Лазерная сварка алюминия

Алюминий (и его сплавы) как конструкционный материал обладает большим количеством плюсов. Он лёгкий, крепкий, не подаётся коррозии. Впрочем алюминий обладает и минусом — он осень плохо сваривается. Есть технология, которая дает возможность сваривать металлические заготовки. Это лазерная сварка. Установки сварки при помощи лазера непростые и очень не дешевые. Раньше применялись только в условиях в промышленности. С расширением применения на рынке возникли и доступные установки бытового класса.

Технология сварки при помощи лазера

Технология сварки при помощи лазера алюминия была разработана во второй половине 20 века. Как только были сделаны лазеры, которые способны к постоянной работе, их сразу начали приспосабливать к сварным работам. Высокая энергия, которую несет узко фокусированный луч лазера, позволяет подогреть ограниченную область на стыке 2-ух заготовок, расплавить в ней металл. После прекращения нагрева металл кристаллизируется , соединяя две заготовки в единое целое. При постоянстве всего количества энергии, переносимой пучком, более неширокая фокусировка дает возможность добиться очень большой плотности энергетического потока. Исходя из этого увеличивается и температура нагрева.

Технология лазерного соединения сплавов алюминия и чистого алюминия дает возможность работать без создания вакуума или атмосферы благородных газов. Требуется лишь провести механическую чистку сварочной зоны от окисные пленки, загрязнений или остатков лакокрасочных покрытий зоны. Обезжиривание позволяет удалить масложировые пятна и следы смазки.

Параметры сварки при помощи лазера выбираются исходя из толщины заготовок, их пространственной формы , величины сварочного зазора.

Если получается так приладить заготовки, что сварочный просвет невысокий, то применение присадочных материалов не требуется. Шовный материал образуется из оплавленных кромок соединяемых деталей.

Технология сварки при помощи лазера

Технология позволяет варить буквально в каждом положении. Небольшая ширина сварочной ванны не дает возможность расплаву вытекать даже при положении «снизу». Сварка изготавливается в основном встык. Шов внахлест может быть только для очень тонких материалов листового типа.

Условия и способы выполнения процесса сварки

Алюминий и его сплавы обладают рядом физико –химических свойств. В их числе:

• небольшой удельный вес;
• большая прочность;
• сопротивляемость коррозии.

Это выполняет алюминий желанным для конструкторов материалом везде, где важен вес конструкции и ее устойчивость к коррозии. Алюминий имеет и еще одну характерность- в нагретом создании он довольно быстро окисляется. Окислы алюминия чрезвычайно тугоплавки ( более 2000 °С). При обыкновенной сварке образование подобных пленок, не разрушающихся при температуре плавления металла, мешает сварке. Более того, оксидная пленка активно поглощает газы и пары перегретые, порождая разные изъяны шва сварки.

По этому нужны принимать специализированные меры для устранения попадания частиц окисных пленок в сварочную ванную. Чтобы это сделать применяют разные флюсы, атмосферу защитных газов, сварку в вакууме и т.д.

Параметры сварки при помощи лазера внахлест

Лазерная сварка дает возможность обойтись без этих всех усложняющих технологию и повышающих сложность мероприятий.

Еще одной спецификой алюминия считается его исключительно большая проводимость тепла.

По этому для сваривания алюминия требуется потоки энергии с большой плотностью. Обеспечение подобных потоков в обычных технологиях сваривания приводит к перегреву заготовок и их температурным деформациям. В результате перегрева происходит также изменение молекулярной структуры шва и околошовной области, приводящее к уменьшению прочности изделия.

Применение метода сварки при помощи лазера, концентрирующего нагрев в достаточно узкой области, позволяет избегнуть и данных проблем.

Оборудование для проведения сварки при помощи лазера алюминия

В состав установки сварки при помощи лазера входят следующие главные узлы:

• Несущая рама, на которой фиксируются все другие узлы.
• Источник питания. Выдаёт большое напряжение для питания генератора луча лазера и невысокое напряжение для питания механизма подачи заготовки и позиционирования головки.
• Генератор оптического излучения.
• Оптическая система фокусировки и направления луча в сварочную территорию.
• Стол для работы (для неподвижных установок).
• Механизм подачи заготовки (для неподвижных установок).
• Механизм перемещения сварочной головки.

Оборудование для сварки при помощи лазера

Установки сварки при помощи лазера в себя включают также системы безопасности промышленности, исключающие травмы персонала и повреждение имущественных ценностей.

Аппараты сварки при помощи лазера алюминия

Аппараты сварки при помощи лазера алюминия могут работать в одном из 2-ух режимов:

• Непрерывном. Применяется постоянное излучение лазера. Позволяет сваривать намного толстые заготовки. Доступен на неподвижных установках большой мощности, с развитыми системами охлаждения.
• Импульсном. Сварка проводится серией последовательных импульсов, разогревающих алюминий до температуры плавления.

Аппараты также разделяют на

• Стационарного типа. Обладают лазером высокой мощности и способностью работать с заготовками конкретных размеров, определяемых размерами стола для работы.
• Мобильные. Установки низкой мощности дают возможность проводить сварку там, где это нужно. Ставятся рядом с местом работ, луч лазера подается по гибкому световоду. Дают возможность варить в разных положениях, включая положение «снизу».

Установка для сварки при помощи лазера ЛТСК435-20

Более того, аппараты для сварки алюминия лазером отличаются по типу и мощности применяемого квантового генератора.

Типы лазеров

Сейчас в аппаратах сварки при помощи лазера алюминия используются два основных типа лазеров:

Более того, проводятся исследования возможности использования для работ по сварке полупроводниковых лазерных генераторов. Промышленных образцов достаточной мощности пока не разработано.

Твердотельный

Установки с твёрдым энергичным телом развивают низкую мощность если сравнивать с газовыми и работают в большинстве случаев в импульсном режиме. Рабочий принцип следующий:

• Цилиндрическое активное тело, сделанное из смеси окиси алюминия и ионизированного хрома , размещается в середине камеры. Торцы стержня отполированы и являются зеркалами. Одно из них полупроницаемое- свет как правило проходит через него при достижении конкретной интенсивности пучка.
• Рядом с энергичным телом находится лампа накачки, иногда облучающая стержень импульсами света.
• Ионы хрома, входящие в состав стержня, переходят в активное состояние и переизлучает свет в продольном направлении.
• Импульсы светы, поперемено отражаясь от торцевых зеркал, делают больше собственную интенсивность, потому как накачка длится.
• Когда интенсивность превосходит конкретный порог, световой импульс идет через полупроницаемое зеркало и уходит в оптическую систему направления и фокусировки и через нее- в зону для работы.

Длина волны подобных аппаратов равна 0,69 микрона, мощность достигает нескольких сотен ватт.

Установки сварки алюминия лазером, применяющие газообразное активное тело, конструктивно совпадают с твердотельными кроме 2-ух свойств:

• Активное тело считается заключенной в колбу из стекла смесью углекислого газа, гелия и азота.
• Излучение возбуждается электрическим током в газах в газовой обстановке.

Зеркала (непрерывное и полупроницаемое) на торцах колбы аналогичные, как в случае твердотельного лазера. Также происходит усиление импульса и его проход в систему фокусировки.

Газовая смесь находится под давлением от 2 до 14 килопаскалей, в результате электрического тока в газах возбуждается световое излучение с длиной волны около десяти микрон.

КПД газовых установок доходит до 15%, мощность — до десятков киловатт.

Преимущества сварки лазером

Важные достоинства лазерного способа сварки заготовок из алюминия такие:

• большая продуктивность;
• невысокая сложность;
• отсутствие расходных сварочных материалов;
• нет надобности в разработке защитной атмосферы;
• возможность варить в разных положениях;
• большая точность сварки;
• очень маленькие температурные деформации;
• экологичность.

Одним из некоторых минусов метода при сварке алюминия считается велика с сложность и цена оборудования. Дорого обходится и его обслуживание. Невысокий и КПД.

Результативность технологии

Расчет экономичной эффективности применения лазерного способа сварки деталей из алюминия проходит если сравнивать с обычными технологиями работ по сварке.

Следует сопоставлять не только цену покупки установок, но и общую стоимость владения ими, или сумма затрат за время эксплуатации, к примеру, за год или 5 лет- усредненное время службы.

Лазерные установки показывают собственные положительные качества в следующих условиях:

• большой рабочий объем;
• большие требования к качеству шва сварки;
• возможность автоматизации процесса;
• небольшая толщина (до 1 см) свариваемых металлических заготовок;
• большие требования к загрязнению внешней среды;
• доступность для найма очень профессионального персонала.

Результат сварки при помощи лазера алюминия

Позитивные характерности процесса сварки при помощи лазера алюминия широко применяются в производстве средств связи, космической промышленности, производстве трудных промышленных установок, а еще в оборонной индустрии. Увеличение рынка ведет к уменьшению стоимости аппаратов, уже сейчас предлагаются модели бытового класса, доступные и домашним умельцам.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.