Лазерная сварка листового металла

Обновлено: 28.06.2024

Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора — лазера.

Что такое лазер

Термин «лазер» происходит от первых букв английской фразы: «Light amplification by the stimulated emission of radiation». Перевод: «Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения». За теоретическим обоснование и разработкой лазеров стоят трое ученых: академик Н. Г. Басов, академик А. М. Прохоров и американский физик Ч.Таунс. В 1964 году это открытие принесло им Нобелевскую премию.

Академик Басов охарактеризовал лазер так: «Это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля — лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется её высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние».

Виды и принцип работы лазера

Основные элементы лазера — это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.

Твердотельные лазеры

В твердотельных лазерах (рис. 1) в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина — окиси алюминия А12О3 с примесью ионов хрома Сг3+ (до 0,05%). При облучении ионы хрома переходят в другое энергетическое состояние — возбуждаются — и затем отдают запасенную энергию в виде света. На торцах рубинового стержня нанесен слой отражающего вещества (например, серебра) так, что с одного конца образовано непрозрачное, а с другого — полупрозрачное зеркало. Излучение ионов хрома, отражаясь от этих зеркал, циркулирует параллельно оптической оси стержня, возбуждая новые ионы, — идет лавинообразный процесс.

Происходит бурное выделение лучистой энергии, которая излучается параллельным пучком через полупрозрачное зеркало и фокусируется линзой в месте сварки. Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 107 Вт при сечении луча менее 1 см2. В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.

Рис. 1. Схема твердотельного лазера:
1 — рубиновый стержень; 2 — генератор накачки; 3 — отражатель; 4 — непрозрачное зеркало; 5 — охлаждающая среда; 6 — источник питания; 7 — полупрозрачное зеркало; 8 — световой луч; 9 — фокусирующая линза; 10 — обрабатываемые детали

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера — низкий КПД (0,01…2,0%). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме. Например, твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате, активированном атомами неодима (приблизительно 1%).

Газовые лазеры

Ещё более высокий КПД и мощность у газовых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего СО2 или смесь газов. Генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч.

Типичная конструкция газового лазера — это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным (рис. 2). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые возбуждают газовые молекулы. Возвращаясь в стабильное состояние, эти молекулы образуют кванты света так же, как и в твердотельном лазере. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия.

Рис. 2. Схема газового лазера:
1 — разрядная трубка; 2 — непрозрачное зеркало; 3 — источник питания; 4 — вакуумный насос; 5 — полупрозрачное зеркало

Как проходит процесс лазерной сварки

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции.

Лазерный луч легко управляется и регулируется с помощью зеркальных оптических систем, легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва.

Лазерная сварка отличается высокой концентрацией энергии в пятне диаметром 0,1 мм и менее. Для нее характерны небольшой объем сварочной ванны, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. На практике это означает, что лазерная сварка обеспечивает технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Например, лазерная сварка вилки с карданным валом автомобиля увеличивает срок службы карданной передачи в три раза по сравнению с дуговой сваркой. Главные факторы: площадь сечения сварного шва уменьшается более чем вдвое, а время сварки — в несколько раз. Деформации вилки, вызывающие преждевременный износ, практически отсутствуют.

Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки — это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном — длительностью импульса. Превышение верхнего предела Е вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла. Это приводит к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е=106…107 Вт/см2. При Е < 105 Вт/см2 лазерное излучение теряет свое основное достоинство — высокую концентрацию энергии. Изменение Е и t позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5…8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход при ширине шва в 5 мм. Однако лазерная сварка импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки.

Технологические особенности процесса лазерной сварки

Лазерную сварку можно производить со сквозным и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются в любом пространственном положении. При толщине свариваемых кромок менее 0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением формирование шва происходит по-разному.

Подходы к выбору параметров режима сварки тоже различаются. При сварке малых толщин непрерывным или импульсным излучением используют более мягкие режимы, которые обеспечивают расплавление металла только в стыке деталей — без перегрева до температуры интенсивного испарения. Сварку сталей и других относительно малоактивных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно упрощает технологию. При этом сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала.

Сварка импульсным излучением

Основные параметры режима импульсной лазерной сварки — это энергия и длительность импульсов, диаметр сфокусированного излучения, частота следования импульсов, положение фокального пятна относительно поверхности свариваемых деталей.

Правильная длительность лазерного импульса

Длительность лазерного импульса должна соответствовать тепловой постоянной времени для данного материала. Ее можно приближенно определить по формуле:

где δ и α — соответственно толщина и коэффициент температуропроводности свариваемого материала.

Значения τ для тонких деталей (δ = 0,1…0,2 мм) составляют несколько миллисекунд. Поэтому для меди длительность импульса будет в районе 0,0001…0,0005 с, для алюминия — 0,0005…0,002 с, для сталей — 0,005…0,008 с. При увеличении δ более 1,0 мм τ возрастает и может значительно превосходить достижимую длительность лазерных импульсов. Поэтому лазерная сварка металлов толщиной более 1,0 мм импульсным излучением затруднена.

Правильный диаметр сфокусированного излучения

Диаметр сфокусированного излучения d определяет площадь нагрева и плотность мощности Е. При сварке d изменяют от 0,05 до 1,0 мм путем расфокусировки луча. При этом фокальную плоскость, на которой сфокусированный световой пучок имеет наименьший диаметр, располагают выше или ниже поверхности свариваемых деталей.

Сварной шов при импульсном излучении

Сварной шов при импульсном излучении образуется наложением сварных точек с их взаимным перекрытием на 30…90% в зависимости от типа сварного соединения и требований к нему.

Промышленные сварочные установки с твердотельными лазерами позволяют вести шовную сварку со скоростью до 5 мм/с при частоте импульсов до 20 Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка.

Присадка позволяет увеличить сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов — ослабление шва, а также легировать металл шва. Легирующие элементы при лазерной сварке можно также наносить предварительно на поверхности свариваемых кромок напылением, обмазкой, электроискровым способом и т.п.

Лазерная сварка деталей разной толщины

Наиболее распространена лазерная сварка импульсным излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей. Хорошее качество соединений обеспечивается сваркой лазерным лучом тонких деталей (0,05…0,5 мм) с массивными. Когда свариваемые детали значительно отличаются по толщине, луч смещают на массивную деталь, чем выравнивают температурное поле и достигают равномерного проплавления обеих деталей. Чтобы снизить разницу в условиях нагрева и плавления таких деталей, толщину массивной детали в месте стыка уменьшают, делая на ней бурт, технологическую отбортовку или выточку (рис. 3).

При лазерной сварке нагрев и плавление металла происходят так быстро, что деформация тонкой кромки может не успеть произойти до того, как металл затвердеет. Это позволяет сваривать тонкую деталь с массивной внахлестку. Для этого надо, чтобы при плавлении тонкой кромки и участка массивной детали под ней образовалась общая сварочная ванна. Это можно сделать, производя сварку по кромке отверстия в тонкой детали или по её периметру.

Рис. 3. Сварные соединения деталей разной толщины:
а — по бурту на массивной и отбортовке на тонкой детали; б — тавровое соединение; в — по кромке выточки в массивной детали; г — по отверстию в тонкой детали. Стрелками показано направление лазерного луча

Детали малой толщины можно сваривать также газовыми и твердотельными лазерами непрерывного действия мощностью до 1 кВ-А. Лучше всего формируется шов при стыковом соединении тонких деталей. Однако при сборке таких соединений под лазерную сварку предъявляются более жесткие требования: должен быть обеспечен минимальный и равномерный зазор в стыке и практически полное отсутствие смещения кромок.

Сложнее формируется шов при сварке деталей толщиной более 1,0 мм с глубоким проплавлением. Как только плотность мощности лазерного излучения станет больше критической, скорость нагрева металла значительно превысит скорость отвода теплоты в основной металл за счет теплопроводности. На поверхности жидкого металла под действием реакции образуется углубление. Увеличиваясь, оно образует канал, заполненный паром и окруженный жидким металлом. Давления пара оказывается достаточно для противодействия силам гидростатического давления и поверхностного натяжения, и полость канала не заполняется жидким металлом.

При некоторой скорости сварки форма канала приобретает динамическую устойчивость. На передней его стенке происходит плавление металла, на задней — затвердевание. Наличие канала способствует поглощению лазерного излучения в глубине свариваемого материала, а не только на его поверхности. Формируется так называемое «кинжальное проплавление». При этом образуется узкий шов с большим соотношением глубины проплавления к ширине шва.

Сварочная ванна при лазерной сварке

Сварочная ванна (рис. 4) имеет характерную форму, вытянутую в направлении сварки. В головной части ванны расположен канал (кратер) 3. Это область наиболее яркого свечения. На передней стенке канала существует слой расплавленного металла, испытывающий постоянные возмущения. Здесь наблюдается характерное искривление передней стенки в виде ступеньки, которая периодически перемещается по высоте канала.

Удаление расплавленного металла с передней стенки осуществляется при перемещении ступеньки сверху вниз. Перенос расплавленного металла из головной части ванны в хвостовую происходит по боковым стенкам в горизонтальном направлении. В хвостовой части ванны 4 расплавленный металл завихряющимися потоками поднимается вверх и частично выносится на поверхность сварочной ванны. При образовании канала 3 над поверхностью металла появляется светящийся факел 2 из продуктов испарения, частиц конденсированного пара и мелких, выбрасываемых из ванны капель металла.

Рис. 4. Схема сварочной ванны при лазерной сварке:
1 — лазерный луч; 2 — плазменный факел; 3 — парогазовый канал; 4 — хвостовая часть ванны; 5 — металл шва; 6 — свариваемый металл; V_св — направление сварки

Скорость сварки и проплавляющая способность

При значительной скорости сварки факел отклоняется на 20…600 в сторону, противоположную направлению сварки. Этот факел поглощает часть энергии луча и снижает его проплавляющую способность.

При сварке деталей толщиной более 1,0 мм на проплавляющую способность луча в первую очередь влияет мощность излучения. Поскольку сварка таких деталей ведется при непрерывном излучении, то к основным параметрам режима здесь относится и скорость сварки. При выбранном значении мощности излучения скорость сварки определяют исходя из особенностей формирования шва: минимальное значение скорости ограничено отсутствием кинжального проплавления, а максимальное — ухудшением формирования шва, появлением пор, непроваров. Скорость сварки может достигать 90…110 м/ч.

Фокусировка луча и качество сварных швов

На качество сварных швов влияет фокусировка луча. Для сварки луч фокусируют в пятно диаметром 0,5…1,0 мм. При меньшем диаметре повышенная плотность мощности приводит к перегреву расплавленного металла, усиливает его испарение — появляются дефекты шва. При диаметре более 1,0 мм снижается эффективность процесса сварки. Формирование шва зависит также от положения фокальной плоскости относительно поверхности свариваемых деталей. Максимальная глубина проплавления достигается, если фокус луча будет находиться над поверхностью детали.

Два процесса проплавления металла

Форма сварочной ванны в продольном сечении также отличается от её формы при дуговой сварке (рис. 5). На поверхности фронта кристаллизации имеется выступ, который делит ванну на две характерные части. Нижняя часть значительно заглублена и имеет малую протяженность в поперечном сечении, тогда как верхняя часть более широкая и вытянута вдоль шва.

Отсюда очевидно, что при лазерной сварке имеют место два процесса проплавления металла. Первый процесс связан с образованием канала, как это было показано выше. Именно он обеспечивает эффект глубокого проплавления. Второй процесс — поверхностное плавление за счет теплопроводности свариваемого материала. Преимущественное развитие того или иного процесса зависит от режима сварки и определяет очертания сварочной ванны.

Рис. 5. Продольное сечение сварочной ванны

Качество, защита шва и дефекты при лазерной сварке

Для лазерной сварки характерны высокая концентрация энергии, большая скорость по сравнению с дуговыми способами, незначительное тепловое воздействие на околошовную зону из-за высоких скоростей нагрева и охлаждения металла. Эти факторы существенно повышают сопротивляемость большинства конструкционных материалов образованию горячих и холодных трещин. Поэтому можно достичь высокого качества сварных соединений из материалов, плохо свариваемых другими способами сварки. Деформации сваренных деталей существенно (до десяти раз) снижаются, что уменьшает затраты на правку.

При лазерной сварке с глубоким проплавлением металл шва защищают от окисления, подавая через сопло в зону сварки защитный газ. Для этого применяют специальные сопла (рис. 6). При сварке алюминия, титана и других высокоактивных металлов требуется дополнительная защита корня шва. Для защиты используют те же газы, что и при дуговой сварке — чаще это аргон, гелий или их смеси. Защитные газы влияют на эффективность проплавления: чем выше потенциал ионизации и теплопроводность газа, тем она больше. Качественную защиту можно обеспечить при расходе гелия 0,0005…0,0006 м3/с, аргона 0,00015…0,0002 м3/с, смеси, состоящей из 50% аргона и 50% гелия, — 0,00045…0,0005 м3/с. Для защиты зоны лазерной сварки можно использовать флюсы такого же состава, что и при дуговой сварке. Применяют их в виде обмазок, наносимых на свариваемые кромки.

Рис. 6. Схемы защитных сопел:
а — при сварке деталей малой толщины; б — при сварке с глубоким проплавлением; 1 — лазерный луч; 2 — свариваемые детали

Наиболее часто встречающиеся дефекты при лазерной сварке больших толщин — это неравномерность проплавления корня шва и наличие полостей в шве. Для снижения вероятности образования пиков проплавления при сварке с несквозным проплавлением рекомендуют повышать скорость сварки и отклонять лазерный луч от вертикали на 15… 17° по направлению движения. Тогда дефектов можно избежать, и лазерная сварка показывает себя еще более надежным решением на производстве.

Для плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000 °С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.

Газопламенная обработка металлов — это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем.

Электронно-лучевая сварка использует кинетическую энергию потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.

Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) изделие перед сварочным узлом формируется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками.

Холодная сварка — способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре, без нагрева внешними источниками.

Лазерная сварка металлов и сплавов

Мы выполняем сварочные работы с использованием аргонодуговой, полуавтоматической, конденсаторной и лазерной сварки.

Аргонодуговая сварка и сварка с использованием полуавтомата обеспечивает возможность изготавливать сложные силовые и каркасные конструкции, изделия из листовых материалов, сварку силовых элементов с высокой точностью и качеством сварных швов.

Конденсаторная сварка позволяет устанавливать приварные крепёжные элементы (втулки резьбовые, шпильки резьбовые) без повреждений лицевых поверхностей.

Лазерная сварка позволяет осуществлять ручную и автоматизированную точечную и шовную сварку линейных, круговых и 3D сварных соединений при изготовлении деталей точной механики, узлов приборостроения, при производстве изделий с повышенными требованиями к точности, качеству и надежности.

Требования к чертежам

Заказы на обработку принимаются в виде чертежей в любом векторном формате.

Мы так же готовы подготовить для вас чертежи по вашим эскизам, ТЗ или описанию.

Написать нам

Цены на услуги

Стоимость услуг зависит от сложности и срочности работы рассчитывается индивидуально для каждого заказа

В штате нашего предприятия работают высококвалифицированные специалисты, опытные конструктора и технологи , которые окажут БЕСПЛАТНЫЕ консультация по услугам, ответят на все Ваши вопросы, при необходимости изготовят пробы.

Примеры выполненных работ

Сварка нержавеющей стали

Лазерная сварка датчиков

Сварка меди и латуни

Каждый из видов сварки имеет свои преимущества и области применения.

Аргоновая сварка проводится в среде инертного газа - аргона. Это максимально надежный метод электрической дуговой сварки, в процессе которого в среде аргона образуется сварочная дуга между кромкой детали и электродом. При этом используются, как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды. Аргон поступает через горелку в сварочную ванну автоматически и непрерывно в течение всего процесса. Он обеспечивает защиту от атмосферного воздействия и тем самым надежно защищает от возникновения дефектов в образующихся сварочных швов. Аргоновая дуговая сварка дает лучшее качество и прочность из всех прочих методов дуговой сварки.

Преимущества данного вида сварки

Аргон для сварки тяжелее воздуха, поэтому при соблюдении технологии кислород не проникнет в сварочную зону и не вызовет окисления шва.
Дуга обеспечивает высокую тепловую мощность, поэтому работа проводится быстро и качественно.
Можно сварить металлы, которые при других типах сварки не соединяются.

При сварке полуавтоматом в качестве плавящегося электрода выступает сварочная проволока, подающаяся в зону сварки. В процессе сварки происходит нагрев обрабатываемых поверхностей, так как между находящимся под напряжением электродом и металлом, в смеси газов и паров образуется электрический разряд. Качество шва улучшается за счет инертного газа, предотвращающего образование окислов. Полуавтоматическим этот метод сварки называется потому, что проволока подается автоматически, а контроль подачи и, собственно, процесс сваривания осуществляется сварщиком вручную.

Преимуществами полуавтоматической сварки по сравнению с ручной дуговой сваркой являются:

Повышенная производительность и экономичность
Возможность автоматизации
В некоторых случаях лучшее качество шва

В конденсаторной сварке генерируется короткий импульс тока, который плавит металл и соединяет детали. Импульс тока формируется путем разряда конденсаторов за время 1-3 мс. Короткое время разряда минимизирует зону термического влияния в сварном соединении. Кроме того, простота дозирования энергии и усилия осадки приводит к стабильно высокому качеству соединений. Этот метод эффективно используется для приварки крепежа.

Лазерная сварка имеет ряд неоспоримых преимуществ, которые выделяют ее на фоне других способов соединения деталей путем плавления. Особенностью лазерной сварки является то , что образование сварной ванны осуществляется путем нагрева материала лазерным пятном малых размеров. Формирование лазерного пятна осуществляется с помощью оптической системы. Таким образов лазерная сварка является бесконтактным методом сварки.

Лазерная сварка позволяет:

Осуществлять локальное воздействие на материал без перегрева всей поверхности изделия, что сохраняет целостность его форм и ровность линий.
Сформировать глубокий провар, без образования наплывов с обратной стороны.
Реализовать возможность соединения тонких элементов, которая невозможна в аргоновой сварке;
Производить сварочные работы на деталях малых размеров за счет точной концентрации энергию в определенном месте детали.
Проплавлять металл на большую глубину при этом добиваться небольшой ширины шва,
Реализовать повышенную скорость производственного процесса;
Выполнять сварку в труднодоступных местах

Важным преимуществом лазерной сварки является то, что этот метод легко поддается автоматизации.

Всё о лазерной сварке: преимущества и недостатки, характеристика, виды, дефекты

Лазерная сварка - это способ соединения деталей за счет локального плавления. Встречается при обработке изделий из металла, пластика, стекла и других твердых материалов, когда нужно точное соединение деталей при сложной конфигурации.

Эта технология дает гладкий шов без следов деформации в виде неровностей, искривлений, шероховатости.

Общая характеристика

Лазерная сварка активно используется в промышленных масштабах для формирования высокоточного и неразъемного соединения.

Во время лазерной сварки металлических изделий прибегают к специальному оборудованию, которое при нужных навыках и правильно подобранных настройках обеспечивает высокое качество фиксации и аккуратный шов.

Рис.1. Сварка металлических изделий лазером

Процесс этой технологии обеспечивает преобразование металлического элемента на стыке. Луч лазера способствует процессу нагревания и дальнейшего плавления на обрабатываемом участке. Лазер создает световой поток с характерной монохромность.

Длина волн идентична. Это упрощает контроль потоков при фокусировке линз или отклонения рабочих призм. Мощность пуска повышается за счет появления волнового резонанса.

При лазерной сварке используются следующие сварочные аппараты:

роботизированные (работа без человеческого присутствия и контроля);
автоматические;
полуавтоматические.

Всем трем видам характерно формирование лазерного луча, который воздействует на определенный участок - способен нагревать и расплавлять на ней металл.

Технология лазерной сварки

Рис.2. Технология лазерной сварки металлов

Лазерной сварке свойственны показатели:

когерентности. Сочетание фаз теплового поля луча лазера в разных областях;
монохроматичности. Малая ширина линий спектра-источника;
направленности. Отсутствие рассеивания лазерного луча при его перемещении от источника к области для сварки во время сварочного процесса.

Из-за этих свойств мощность луча значительно увеличивается. Он отвечает за равномерное плавление, а также за испарение металлов в свариваемой зоне.

Особенностью сварочного процесса является факт того, что источник может находиться на удалении от области сварки, в то время как в промежутке лазерной ванны не обязательно наличие вакуума.

Как работает лазерная сварка

Лазерный луч производит фиксацию изделий следующим образом:

Соединяемые элементы плотно фиксируется у соединительной линии;
Лазерный луч направляется на стык;
Происходит активизация генератора. Устройство равномерно разогревается и затем плавит металлические частицы на кромках. Лишние элементы при данной технологии испаряются.

У луча лазера сечение с небольшими размерами, поэтому полученный сплав исправляет неровности, заполняет трещинки и другие недочеты, попавшие на территорию обработки лазерным лучом.

Во время сварки лазером формируется сварное соединение изделий с большей плотностью. Для него не характерна пористость, которая встречается при других типах сварки. Также при лазерном типе отсутствует окисление металла из-за высокой скорости лазерного луча, который перемещается по поверхности изделия.

В этой технологии применяются два вида шва:

Сплошной. Необходим при сваривании труб из нержавеющей стали. Нужны в операциях, где нужен высокий уровень герметичности
Прерывистый. Подходит для сварки малых конструкций с поверхностными повреждениями.

Преимущества и недостатки

В лазерной сварке можно найти много преимуществ, из-за чего она и стала более востребованной. Рассмотрим их поближе:

Сварка лазером подходит для обработки многих материалов: различные магнитные сплавы и сплавы металла, стекло, термопласты, керамика.
Обладает высокой точностью. Траектория пятна нагревания отличается стабильностью.
Сварное соединение небольшого размера, из-за чего оно становится незаметным.
Область около шва не нагревается, поэтому деформация свариваемых элементов минимальна.
Во время нагревания не выражается рентгеновское излучение и не создаются продукты сгорания.
У сварочного процесса высокая химическая чистота, так как в процессе сварки не прибегают к дополнительным электродам, флюсам и присадкам.
Отличный вариант для сварки в труднодоступных местах. Может использоваться на большом расстоянии от области расположения лазера.
С помощью данной техники можно обработать материалы, которые находятся за прозрачными элементами.
Может применяться для сварки элементов, которые находятся за прозрачными материалами.
Созданным во время сварки сварным швам свойственны высокие показатели качества и прочности.
При переходе на создание нового изделия можно происходит быстрая перенастройка системы.

Рис.3. Преимущества и недостатки сварки при помощи лазера

Перед подготовкой к лазерной сварке стоит учитывать и минусы данного вида сварки. В первую очередь, это следующие:

Высокая стоимость. Инструменты и комплектующие для лазерной сварки относительно дорогие. Это причина, по которой данный тип преимущественно встречается в промышленности и на производстве. Можно попробовать создать оборудование для лазерной сварки самостоятельно, но для этого нужно обладать особыми навыками и знаниями, иметь специальные инструкции и схемы с чертежами.
Обслуживающий персонал для устройств по лазерной сварке должен обладать высокой квалификацией.
Также особые требования выдвигаются и к помещениям, где будет размещено оборудование для лазерной сварки. Рассматриваются все показатели - от запыленности до показателей вибрации и влажности.
Низкий КПД у лазерно-дуговой сварки. В целом, для газовых сплавов он составляет 10%, а для твердотельных - лишь 1.
Кроме этого, существует высокая зависимость от отражающей способности у самой заготовки. Если она низкая, то такой будет и эффективность.

Условия и способы лазерной сварки

Лазерная сварка металлов имеет разные требования и условия для проведения операций.

Для сварки изделий из нержавеющей стали, металлов и деталей из схожих сплавов необходим луч с повышенной мощностью. Во время операции нужно добиваться его точной фокусировки. Луч перемещается на рабочую поверхность через направляющие линзы и центр переднего зеркала, как только интенсивность пучка достигает самых высоких показателей.

Рис.4. Лазерная сварка металла

Также в зависимости от твердости материала, сварка нержавеющей стали и других металлов может проводиться по разному с точки зрения глубины проплава. Он может быть как поверхностный - эти показатели регулируются во время проплавления металлических частей.

Сварка проводится двумя способами:

непрерывным лучом;
прерывистыми импульсами.

Лазерная сварка импульсом лучше всего подходит для сварки изделий из тонколистового проката, толстостенных деталей и сложных профилей.

Методы лазерной сварки могут отличаться за счет специфики материала. Для обработки нержавеющей стали, алюминия и меди подойдут следующие:

Стыковой метод. Для него не нужны дополнительные присадки или флюс. Размер стыка между металлическими деталями - не более 0,2 мм. Этого достаточно, чтобы создать корректную фокусировку луча лазера на стыке. “Кинжальное” проплавление металла происходит по всей толщине. В случае стыкового способа лазерной сварки на изделии проводится дополнительная защита шва азотом или газом от окисления металла. Интенсивность лазерного излучения до 1 мВт/см2.
Нахлёсточный метод. В процессе операции происходит наложение металлических листов внахлест. Мощное излучение создает отличное соединение с дополнительным прижимом элементов. Зазор между ними составляет до 0,2 мм.

Виды лазеров

Лазерная сварка проводится при помощи разных лазеров в зависимости от обрабатываемого материала. Для нержавейки, алюминиевых сплавов или меди применяется другой тип, нежели тот, к которому прибегают для обработки стекла и керамики.

Оборудование бывает следующих типов:

Каждому из них соответствуют определенные характеристики.

Твердотельные лазеры

Твердотельные лазеры используются для сварки лазером серебра, пластмасс, нержавейки, меди, стекла и других твердых элементов. В составе таких лазеров имеется особый рубиновый стержень, который также производится из неодимового стекла. Располагается внутри специальной осветительной камеры.

Процесс использования данного вида лазеров выглядит следующим образом:

В осветительную камеру с выбранной частотой направляется луч света с высокими показателями мощности. При этом возникает возбуждение атомных частиц.
Появляется световое излучение. Его волны обладают одинаковой длиной.
Так как части стержневой детали на торцах состоят из отражающих зеркал, а одно из них является частично прозрачным, именно через него проходит энергия в качестве лазерного излучения.

Газовые лазеры для сварки

Газовые сварочные лазеры отличаются большими мощностными показателями и производительностью. Это их отличает от твердотельных лазеров.

Активный компонент в случае таких устройств - газовая смесь.

Рис.5. Сварка металла газовым лазером

Они проводят сварку таких материалов, как алюминий, титан, нержавейка и других похожих по параметрам металлов с использованием вспомогательных средств:

прокачивание газа и передача его из баллонов происходит через насос, поэтому в качестве дополнительного элемента с ним используется газоразрядная трубка;
между электродами проходит электрический разряд (ток). Из-за этого возбуждается газовая смесь;
лазерные лучи проходят через установленные зеркала. Они располагаются в торцевой области газоразрядной трубы;
при лазерной сварке крупных деталей (автомобильный кузов, детали с большой толщиной и др.) источник питания соединяется с электродами;
охлаждается за счет водяной системы.

Газовое оборудование отличается большими габаритами, что не для всех удобно. В то же время существуют лазерные устройства, которым характерна поперечная прокачка газа. Они отличаются небольшими размерами и считаются более компактными. Показатели мощности подобных устройств - от 20 кВТ. Это позволяет проводить сварку толстостенного металла с высокой скоростью - приблизительно до 60 метров в час.

Такой метод лазерной сварки применим не только для прочных металлических сплавов - с его помощью обрабатываются драгоценные металлы (платина, золото, серебро), алюминий, медь, титан. Так как это специфические материалы, для них проведение операций по сварке происходит в атмосферных условиях со специально созданным вакуумом. Дополнительные средства формируют защиту от воздушного воздействия на расплавленный металл. В первую очередь, это газы. В особенности - аргон.

Из-за того, что во время сварки создается высокая тепловая мощность лазерного луча, процесс испарения металлических частиц проходит еще активнее. Параллельно с этим проводится ионизация паров, чтобы луч лазера экранизировался и рассеялся.

Газовые лазеры для сварки используются не только для металла, но также для стекла или пластмассы. В их обработке встречаются два вида газа:

Чаще всего, это гелий - он не рассеивает луч лазера и легче, чем аргон.

Сварщики с большим опытом работы упрощают процесс использованием комбинированных смесей газов, у которых есть защитные и плазмоподавляющие параметры.

Особенности газодинамических лазеров

У газодинамических лазеров самые высокие показатели мощности. Они относятся к устройствам с использованием окиси углерода. Данный состав нагревается до 3000 К. После проходит через сопло Лаваля, после чего происходит снижение давления и последующее охлаждение газового компонента.

Рис.6. Применение лазеров для сварки по металлу

Использование гибридных установок

Лазерная сварка специальных элементов в виде толстостенных деталей, элементов с зазорами или большими металлическими плоскостями проводится при помощи дополнительных материалов для присадки. В первую очередь, это проволока для зажигания электрической дуги. За счет этого заполняется пространство между пластинами и создается соединительный шов с высокой прочностью.

Обдув инертным газом производит защиту толстостенных металлических конструкций и автомобильных деталей. Его подача происходит через сопло, которое крепится рядом с лазерной головкой.

Их сварка проходит на столе и на отдельных подставках от оборудования. Процесс осуществляется поэтапно:

Сначала металл очищается от загрязнений, окалин, масляных остатков, водяных капель и влаги в цело.
Детали плотно подгоняются стык в стык.
Создается химическое травление металлической поверхности.
Аппарат лазерной сварки настраивается с выставлением необходимых параметров. Для этого обращаются к типу свариваемого материала и подбивают параметры под него.
Головка сварочного инструмента размещается у линии начала соединения.
Активируется кнопка запуска сварки.

Во время сварочного процесса нужно следить за тем, как луч попадает на стыковую область.

Особенности сварки тонкостенных изделий

Тонкостенные детали представлены в виде небольших изделий из области микроэлектроники. Это могут быть проволочные выводы, чей диаметр варьируется от 0,01 до 0,1 мм, или же фольгированные элементы с диаметром точки лазера 0,5-0,9 мм. Их обработка производится твердотельными лазерами. Твердотельная лазерная установка способна провести точечную лазерную сварку для катонного соединения с высокой герметичностью. Необходимая деталь в современных кинескопах.

Для работы по мелким деталям с тонкими стенками подходит минимальная мощность проведения.

Операции проводятся импульсным или непрерывным режимом.

При импульсном режиме необходимо повышается скважность импульса и сокращать длительность. При непрерывном режиме - повышать скорость лазера.

Лазерная сварка стекла и пластмассы

Что касается изделий из стекла и пластмассы, лазерная сварка также проводится благодаря твердотельным установкам. Они представляют собой простое устройство, которое состоит из отражательной трубки с двумя электродами, а также смеси из ионизирующих газов в пространстве между ними.

Рис.7. Лазерная сварка по стеклу

Такое устройство встречается во время ремонта очков - как пластиковых, так и стеклянных элементов. Сварка таким образом не требует дополнительного припоя при сваривании оправ.

Лазерная сварка деталей из стекла и пластика происходит с той же последовательностью, что и металлические изделия:

поверхности элементов, которые будут подвержены сварке, очищаются от пятен, пыли и других загрязнений

подготавливаются установка и электроды к дальнейшей работе, настраивается линза для фокусировки. В случае использования расфокусированной линзы есть риск смазанного лазерного луча. В таком в случае не получится сделать четкий локальный расплав металла. Корректно сфокусированный пучок обладает круглой формой

устанавливается нужное значение мощности сварки

можно приступать к работе.

Лазерная сварка в промышленности

В промышленной технологии лазерной сварки используются следующие устройства:

Лазерная сварка и пайка. Волоконные аппараты

Процесс высокотемпературной сварки подразумевает соединение нескольких деталей посредством локального плавления (сваривания) материала по примыкающим поверхностям. Лазерный луч направлен на систему фокусирующих линз и фокусируется в пучок - источник нагрева. Показатель его плотности мощности составляет 105 - 107 Вт/см². Аппарат лазерной сварки нагревает и расплавляет металл, формируя шов за счет кристаллизации веществ. Отсутствие перегрева позволяет материалам не деформироваться и сохранять геометрию. При сварке используется CO2 или волоконные лазеры.

Волоконную сварку производят полным или частичным проплавлением поверхностей с помощью постоянного излучения. При меньшей толщине от 0.5 до 1.0 мм луч расфокусируют для получения герметичного шва.

Для машинной сварки активно используют воблинг шов. Данный тип шва можно получить с применением сварочной головы со сканатором. В качестве присадочного материала используется проволока толщиной 1,5 мм, что позволяет увеличить сечение сварного шва. Подача проволоки осуществляется на автоподатчиках с возможность регулировки скорости подачи.

Виды лазерной сварки:

микросварка (глубина проплавки до 100 мкм);
мини-сварка (от 0,1 до 1 мм);
макросварка (более 1 мм).

Лазерная сварка может сочетаться с дуговой сваркой. Применяя электрическую дугу вместе с лазерной сваркой, улучшается качество заполнения шва металлом, увеличивается глубина и скорость сварки. Подводимое тепло уменьшается. Появляется возможность выполнить провар за один проход. Даже при неточном позиционировании объектов. Данный типа сварки называется гибридной лазерной сваркой.

Преимущества технологии ручной лазерной сварки

Основная задача подобного оборудования - создание прочных и аккуратных сварных соединений за небольшой промежуток времени и с минимальным количеством брака на одну партию изделий. Лазерный аппарат для сварки позволяет добиться указанных результатов и обладает целым комплексом эксплуатационных достоинств:

высокий КПД (высокая производительность и скорость сварки) при умеренной цене;
нет расходных материалов (не считая газа);
безопасность заготовок - аппарат для лазерной сварки металлов⚡ может применяться вблизи термочувствительных деталей, деформация материала минимальна;
идеальный сварной шов - в силу высокой концентрации энергии и точной локализации излучения (после обработки не нужно приводить в порядок швы, отсутствие правок при сварке);
простота эксплуатации - нет потребности в создании вакуумных камер и других специальных условий;
надежность - не образуются трещины на металле, сохраняется устойчивость к коррозии, не требуется коробление металл. подводка температуры минимальная;
опциональная автоматизация - можно купить аппарат ручной лазерной сварки или сразу обзавестись оборудованием с машинным (компьютеризированным управлением).

Примеры работы лазерной сварки и пайки (Видео)

Презентация аппарата для сварки и пайки TORWATT 300 F

Лазерная сварка TORWATT ULTRA / PRO

Пример сварки корпуса катера

Что делать в случае, если оборудование для лазерной сварки или гравировки сначала работает нормально, а потом резко и неожиданно выключается?

Для начала проверьте уровень воды в резервуаре и сработало ли реле. Посмотрите, достаточно ли давление водяного потока. Если данные параметры в норме, значит, проблема в датчике потока. Замените неисправную деталь.

Верхний порог температуры для сварочного аппарата - 40°С. В случае превышающей этот показатель температуры в системе активируется аварийный режим и срабатывает предупреждающий сигнал. Если через 30 секунд не происходит понижение температуры, устройство автоматически выключается.

Возможная длина сварочного шва ограничивается исключительно размерами изделия.

В комплект лазерного сварочного аппарата входят:

Лазерный источник (лазер). В нашем случае это - Raycus (Китай), JPT (Китай), IPG (США, Россия). Мощность варьируется от 500 до 2000 Вт. Для работы со сталью рекомендуется использовать излучатель от 1500 Вт;
Чиллер (система водяного охлаждения). Использование водяного охладителя жидкости обязательно к использованию. Аппарат контролирует уровень нагрева во избежание перегрева, отключение станка происходит автоматически при достижении критической температуры;
Сварочная голова (головка). Настройки наших головок позволяют отключать воблинг и использовать аппарат для резки. (необходимо доп. оборудование);
Контроллер управления. Микрокомпьютер с программным обеспечения на русском и английском языках. Контроллер позволяет настраивает мощность излучения, подачу газа, частоту;
Сварочный газ Аргон. Охраняет материал от появления копоти и нагара, обеспечивает качественную свариваемость. Рекомендуем к использованию высокоочищенный газ, это пролонгирует срок службы защитных и фокусирующихся линз, и излучателя. Повысит качество сварного шва.

Область применения мобильных аппаратов и станков для сварки и пайки

Данные установки отлично зарекомендовали себя при работе с:

металлами - углеродистой сталью, титановым сплавом (титан), медью, чугуном, алюминием, латунью;
нержавеющей сталью (нержавейкой), алюминиевыми сплавами;
металлоконструкциями из листового или профильного металла, трубами;
производство из цветных металлов;
фитингами и другими мелкими деталями;
пластмассой, пластикой керамикой, стеклом.

Сколько стоит лазерная сварка?

Стоимость лазерных сварочников TORWATT колеблется от 490 000 до 4 150 000 рублей с учетом скидок и акций.
Пожалуй, дорогое оборудование можно отнести к недостаткам технологии.

Почему лазерный сварочный аппарат стоит купить у нас?

Наши клиенты ценят нас за качество оборудования и гибкие условия работы и оплаты.
Мы готовы помочь Вам:

с обучением персонала;
выполнить пусконаладочные работы;
продемонстрировать эффективность оборудования.

Приглашаем на демонстрацию на производстве в Москве и СПб. Специалисты LASERSTORE подберут лазерный сварочный аппарат оптимальной конфигурации и цены с учетом задач вашего производства!

Инструкция по ручной лазерной сварке [часть 1]

Большинство изделий из нержавеющей стали производятся с помощью аргонодуговой сварки и других распространенных методов сварки. Хотя эти методы могут удовлетворить 80% потребностей производства, они оставляют дефекты во многих сварочных изделиях. Например: подрезы, неполное проплавление, плотная пористость и трещины. Это не только снижает прочность соединения, но и становится источником щелевой коррозии. Кроме того, рабочие этапы обработки после сварки выполняются очень медленно.

В связи с этими недостатками появился ручной лазерный оптоволоконный аппарат ручной лазерный оптоволоконный аппарат для сварки. Технология ручной лазерной сварки в основном использует лазерный луч в качестве источника энергии для воздействия на сварочное соединение для достижения цели сварки. Это новый метод сварки с хорошими сварочными характеристиками и небольшой деформацией, который широко используется в обработке и сварке различных металлов. Ручной аппарат лазерной сварки имеет преимущества простого управления, красивого сварного шва, высокой скорости сварки и отсутствия расходных материалов.

Сварка лазерным сварочным аппаратом тонких листов из нержавеющей стали, железных и оцинкованных листов, а также других металлических материалов может прекрасно заменить традиционную аргонодуговую сварку, электросварку и другие процессы.

Ручной лазерный сварочный аппарат может быть широко использован при производстве шкафов, лестниц, лифтов, духовок, дверей из нержавеющей стали и оконных ограждений, распределительных коробок, домах из нержавеющей стали и в других отраслях промышленности со сложным нерегулярным процессом сварки.

Скорость ручной лазерной сварки высокая, в 2-10 раз выше, чем традиционная сварка. Сварочный шов после сварки получается ровным и красивым, что сокращает последующий процесс шлифовки, экономит время и затраты. Заготовка для лазерной сварки не имеет деформации, сварочных шрамов и прочной сварки. Расходных материалов для лазерной сварки меньше, и они имеют длительный срок службы.

Основные характеристики ручной лазерной сварочной машины

Она проста в эксплуатации и может использоваться обычными работниками без больших затрат на обучение.
Имеет преимущества высокой эффективности, большого размера сварки, быстрой скорости сварки, тонкого и красивого шва, и уменьшает последующий процесс шлифовки.
Она может быть широко использована для сварки нержавеющей стали, железных, алюминиевых и оцинкованных пластин, а также других металлических материалов.
Точка сварки и зона теплового воздействия мала, сварочный верстак не нужен, также нет необходимости в большой площади для размещения оборудования.

Преимущества машины для ручной лазерной сварки

Для мастерской, которая занимается мелкосерийной обработкой или сваркой в малых масштабах, ручная лазерная сварочная система является лучшим выбором.

Ключевым моментом является то, что сварочные изделия небольших мастерских разнообразны, а форма изделий гибкая. Ручная лазерная сварка может полностью удовлетворить этот спрос.

Ручной лазерный сварочный аппарат удобен не только для сварки пресс-форм, кухонной утвари и других изделий, но и для сварки на открытом воздухе. Нержавеющая сталь, алюминий, медь, золото и серебро ювелирные изделия также могут быть сварены ручным лазерным сварочным аппаратом.

Применение ручной лазерной сварочной системы

В качестве важной поддержки "зеленых" технологий, технология лазерной сварки имеет очевидные конкурентные преимущества по сравнению с традиционными методами.

Благодаря высокой скорости, высокой точности, низкому энергопотреблению и многим другим преимуществам, она широко используется в микроэлектронике и электроприборах, автомобильной и аэрокосмической промышленности, машиностроении, полиграфии и и других важных областях экономики.

Технология лазерной сварки является одним из важных применений лазерной обработки. Среди них важное применение ручной лазерной сварки сосредоточено в сложных и нерегулярных процессах сварки без приспособления, таких как листовой металл, шасси, резервуар для воды, распределительная коробка, кухонный шкаф, дверные и оконные ограждения из нержавеющей стали и т. д.

В последние годы, в связи с бурным ростом развития новых энергетических транспортных средств, было увеличено производство количество аккумуляторных батарей, и индустрия лазерной сварки достигла дальнейшего роста.

Проблемы ручной системы лазерной сварки

Несмотря на то, что ручные лазерные сварочные системы становятся все более популярными на рынке, все еще существуют некоторые проблемы.

В большинстве ручных лазерных сварочных аппаратов, предлагаемых производителями оборудования, используются непрерывные волоконные лазеры мощностью от 200 Вт, 300 Вт, 500 Вт до 1500 Вт.

В целях безопасности сварщик должен пройти строгую подготовку, а лазер ни в коем случае не должен задеть людей или окружающие предметы, иначе это может привести к серьезным ожогам или даже вызвать пожар.

Кроме того, хотя в процессе сварки лазер обращен к заготовке, он все равно будет давать отражение высокой яркости, поэтому оператор должен быть оснащен специальными светозащитными очками.

Какие проблемы решает ручная лазерная сварочная система?

1. Применение в производстве кухонной посуды

Ручной лазерный сварочный аппарат при производстве кухонной утвари может сэкономить около 80% ~ 90% электроэнергии. По сравнению с дуговой сваркой, стоимость обработки может быть снижена примерно на 30%. Он может сваривать разнородную сталь и разнородные металлы.

2. Применение в области обработки листового металла

В области обработки листового металла, по сравнению с традиционной аргонодуговой сваркой, лазерная сварка имеет очевидные преимущества: высокая эффективность, малая тепловая деформация, красивый внешний вид, высокая прочность, отсутствие необходимости полировки после сварки, бесшовная стыковая сварка.

3. Применение в области сварки сантехники из нержавеющей стали

В процессе сварки сантехники из нержавеющей стали, ручная лазерная сварка обеспечивает бесшовное сращивание сантехнических кранов, раковин и т.д. Для сварки под углом может быть достигнуто 360° сварки, что является простым в эксплуатации и более удобным.

В нашем блоге вы можете ознакомиться с постом про поставку данного оборудования по ссылке: «‎Поставка и запуск оптоволоконного лазера для сварки металла XTW-1000 Raycus»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Сварка на оптоволоконном лазерном аппарате для сварки металла XTW-1000 RAYCUS

На нашем сайте вы можете приобрести оптоволоконный аппарат для лазерной сварки металла:

Оптоволоконный аппарат лазерной сварки металла XTW-1500/Raycus

Мощность лазера 1500 Вт. Ширина импульса лазера 0,1 - 20 мсек. Водяное охлаждение

Аппарат оптоволоконный для лазерной сварки металла GW-1500/IPG

Читайте также: