщо потрібна мобільність, робота в неопалюваних приміщеннях чи на об'єктах, а потужності до 1500-1800 Вт достатньо, витрати на повітряний апарат зазвичай окупаються зручністю.

Як обрати під свої задачі

Повітряне охолодження варто розглядати, якщо:

• основний метал до 3-5 мм, і потужності до 1800 Вт вистачає;
• апарат потрібно перевозити або переносити;
• роботи проводяться в неопалюваних приміщеннях чи на вулиці;
• немає місця для чиллера або немає бажання обслуговувати рідинний контур.

Водяне охолодження краще, якщо:

• потрібна потужність 2000-3000 Вт для товщого металу або алюмінію;
• апарат працює змінами на довгих швах;
• обладнання стоїть стаціонарно в опалюваному цеху;
• важливо мінімізувати вартість покупки при високій потужності.

Сценарій	Що зазвичай підходить	Чому
Монтажна бригада, зварювання на об'єктах	Повітряне	Вага, мобільність, немає рідини
Майстерня з неопалюваним приміщенням	Повітряне	Немає ризику замерзання контуру
Серійне виробництво з тонкої нержавійки	Будь-яке, залежно від тривалості швів	Потужності 1200-1500 Вт часто достатньо
Цех, зварювання металу 4-6 мм і алюмінію	Водяне	Потрібна потужність 2000-3000 Вт
Робота у дві-три зміни на довгих швах	Водяне	Стабільне відведення тепла

Переглянути лазерні зварювальні апарати з повітряним охолодженням можна в окремому розділі каталогу, а моделі з чиллером зібрані в розділі лазерні зварювальні апарати з водяним охолодженням.

Пістолет і робота зварника

Для зварника важливий не тільки сам апарат, а й пістолет. Він має бути легким, з довгим і гнучким кабелем, щоб дотягнутися до шва без перестановки апарата. У моделях з водяним охолодженням рідина часто охолоджує і пістолет, і в його кабелі йдуть шланги. У моделях з повітряним охолодженням кабель легший і тонший. На довгих швах, де зварник тримає пістолет годинами, різниця в кілька сотень грамів і в жорсткості кабелю відчутна.

Більшість апаратів обох типів у нашому каталозі мають формат 3 в 1: окрім зварювання, вони ріжуть тонкий метал і чистять поверхню від іржі та забруднень. Для майстерні чи монтажної бригади це означає, що один компактний апарат з повітряним охолодженням закриває кілька задач без окремого обладнання.

Зварювання алюмінію та міді

Алюміній і мідь мають високу теплопровідність і відбивають частину випромінювання. Для їх зварювання потрібна більша потужність, ніж для сталі тієї ж товщини. Саме на цих металах різниця між апаратами 1500 Вт і 2000-3000 Вт відчувається найсильніше. Якщо алюміній становить значну частку ваших робіт, варто орієнтуватися на потужніші моделі, а це найчастіше апарати з водяним охолодженням.

Мідь ручним лазерним апаратом середньої потужності зварюють лише на невеликих товщинах, близько 1 мм. Для таких робіт важливо, щоб джерело мало захист від відбитого випромінювання, а режими були підібрані під конкретний метал.

Функції 3 в 1: очистка і різання

Апарати 3 в 1 крім зварювання мають режими лазерного різання тонкого металу і очищення поверхні. Для зварника це зручно: перед зварюванням можна очистити шов від іржі, фарби чи оксидів тим самим апаратом, а після зварювання зняти кольори мінливості з нержавійки. Різання ручним пістолетом не замінює верстат, але підходить для підрізання тонкого листа на місці. Для мобільних бригад така універсальність разом з повітряним охолодженням дає найбільшу користь: один легкий апарат замінює кілька інструментів.

Подавач дроту

Для зварювання з присадкою, наприклад при заповненні зазорів або на кутових швах, потрібен подавач дроту. В апаратах серії AW подавач вбудований у корпус, тобто окремо його возити не треба. В інших моделях подавач може йти окремим блоком, це варто перевіряти в комплектації. На об'єкті, де все переноситься вручну, вбудований подавач додає зручності.

Захисний газ

Тип охолодження не впливає на вибір газу, але впливає на логістику. Апарату на об'єкті потрібен балон з газом, редуктор і витратомір. Для нержавійки зазвичай використовують аргон чистотою 99,99%, витрату підбирають під метал і шов. Орієнтовні значення, які наводять у посібниках з налаштування, становлять приблизно 12-18 л/хв для нержавійки і 15-20 л/хв для алюмінію. Точну витрату варто брати з інструкції до конкретного апарата.

Два умовні приклади вибору

Перший приклад: бригада, яка монтує перила, огорожі та металоконструкції з нержавійки 1,5-3 мм на об'єктах замовників. Зварювання йде короткими швами, апарат щодня перевозять, частина робіт припадає на зиму в неопалюваних будівлях. Для таких умов логічний вибір апарат з повітряним охолодженням потужністю 1200-1500 Вт з вбудованим подавачем дроту. Він важить кілька десятків кілограмів, не боїться мінусової температури в межах паспорта і не потребує обслуговування рідинного контуру.

Другий приклад: цех, який серійно зварює корпуси з нержавійки та алюмінію 3-5 мм, у дві зміни, з довгими безперервними швами. Апарат стоїть на одному місці в опалюваному приміщенні. Тут потрібна потужність 2000-3000 Вт і стабільна робота годинами, тому розумніше обрати апарат з водяним охолодженням і закласти в регламент обслуговування чиллера.

Обидва приклади умовні, але показують логіку: спочатку метал, товщина і тривалість швів, потім місце роботи і умови в приміщенні, і лише потім ціна.

Що запитати в постачальника до покупки

• Яка тривалість безперервної роботи на повній потужності і при якій температурі повітря.
• Який діапазон робочих температур і чи можна зберігати апарат у неопалюваному приміщенні.
• Яка максимальна глибина провару для ваших металів.
• Чи вбудований подавач дроту, чи це окремий блок.
• Яке живлення потрібне: однофазне чи трифазне, яка споживана потужність.
• Яка довжина кабелю пістолета.
• Які витратні матеріали потрібні і чи є вони в наявності.
• Які умови гарантії і хто виконує сервіс.

Чим можемо допомогти ми в LaserSvit

У нашому каталозі є апарати обох типів, тому ми підбираємо обладнання під ваші задачі, а не під наявність на складі. Допоможемо порахувати потрібну потужність під метал і товщину, оцінити умови в цеху і вирішити, яке охолодження підійде.

Наші переваги: консультація з вибору апарата під реальні задачі, пусконалагодження і навчання зварників, гарантійне і післягарантійне обслуговування, запчастини й витратні матеріали для зварювальних апаратів, технічна підтримка українською мовою.

Не впевнені, яке охолодження обрати? Телефонуйте нам або залишайте заявку на сайті, і ми підберемо лазерний зварювальний апарат під ваше виробництво.

лазерне зварювання, охолодження, чиллер