Плюсы и минусы сварки лазером

Лазерная сварка — один из способов соединения металлических заготовок, подразумевающий расплавление рабочей зоны путем нагрева энергией излучения. Такие работы относятся к термическому классу технологий совместно с электродуговой, плазменной и электронно-лучевой разновидностями.

Сварка лазером

Физические свойства процесса

От остальных способов лазерный метод отличается повышенной плотностью энергии в месте нагрева — 1 МВт на см². Это помогает ускорить процесс образования сварного соединения, уменьшить длительность теплового воздействия на прилегающие к шву участки. При лазерной сварке металла редко возникают деформации, посторонние включения или трещины.

Размер области воздействия сварочной установки лежит в диапазоне 0,2-13 мм. Глубина проплавления зависит от мощности лазерного излучения и расположения фокальной плоскости потока. Расплавленный металл движется вместе с лучом, формируя сварное соединение.

Оно получается глубоким и узким, поэтому сильно отличается от швов, образующихся при использовании других технологий.

Как работает сварка лазером

В лазерном аппарате для генерации излучения применяют 2 вида компонентов: газовые и твердотельные. Мощность первых достигает 25 кВт. Их конструкция включает полую трубку, содержащую газовую смесь. Мощность твердотельных генераторов не превышает 6 кВт. Они представляют собой рубиновый или гранатовый стержень, усиленный неодимом.

Работа сварки лазером

Принцип работы заключается в генерации светового потока, который через оптический резонатор попадает в систему зеркал. Требуемая для расплавления металла энергия образуется при прохождении луча через фокусирующую линзу. Рабочие параметры сварочной установки задают вручную или автоматически.

При использовании аппарата с ЧПУ (числовым программным управлением) непосредственное участие мастера в процессе не требуется. При ручной лазерной сварке оператор перемещает головку агрегата с помощью пульта.

Классификация режимов сварки и область применения

Используют 2 режима формирования соединений лазером:

  1. Точечный метод. В этом случае агрегат вырабатывает импульсное излучение. Такой способ сварки применяют для соединения тонких металлических заготовок.
  2. Шовная технология. Используется как импульсное, так и сплошное излучение. Сварной шов формируется благодаря перекрытию областей точечного нагрева. Скорость работы определяется частотой импульсов. Метод применяют для получения глубоких соединений на толстых деталях.
  3. Гибридный способ. В таком случае используют присадочную проволоку. Аппарат снабжают подающими механизмами. Расходный материал выводится в сварочную ванну одновременно с движением головки агрегата. Метод применяют для формирования сложных металлоконструкций. Толщину проволоки выбирают в соответствии с шириной соединения.

Классификация режимов

Основными сферами применения лазерной технологии являются:

  1. Электроника и приборостроение. Лазером соединяют детали разного состава и толщины. Способ помогает варить компоненты, расположенные вблизи кристаллов микросхем или других чувствительных к высоким температурам элементов.
  2. Автомобилестроение. Лазерная сварка применяется для ремонта кузова, алюминиевых деталей.
  3. Военная промышленность, судостроение, атомная энергетика. С помощью рассматриваемой технологии соединяют детали из титана — сложного в сварке металла.

Постепенное снижение стоимости лазерных установок позволяет применять их на строительных площадках и даже в бытовых условиях.

Конструкция и виды применяемого оборудования

Строение агрегата зависит от типа излучателя, входящего в его состав.

Твердотельные аппараты

Конструкция включает элементы из рубина, легированного неодимом стекла. Они активируются световым потоком, испускаемым мощными дуговыми светильниками. Агрегаты функционируют в режиме постоянного излучения. Они отличаются высокой частотой, низкими мощностью и КПД. Твердотельные аппараты применяют для сварки деталей малых размеров.

Газовые сварочные устройства

Такие агрегаты подходят для сварки толстых заготовок из стали и других металлов. Излучение, генерируемое в среде газов, характеризуется высокой мощностью. Установка способна соединять детали толщиной до 2 см. Она имеет достаточно высокий коэффициент полезного действия. Эксплуатация устройства усложняется из-за введения в конструкцию хрупкой стеклянной трубки.

Газовые сварочные устройства

Гибридные установки

Такие аппараты были созданы для соединения металлических заготовок большой толщины. Вместе с лазерной головкой схема прибора включает электродуговую горелку. Дополнительно установлен подающий механизм, выводящий расходный материал в сварочную ванну.

Ручные модели

Небольшие устройства работают по принципу стандартных агрегатов. Необходимость применения при сборке компактных деталей делает аппараты дорогими. Они используются для создания миниатюрных металлоконструкций, пайки микросхем.

Ручные модели

Условия для работы лазером и техника безопасности

Для получения мощного луча требуется фокусировка. Она достигается благодаря нескольким последовательным отражениям. При превышении порогового значения интенсивности поток попадает в центр переднего зеркала, откуда подается в направляющие призмы и выходит в рабочую зону. Лазерная сварка проводится в любых условиях: при разных вариантах расположения деталей и глубины проплавления. Соединение формируют точечно или непрерывно.

Сварочный процесс имеет некоторые особенности, которые могут привести к травмированию мастера при несоблюдении техники безопасности:

  1. На пути луча не должно быть посторонних предметов. Если в рабочую область попадает рука сварщика, человек получает глубокий ожог.
  2. Перед началом сварки нужно проверять целостность и исправность основных элементов установки. В противном случае качество шва снижается, мастер рискует получить травму.
  3. На рабочем месте не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы.

Техника безопасности

Общая технология

Процесс сварки мало чем отличается от такового при использовании электродугового метода. Общий алгоритм действий включает следующие этапы:

  1. Предварительная зачистка и обработка поверхностей обезжиривающим составом.
  2. Сопоставление краев соединяемых деталей.
  3. Нагрев металла путем направления лазерного луча в начальную точку шва.
  4. Формирование сварочной ванны.
  5. Перемещение головки аппарата вдоль линии соединения.
  6. Охлаждение и заключительная обработка шва (рабочую область очищают от шлака и наплавов).

Технология сварки

Нюансы для разных материалов

Технологии сварки некоторых металлов имеют особенности.

Стальные листы

Перед соединением заготовок из этого материала поверхности очищают от коррозии и окалины. После этого детали тщательно просушивают. Расстояние между краями листов должно быть минимальным — не более 7% ширины сварочной ванны. Лучший вариант — использование стыкового способа сварки. При применении замковых и нахлесточных методов повышается вероятность деформации шва. Сварка ведется в среде аргона, смешанного с углекислым газом в соотношении 3:1.

Алюминий и магний

Формирование сварного соединения осложняется высокой активностью металлов. Края деталей быстро покрываются оксидным налетом, имеющим высокую температуру плавления. Использование концентрированного лазерного луча устраняет эту проблему. Подготовку выполняют, как при электродуговой сварке.

Алюминий

Поверхности очищают от налета, протравливают, промывают водой. Сварка ведется в среде инертного газа.

Сплавы из титана

Металл и содержащие его материалы при нагреве становятся чрезмерно активными. Сварочный шов нередко покрывается холодными трещинами. Перед началом сварки кромки обрабатывают механическим способом, протравливают химическими реагентами, повторно очищают. В качестве защитной среды используют чистый гелий. Процесс кристаллизации шва протекает в аргоне.

Стекло

Технология подразумевает применение стандартных газовых смесей. Дополнительно в рабочую зону подают гелий, обладающий плазмоподавляющими свойствами. Газ характеризуется меньшей, чем у аргона, плотностью. Поэтому он не изменяет параметры лазерного луча. Некоторые сварщики используют комбинированные газовые смеси, обладающие защитными и плазмоподавляющими свойствами.

Сварка стекла

Пластиковые элементы

Температура плавления полимеров низкая, поэтому при работе с такими материалами важна регулировка мощности излучения. В остальном процесс не отличается от сварки стеклянных элементов.

Если материал очень тонкий

Особенностью работы с такими листами является высокая вероятность прожога. Снизить риск появления дефекта помогает контроль следующих параметров сварочной установки:

  • мощности генерируемого луча;
  • скорости перемещения головки;
  • фокусировки рабочей точки.

Сварка

Соединяя тонкие детали, устанавливают минимальную мощность. При использовании непрерывной технологии сварочную головку перемещают с большей скоростью. В точечном режиме уменьшают длительность импульсов. Если плотность потока не меняется при снижении мощности, применяют принудительную расфокусировку луча. КПД падает, однако риск образования прожога сокращается.

Достоинства и недостатки метода

К положительным качествам рассматриваемой технологии относятся:

  • возможность соединения разных материалов: от нержавейки до стекла и термопластов;
  • повышенная точность воздействия луча, стабильность траектории сварочной ванны;
  • отсутствие нагрева прилегающих к шву участков (это снижает риск деформации соединяемых деталей);
  • минимальная ширина сварного соединения;
  • химическая чистота рабочего процесса (объясняется отказом от использования электродов и флюсов);
  • отсутствие токсичных продуктов горения и опасного излучения;
  • возможность создания сложных конструкций, работы в труднодоступных местах;
  • быстрая перенастройка установки при переходе к сварке другого материала;
  • высокая прочность соединения;
  • возможность сварки элементов, расположенных за прозрачными материалами.

К отрицательным сторонам лазерной сварки относят:

  • высокую стоимость аппарата, запасных частей, расходных материалов;
  • низкий коэффициент полезного действия (у твердотельных агрегатов он составляет 1%, у газовых — до 10%);
  • зависимость качества сварного шва от отражающих свойств соединяемых металлов;
  • особые требования к организации рабочих мест (отсутствие пыли, низкая влажность).

Какие дефекты могут оставаться

На производственных площадках ведется контроль лазерной сварки, предотвращающий образование недостатков швов. Однако даже при соблюдении технологии и правильной подготовке деталей могут появляются такие дефекты:

  • непровары;
  • пустоты и трещины;
  • наплавления, кратеры, раковины;
  • шлаковые включения;
  • сквозные отверстия.

Вероятность образования недостатков снижается при правильной настройке установки, постоянном контроле процесса.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector