Лазерная сварка металла

Лазерная сварка металла — один из очень новых методов создания неразъемных соединений. Он выделяется исключительной точностью, работоспособностью и хорошим качеством шва сварки. Нагрев и плавление металла в зоне работы проходит лучом лазера. Метод позволяет сваривать разные материалы. Не обращая внимания на большую цену и сложность оборудования, востребовательность такого способа регулярно возрастает. Для бытовых мастерских становятся доступны аппараты бытового уровня.

Технология сварки при помощи лазера

Поток света, генерируемый лазером, выделяется монохромностью. Все волны потока, в отличии от солнечного спектра, имеют равные длины волн. Это делает легче управление потоком при помощи фокусировки линзами и отклонения призмами. В лазере появляется явление волнового резонанса, что неоднократно повышает мощность пуска.

Рабочий принцип сварки при помощи лазера основывается на поглощении энергии пучка лазера металлом в зоне работы. При этом происходит крепкий локальный нагрев.

Технология сварки лазером напоминает технологию газовой сварки. Операции по подготовке заключаются в обработке механическим путем и химическом обезжиривании зоны соединения. Дальше лазерный луч направляется в начало шва, происходит нагрев металла, его плавление и образование сварочной ванны. Луч передвигается вдоль линии шва, за ним двигается сварочная ванна и территория кристаллизации.

Схема сварки при помощи лазера

После кристаллизации шов проходит очистка шва от окалины и шлаков.

Лазерная сварка дает возможность получить одинаковый, крепкий и надежный шов.

Условия и методы проведения процесса

Для достижения большой мощности луча нужна его фокусировка. Она проходит в ходе серии последовательных отражений от переднего и заднего полусферических зеркал. Когда интенсивность пучка превосходит пороговое значение, он идет через центр переднего зеркала и дальше, через систему направляющих призм, к рабочей зоне.

Лазерная сварка металлов может проводиться при самом разном взаиморасположении соединяемых заготовок. Глубину проплавления металла в зоне работы можно настраивать в большом диапазоне — от поверхностного до сквозного. Работу также можно вести непрерывным лучом или прерывистыми импульсами.

Способ позволяет сваривать как детали из тонкого листа горячей прокатки, так и непростые профиля и детали приличной толщины.

Есть такие виды процесса:

• В стык. Проходит без присадочных материалов и флюсовых порошков в защитной газовой атмосфере.
• Внахлест. Свариваемые кромки кладутся одна на иную. Необходимо обеспечить прижим заготовок друг к другу.

Лазерная сварка в стык

Небольшие аппараты бытового класса дают возможность проводить лазерную сварку собственными руками.

Аппараты сварки при помощи лазера металлов

Для проведения точечной или сплошной сварки при помощи лазера нужно:

• лазер с источником питания ;
• блок оптической фокусировки;
• механизм перемещения луча в зоне работы;
• устройства для подачи благородных газов для защиты рабочей области.

По конструкции энергичного излучателя все аппараты сварки при помощи лазера делят на 2 типа:

Два этих типа как правило будут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме.

Лазеры с твёрдым энергичным элементом

Эти установки могут источать поток света как постоянно, так и дискретными импульсами. Энергичный излучатель производят из розового искусственного рубина, смешивая оксид алюминия и ионы хрома. Торцы стрежня полируют, создавая на них поверхности из зеркала, отражающие свет. Ионы хрома, облучаемые излучением лампы накачки, переизлучает свет на частоте работы лазера.

Функционирование их проходит следующим способом:

• Стержнеобразный энергичный компонент помещен одновременно с лампой накачки в середине рабочего корпуса.
• Энергия периодических вспышек лампы скапливается в энергичном элементе, фокусируясь и отражаясь от торцевых зеркал.
• По достижении порогового значения интенсивности светового пучка он проходит излучение рабочего импульса.

Лазер с твёрдым энергичным элементом

Аппараты с твёрдым энергичным телом работают на волне длиной 0,69 микрон. Мощность их может достигать нескольких сотен ватт.

Аппараты с компонентами на основе газовой среды

Установки с газообразным энергичным телом потребляют более большое напряжение, и дает возможность развивать высокую мощность — до десятков киловатт. Лампа накачки облучает в этих приборах не твердотельный стержень, а газовую смесь в колбе. Для смеси применяют углекислый газ, азот и гелий. Она находится под давлением в несколько атмосфер. Два (или более) электрода иногда инициируют электрический ток в газах в смеси газа. Импульс также увеличивается многократным отражением от торцевых зеркал. Когда интенсивность может достигать порогового значения, когерентный импульс идет через полупроницаемое зеркало и сквозь оптическую систему направляется в зону для работы.

Схема аппарата с элементом на основе газовой среды

Газовые установки работают с длинами волны около 10 микрон. Фактический КПД доходит до 15%

Специфики работы с тонкостенным металлом

При сваривании заготовок средней и приличной толщины нужно проплавление материала на всю толщину. Чтобы это сделать применяют излучение высокой интенсивности. Спецификой сварки лазером тонкостенных металлов считается большой риск прожигания листа. Чтобы этого избежать, нужно строго контролировать следующие характеристики:

• мощность излучения;
• скорость движения луча;
• фокусировка рабочего пятна.

Сваривание тонкостенных заготовок проводят на небольшой мощности. При непрерывном режиме увеличивают скорость движения рабочего пятна. В импульсном режиме уменьшают продолжительность импульса и увеличивают их скважность.

Лазерная сварка тонкостенных металлов

Если же на небольшой мощности плотность потока все равно чрезмерно высока — применяют преднамеренную расфокусировку луча. Это уменьшает КПД, но исключает прожигание листа и распыление металла.

Различия в технологии для различных металлов

Есть отличия в технологичном процессе для разных металлов и их сплавов.

При сваривании заготовок из стали необходимо провести механическую зачистку от коррозийного разрушения и прочих загрязнений. Детали обязаны быть тщательно обезжирены и высушены. Присутствие в зоне шва влаги может привести к очень высокой гидратации материала шва и уменьшению его надежности и прочности.

Подобная механическая подготовка и обезжиривание требуется для многих цветных металлов и сплавов.

Нержавеющие сплавы сваривать разрешается только встык. Нахлест может привести к появлению тепловых стрессов в материале.

Благодаря большой скорости ведения луча в рабочей области не успевают появиться окислы. Это дает возможность сваривать нержавеющие и сплавы титана без использования флюсовых порошков и атмосферы защитных газов. Эта оригинальная способность выполняет лазерный метод необходимым при сваривании особо ответственных конструкций атомной, космической и оборонной индустрии.

Ручная сварка

Технический прогресс последнего времени позволил создать небольшой аппарат для ручной сварки при помощи лазера. На рынке можно найти много моделей с самыми разными параметрами и практичностью.

Они дают возможность провести:

• починку маленьких и маленьких конструкций;
• точечную сварку;
• наплавочные операции;
• ремонт маленьких пресс-форм;
• пайку элементов электроники;
• дезинфекцию медицинских изделий.

Цена подобных аппаратов все еще существенная. Оправдается он при условиях хорошего рабочего объема.

Использование сварки лазером

Метод применяется для сцепления особо ответственных конструкций либо на случай, когда иными методами объединить заготовки не получается. Очень популярен метод в подобных областях, как:

• Устройства большой точности.
• Изделия из легких цветных металлов.
• Соединение чугунных заготовок.
• Сваривание пластика.

Довольно важная область использования сварки при помощи лазера — оборонная промышленность

Минусы и плюсы сварки при помощи лазера

Главные положительные качества метода такие:

• ограниченная территория нагрева уменьшает риск коробления материала;
• во время использования эластичных световодов возможна работа в узкостях и сложнодоступных местах;
• электросварочный аппарат без дополнительных модификаций используем для нарезания конструкций и разрезания листового металла;
• необыкновенное долговечность и качество швов;
• большая продуктивность;
• отсутствие используемых материалов.

Минусы, как и у любой работающей технологии, также присутствуют:

• высокая цена аппарата;
• небольшой КПД;
• большие требования к появлению и опыту работника.

В конечном итоге, сопоставляя плюсы и минусы сварки лазером, все больше фирм и даже маленьких мастерских принимают решение о переходе на новую технологию.

Применяемое оборудование

Не обращая внимания на самые разные размеры и мощность, оборудование для сварки при помощи лазера относится к одному из главных типов: с твёрдым или с газообразным рабочим телом. Они отличаются лишь методом возбуждения излучения света. С металлом два этих типа станков сварки при помощи лазера работают одинаково.

Твердотельные установки

Эти приборы чаще применяются в режиме непрерывного излучения. Они отличаются намного большими рабочими частотами и ограниченным КПД и мощностью. Твердотельные агрегаты очень часто применяют для сваривания маленьких и тонкостенных изделий.

Импульсный твердотельный лазер

Газовые аппараты

Если требуется объединять заготовки приличной толщины, используют устройства с газообразным рабочим телом. Излучение возбуждается в газовой обстановке электрическим током в газах. Эти аппараты сваривают детали до 20 миллиметров. Этот способ дает возможность добиться больших мощностей в луче и более высоких значений КПД. Впрочем устройство прибора непростое, в нем применяется непрочная колба из стекла.

Смешанные установки

Для трудных комбинаций свариваемых деталей и листов приличной толщины были разработаны смешанные сварочные установки. Рядом с лазерной головкой в них размещается горелка электродугового полуавтомата.

Гибридный лазерно-дуговой сварочный процесс в обстановке защитного газа

Проволока применяется в качестве присадочного материала и заполняет сварочный просвет, участвуя в формировании шовного материала.

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