Лазерная сварка нержавеющих труб

Обновлено: 28.09.2024

Нержавейка сложно поддается сварке, так как у нее очень высокий уровень текучести. При использовании стандартных методов, данный металл очень плохо формирует швы, так как они быстро растекаются. Помимо этого, сварочная ванна оказывается сильно подверженной негативным влияниям внешней среды. Лазерная сварка нержавейки является отличным способом, который решает множество проблем, связанных с использованием высоколегированных сталей. Здесь используется иной принцип расплавления металла, хотя все основы полностью соответствуют требованиям, чтобы это называлось сваркой.

Процесс лазерной сварки нержавейки

Лазерная сварка нержавейки проходит по большей части в специализированных мастерских или на предприятиях, где это действительно востребовано и мощности производства могут позволить себе это. Ведь установки для сваривания обладают достаточно высокой стоимостью. Уникальность технологии состоит в том, что здесь применяются настоящие лазеры, у которых луч обладает высокой температурой. Здесь не возникают те условия, которые портят состояние наплавленного валика шва, так как сварочная ванна здесь занимает относительно небольшую площадь и здесь не происходит перемешивание. Успех процедуры, в основном, зависит от того, насколько правильно были выстроены настройки.

Область применения

Лазерная сварка металлов, в частности нержавеющих сталей, применяется на крупных производствах. Из-за своей сложности, технология оказывается не самой востребованной в широком применении. Но когда нужно работать с тонкими листами и прочими сложными вещами, то здесь лазерная установка будет весьма кстати. Лазерная сварка нержавейки применяется практически для всех марок данного металла и его сплавов. Уникальная методика обеспечивает хорошее качество даже при соединении его с другими разновидностями. Производство нержавеющих корпусов, мелких деталей и прочих вещей нередко использует лазерные установки для сварки.

Преимущества

Лазерная сварка нержавеющей стали стала популярной в своей сфере благодаря некоторым преимуществам, которые выделяют ее на фоне остальных способов соединения:

Здесь обеспечивается высокая точность соединения, причем можно выполнять сложные геометрические рисунки;
Работа со сложно свариваемыми металлами становится не такой проблемной, а качество соединения становится более высоким;
Здесь не столь высокие требования к механической подготовке и предварительной обработке металлов;
Лазерная сварка металлов является очень производительным процессом;
Лазер не загрязняет окружающую среду, не создает опасность взрыва, не выпускает удушливые газы и так далее;
Тепловому воздействию подвергается только тот металл, который находится под лучом лазера, тогда как близлежащая область остается неподверженной теплу.

Недостатки

Но одними преимуществами технология не ограничивается, так как тут представлен ряд недостатков, усложняющий широкое распространение во многих сферах:

Высокая себестоимость процесса и большая цена используемого оборудования;
Низкий коэффициент полезного действия, что создает высокие затраты энергии, так как эффективно используется только около 2% от всей энергии луча лазера;
Применяется преимущественно для листового металла;
Большая толщина не всегда эффективно проваривается.

Технология сварки

Лазерная сварка металлов всегда начинается с подготовительного этапа. Для данной технологии он является одним из наиболее важных. Сначала идет подготовка поверхности заготовок. Их нужно очистить от грязи, пыли, масла и прочих посторонних вещей, которые будут мешать нормальному свариванию. Подготовка флюсами и прочими дополнительными средствами здесь не требуется.

Далее идет выставление стыков, чтобы соединение получилось максимально крепким. Здесь не рекомендуется делать соединение внахлест, так как не будет нормального сваривания, результаты которого смогли бы выдержать высокие нагрузки. Стыковое соединение с обработанными кромками будет лучшим решением. Если идет лазерная сварка нержавейки 0,3 мм, то обработка кромок при такой толщине не требуется.

Лазерная сварка стыковым соединением

Следующим шагом является закрепление заготовок. Они должны быть точно выставлены, чтобы края не съезжали. Вручную поправлять что-то во время процесса не будет возможности. Создаются специальные каркасы. Если толщина металла позволяет, то стоит сделать прихватки для более надежной фиксации. Они создаются, как правило, в верхней и нижней части.

«Важно!
Слишком большой слой прихватки не рекомендуется делать, так как это может привести к деформации листов.»

После того, как все уже установлено, следует выставить соответствующий режим сваривания. Далее включается установки и происходит сваривание. Луч направляется на соответствующее место, после чего проходит весь участок соединения. Чаще всего лазер проходит участок снизу вверх. После завершения процедуры не требуется никакой дополнительной обработки. Сварка в последнее время осуществляется на автоматических установках.

Стандарты

Лазерная сварка металлов проводится согласно ГОСТ 19521-74. Здесь собрана полная классификация всех методов соединения, а также особенности их проведения. Выполнение стандартов обеспечивает точность выполнения шва и его высокое качество.

Техника безопасности

Сварка нержавеющей стали лазером является не самым опасным методом. Большинство неприятностей здесь связано с неаккуратностью. Главное, чтобы во время процесс на пути лазера не попадалось ничего лишнего, так как это приведет к разрушению данного предмета.

Заключение

Сварка таких металлов, как нержавеющая сталь, благодаря использованию лазера становится намного более качественной и надежной. Сложность обработки такого рода становится окупаемой для некоторых сфер применения.

Сварка нержавеющих труб

На сегодняшний день сварка нержавеющих труб является весьма востребованной, так как этот материал активно применяется в тех отраслях, где необходимы его антикоррозионные свойства. К примеру, трубопроводы из нержавейки используются в пищевом производстве, а также в коммунальном хозяйстве.

Именно сварка позволяет получить высококачественный технологический шов, обеспечивающий стопроцентную надежность. Сварные работы на нержавеющих трубах выполняются по специальным технологиям. Какие именно рекомендации выдвигаются при этом и как облегчить монтаж, расскажем в нашей статье.

В чем особенности сварки нержавеющих труб

Нержавеющая сталь входит в группу высоколегированных сплавов, в которых основное место занимает хром. Кроме этого, в состав нержавейки входят никель, титан, молибден и другие компоненты, способствующие повышению устойчивости стали к окислению и коррозии.

Самой эффективной технологией соединения деталей из нержавеющей стали является сварка.

Особенности технологии сваривания нержавеющих труб:

Невысокая степень свариваемости оказывает существенное влияние на характеристики соединения.
Из-за низкой теплопроводности нержавеющая сталь в процессе сварки проплавляется, даже если используется ток небольшой силы.
Повышенный коэффициент расширения способствует «растяжению» изделия при нагревании. Соответственно, при остывании заготовка будет сжиматься. Наличие в структуре конструкции инородных металлов с небольшим коэффициентом расширения приводит к образованию микротрещин. В связи с этим, при сварке нержавеющих труб нужно правильно подойти к выбору расходных материалов.
При температуре свыше + 500 °С в нержавеющих трубах будут протекать процессы межкристаллитной коррозии, для предотвращения которой нужно внимательно выбирать режим сварки и осуществлять принудительное охлаждение свариваемых деталей.

Сварка нержавеющих труб, особенно если они имеют тонкие стенки, должна осуществляться с учетом характеристик материала, который существенно отличается от обычной стали. Нержавейка отличается низкой теплопроводностью (почти на 70 %), а следовательно, при ее сваривании увеличивается вероятность прожига металла в местах соединения. Чтобы избежать перегрева кромок труб, для сваривания нержавеющей стали показатель силы тока должен быть на 20 % ниже, чем при работе с изделиями из черного металла.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Высокий коэффициент температурного расширения нержавейки повышает риск деформации и растрескивания материала в зоне сваривания. Чтобы избежать таких последствий, между соединяемыми кромками труб следует оставлять технологический зазор. Такое решение позволяет металлу расширяться, поэтому последствия деформации будут минимальными.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

При выполнении сварки нержавеющих труб высоколегированными электродами нужно учитывать высокое сопротивление нержавейки. Таким образом, электроды будут перегреваться, снижая качество шва. Если у вас нет возможности использовать другую технологию сварки, нужно до минимума уменьшить длину электродов.

Основные технологии сварки нержавеющих труб

Широкое использование нержавеющей стали для изготовления различных конструкций и деталей способствовало развитию технологий сваривания подобных сплавов. Сварка нержавеющих труб по ГОСТу может выполняться различными способами: с использованием ручных аппаратов дугового сваривания MMA, вольфрамовым электродом в аргоновом слое TIG, полуавтоматическими устройствами в инертном газе – MIG/MAG, лазерным оборудованием.

В отличие от процессов сваривания деталей из углеродистых сталей, для выполнения работ с нержавейкой нужно использовать специальные технологии, учитывающие физические характеристики и химический состав этого материала.

В большинстве случаев перед сваркой детали из нержавеющей стали нужно прогреть. Этот этап необязателен для сплавов, содержание углерода в которых не превышает 0,2 %. Для сваривания деталей из нержавеющей стали, толщина которых превышает 0,3 см, их прогревают до температуры +150 °C.

На промышленном производстве для сваривания нержавеющих труб могут использовать методы плазменной, высокочастотной и лазерной сварки.

В домашних условиях для таких работ может применяться:

Использование феррита помогает защитить сварочный шов от коррозии, помимо этого, повышается стойкость к горячему растрескиванию. Сварка нержавеющих труб полуавтоматом обычно выполняется током обратной полярности. В противном случае дуга не будет устойчива. Если сварка происходит по вертикали или на потолке, то мощность тока снизиться до 30 %. Для предотвращения возникновения водородных пор электроды проходят процедуру прокаливания.

Если необходимо соединить трубы толщиной от 3 до 50 мм, используют сварку под флюсом. Поскольку при использовании этого способа осуществляется плавный переход между нержавеющей сталью и швом, соединение будет меньше подвергаться коррозии. При работе флюсом затрачивается меньше усилий, потому что стенки труб гораздо толще (более 10 мм), чем при сварке ручным способом (обычно 4 мм). Вылет электродов здесь меньше в два раза, чем при обычном значении. Помните, что флюс необходимо прокаливать перед началом работы.

Используя углекислый газ при сварке нержавеющих труб, вы получите оксидную пленку на шве, а также множество брызг. Это означает, что стойкость шва к коррозии окажется низкой. Для ее увеличения используют эмульсии.

Что необходимо при сварке нержавеющих труб

При сварке нержавеющих труб необходимо обратить внимание на несколько важных моментов, которые перечислены ниже:

Используйте напильник, шлифовальную машинку (болгарку) или бумагу для очищения кромок трубы.
Чтобы убрать жирный налет с кромок, воспользуйтесь ацетоном. Помимо этого, вещество поможет наладить стабильную работу электрической дуги. Сварка будет более высокого качества.
Обязательно оставьте небольшое отверстие между двумя деталями. Так вы сможете избежать деформации частей при работе с ними.

Виды сварки нержавеющих труб

Необходимо следовать конкретной технологии при работе с тонкостенными нержавеющими трубами. В этом случае вы сможете получить сварочный шов высокого качества, который будет надежно и долго служить вам. Конструкция, сваренная подобным образом, будет высококачественной и привлекательной внешне.

Сварка нержавеющих труб электродом.

Часто неопытные сварщики задаются вопросом о том, можно ли варить нержавеющую сталь, используя обычные электроды. Стоит заметить, что проводить сварочные работы со сталью, стойкой к коррозии, обычными электродами можно. Если у вас нет под рукой специальных материалов для сварки, можно использовать обычные расходники. Такую технику обработки сварщики используют лишь в домашних условиях, поскольку к промышленной сварке предъявляются более серьезные требования к качеству и надежности работ.

Если говорить о технологической стороне работ, то лучше использовать электроды со специальным покрытием. Простые электроды негативно влияют на качество, поскольку нержавеющая сталь может покрыться микротрещинами.

Подводя итоги, можно сказать, что сваривать детали из нержавеющей стали обычными электродами можно. Но лучше оставить этот вариант на крайний случай.

Сварка нержавеющих труб аргоном.

Работу с аргоном проводят при использовании неплавящихся вольфрамовых электродов, которые закрепляют в центре сопла, оттуда газ направляется к стыку. При этом создается особая защитная зона. Сварочный шов образуется при плавлении проволоки, которая может подаваться как автоматически, так и вручную.

Сварщик должен помнить, что шов накладывают продольными движениями горелки и проволоки. Если случайно выйти за пределы зоны сваривания, шов не будет качественным. Проводить сварку аргоном лучше с двусторонним поддувом. Избегайте касаний деталей электродом. Правило действует даже при розжиге дуги. Опытные специалисты чаще всего пользуются графитовыми или угольными пластинами, с помощью которых удобно перемещать дугу. Зона сварки должна находиться в аргоновой среде в течение 10 секунд. В таком случае шов остынет быстрее и не будет подвержен последующему электродному окислению.

Как уже упоминалось выше, сварка нержавеющих труб аргоном выполняется с поддувом с обеих сторон. Как это лучше сделать:

забиваем пробку в любой торец одной из труб при помощи подручного материала;
стыки двух труб закрепляем при помощи изоляционной ленты;
аргон закачивается через отверстие второй трубы посредством горелки;
как только трубы заполняются аргоном полностью, открытая сторона также закупоривается;
изоляционная лента убирается, начинается сварка.

Орбитальная сварка нержавеющих труб.

Принцип работы такой же, как и при аргонодуговом способе. Однако сварочная головка проводит работу вдоль стыка, по окружности. За счет этого шов получается непрерывным. Поэтому и метод называется орбитальным. Сварка контролируется специальным процессором, поскольку процедура полностью автоматическая. Длина дуги определяется за счет крепления ее к сварочной головке в необходимом положении.

Функции процессора позволяют менять параметры работы в зависимости от работы головки при орбитальной сварке. Необходимо разделить весь стык на вертикальные, горизонтальные и угловые участки. Когда сварочная головка будет проходить по любому из участков, система сама изменит параметры на нужные:

параметры сварочного тока;
быстрота работы головки;
использование аргона;
темп подачи проволоки.

Так как процессор позволяет сделать условия для сварки максимально оптимальными, шов получается однородным и высококачественным. Трубы диаметром от 8 до 275 мм соединяют при помощи головки открытого вида. Изделия с большим диаметром наполняют инертным газом, а затем используют закрытый вид конструкции. Для прочной сварки толстых труб необходимо проводить работы в несколько этапов, при этом меняя угол наклона сварочной головки. Весь процесс занимает больше времени, чем при других видах сварки, поэтому в комплекте также имеется блок для охлаждения устройства.

Холодная сварка нержавеющих труб.

В данном случае для соединения необходимо применить специальный двухкомпонентный клей. Обычно его используют на время, при ремонте труб. Смесь компонентов наносят на нужное место, затем вся сварка затвердевает. Помните, что подобный вид сварки не может быть использован при работе с металлами разного рода. Холодную сварку может проводить любой человек без специальной подготовки.

Плазменная сварка нержавеющих труб.

Для сварки нержавеющих труб плазмой могут использоваться два метода:

Ручной способ сваривания пи помощи дуги, возникающей между поверхностью трубы и электродом, с током от 0,1 до 15 А.
Автоматическое сваривание с применением плазмотрона. В этом случае процесс сварки нержавеющих труб осуществляется за счет плазменного пучка, который формируется током свыше 100 А.

Какой бы метод сварки нержавеющих труб вы ни выбрали, нужно помнить, что долговечность и надежность трубопровода будет зависеть от качества сварного шва. Добиться нужного результата можно и ручным свариванием, но лучше для такой задачи приобрести полуавтомат для аргоновой сварки (такое оборудование имеет маркировку TIG). С помощью такого аппарата можно эффективно соединять трубы с толщиной стенок более 1 мм.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Лазерная сварка нержавейки

Лазерная сварки нержавейки является рабочим процессом, во время которого происходит нагревание определенных участков металла, а также его расплавление, за счет узконаправленного лазерного луча. Одной из отличительных особенностей данного способа является то, что шов получается небольшим по ширине, но достаточно глубоким. В отличие от обыкновенной сварки нержавейки температурное воздействие является узкоограниченным по своей площади. Скорость обработки здесь намного выше, но при всем этом образуется мощное излучение.

Технологически данный процесс должен осуществляться согласно ГОСТ 19521-74. Он относит лазерную сварку к термическому процессу, который подразумевает использование плавления и тепловой энергии для получения итогового результата. Особенности проведения процедур зависят от того, какие характеристики имеет луч, так как тут играет роль его когерентность, монохроматичность и направленность. Это позволяет осуществлять точечную концентрацию и совершать обработки небольших участков. Данный метод применяется, в основном, для автомобильного производства, а также прочих высокоточных сфер, в которых работают с тонкими поверхностями.

Преимущества лазерной сварки нержавейки

Себестоимость лазерной сварки сопоставима с обыкновенными способами, при использовании дуговой сварки и электродов;
Она имеет очень высокую точность, которая исчисляется десятыми долями миллиметра;
Ею можно использовать в автоматическом режиме и с дистанционным управлением;
В отличие от сварки электронными лучами, для эффективной работы не нужно создавать специальную вакуумную среду;
Данная сварка имеет высокую скорость выполнения процедур, что очень полезно в производстве;
Можно делать швы практически любой геометрии;
Отлично подходит для работы не только с нержавейкой, а также алюминием и другими проблемными металлами.
Качество скрепления позволяет создавать герметичные соединения.

Недостатки лазерной сварки нержавейки

Для проведения процедур здесь необходимо наличие специального оборудования;
Высока стоимость техники для совершения сварочных процедур;
Низкий коэффициент полезного действия, около 1-2%;
Невозможно осуществлять широкие соединения, которые просто делаются в обыкновенных режимах;
Необходимо тонко настраивать оборудование для каждой процедуры.

Разновидности аппаратов

Существуют две основные разновидности газовый и твердотельный. В твердотельном, в отличие от газового, имеется совершенно другая длина волны, так как они короче, благодаря этому, мощность аппарата становится меньше. Чаще всего здесь применяется импульсный режим при работе техники. Реже он становится непрерывным, что уже зависит от особенностей работы. В данном случае лазерная сварка нержавеющей стали осуществляется за счет наличие активного элемента. Лазерное излучение выходит из стеклянного стержня, которым выступает твердотельный активный элемент.

Конструкция твердотельного лазера для сварки нержавейки

Аппарат на газовом принципе действия может работать как в импульсном режиме, так и в непрерывном. Мощность такой техники выше, чем у предыдущей. При использовании аппарата с поперечным типом прокачки, можно сэкономить в размерах, так как сама техника является компактной. При этом максимальная толщина свариваемых металлов составляет около 2 см. Активным элементом в данном случае являются горящие газы.

Конструкция газового лазера для сварки

Импульсные и непрерывные лазеры

Сварка импульсного типа соответствует требованиям, которые заданы ГОСТ 28915-91. Она используется чаще как непрерывная, так как точечное воздействие дает максимально качественный эффект. Данная технология заключается в скоплении большого количества энергии, которая потом воздействует на предмет на относительно короткий промежуток времени. Это помогает улучшить сварку металлов, которые сильно подвергаются деформации. Воздействие лазера происходит так, что поверхность металла нагревается только на верхних слоях. Благодаря этому уменьшается вероятность появления сквозных отверстий.

Благодаря использованию непрерывного лазера можно создать сплошной шов, причем мощностью аппарата регулируется его глубина. При использовании этой технологии образуется парогазовый канал и ширина канала обработки остается достаточно узкой.

Непрерывная лазерная сварка

Режимы лазерной сварки нержавейки

Материал	Толщина, мм	Мощность, кВт	Скорость прохождения, м/ч
Нержавеющая сталь	2	2,1	20
	3	2,5	100
	4	3,1	90

Технология сварки нержавейки

Особенности сварки нержавейки предполагают использование специальной аппаратуры. В первую очередь следует подготовить поверхность свариваемого металла для операции. Для этого ее нужно обезжирить, убрать частички мусора и прочих лишних вещей, ликвидировать любой налет и ржавчину, если таковые имеются.

Процесс обезжиривания нержавейки

«Важно!
Если луч постоянный, то он может испортить заготовку при слишком длительном воздействии.»

Для заделки трещин и прочих мелких процедур можно пользоваться только лучом для соединения частей, в иных случаях пригодится использование присадочной проволоки. После окончания, следует дать остыть без применения дополнительных средств для остужения.

Контроль качества сварного шва

Когда проводится лазерная сварка нержавейки своими руками для домашних целей, то контроль качества не всегда требуется. Но если предстоит использование в промышленных условиях, то следует провести одну или несколько из следующих процедур, которые соответствуют ГОСТ 18442-80:

Капиллярная дефектоскопия;
Ультразвуковая дефектоскопия;
Радиационная дефектоскопия;
Контроль магнитный;
Контроль на проницаемость;
Визуальный осмотр.

«Важно!
Для контроля используются только исправные приборы, прошедшие проверку, которая должна проходить не реже раза в год.»

Меры безопасности

Во время работы с лазером следует не допускать, чтобы на его пути попадались лишние предметы, так как он с легкостью перерезает или воспламеняет посторонние предметы. Следует четко выполнять инструкцию эксплуатации оборудования, чтобы не навредить здоровью. Чтобы уберечь металл от прожога, что касается преимущественно тонких листов, следует правильно придерживаться режима сварки.

Лазерная сварка труб

Лазерная сварка труб – технология, которая появилась сравнительно недавно, но уже успела стать востребованной и доказать свою эффективность. В отличие от обычных способов соединения кромок деталей путем расплава, она обеспечивает большую скорость производства при более высоком качестве сварного шва.

Используются как ручные, так и автоматизированные установки с разными типами лазеров. Из нашего материала вы узнаете об основных нюансах применения лазерной сварки труб, преимуществах и недостатках технологии, видах используемого оборудования.

Принцип лазерной сварки труб

В последнее время увеличение объемов прокладывания и ремонта трубопроводных магистралей, а также повышение требований к качеству соединения труб заставляют постоянно работать над развитием технологий сварки и модернизацией оборудования.

С появлением в промышленности высокопроизводительных волоконных лазерных установок уровень развития технологий обработки металлов значительно вырос. С применением лазерной сварки труб появилась возможность достигать высокого качества сварных швов благодаря следующим техническим характеристикам:

процесс осуществляется в режиме глубокого («кинжального») плавления;
сварка производится на высокой скорости;
зона термического влияния (ЗТВ) и объем расплавленного металла незначительны.

Кроме того, волоконные лазерные установки передают излучение на большое расстояние от источника, а движение луча может происходить практически по любой траектории.

Рабочие режимы лазерной сварки труб легко автоматизировать и адаптировать к любым производственным линиям.

Еще одним важным преимуществом можно считать возможность сваривания элементов за один технологический проход без разделки кромок.

При этом образуется плотный шов без дефектов, присущих другим сварочным технологиям (к примеру, пористости, которой подвержены алюминий и сплавы на его основе).

Появление пористости в теле шва снижает толщину его фактического сечения, что может негативно отразиться на эластичности и прочности готового изделия.

Действующие нормативы ГОСТ допускают наличие равномерного распределения пористости для дуговой сварки не более 20 % включительно. К примеру, такой же показатель для лазерной сварки труб не превышает 0,8 %.

Лазерная технология вообще исключает пористость по причине разницы физических принципов, которые лежат в основе сварочного процесса, так как не требуется применения электродов, формирования дуги. Кроме того, имеются много других важных отличий.

В основе технологии лазерной сварки труб с кольцевыми неповоротными стыками используется сварная обработка корня в режиме глубокого проплавления (при первом проходе параметр притупления может достичь 8 мм) и заполнение разделки с углом раскрытия 2° с помощью присадочной проволоки. Такой способ позволяет снизить более чем в 3 раза объем наплавляемого металла по сравнению с дуговой сваркой с узкой перетачиваемой разделкой поверхностей кромок.

Использование волоконного лазера как источника тепла с высокой концентрацией и малым углом раскрытия кромок дает возможность проводить сварку со значительно большей скоростью, чем при любом другом аналогичном автоматическом процессе. Кроме того, на лазерное излучение не влияют магнитные поля труб, исключается потребность в механической осцилляции горелки, которая свойственна электродуговой сварке.

Преимущества и недостатки лазерной сварки труб

Применение лазерной сварки позволяет получать сварные соединения при отсутствии таких дефектов, как большой объем шлака, пористость, долгое остывание готовой детали, большая площадь нагрева участка соединения, которые свойственны другим методам.

Лазерная сварка труб имеет особые преимущества:

Большая мощность оборудования позволяет обеспечивать высокую скорость выполнения работ. Это позволяет избежать большого нагревания области соединения элементов, что дает гарантию качества поверхности с минимальным риском расслаивания обрабатываемых материалов и коробления (деформации).
Лазерный луч передается по оптоволокну, следовательно, сварку можно проводить на большом расстоянии от лазерного источника и в любом труднодоступном месте со сложной формой детали.
Можно производить как сварку, так и резание металла, что особенно важно для крупных металлообрабатывающих предприятий.
Достигается высокое качество сварного шва, в том числе и при точечной сварке.
Простой контроль процесса позволяет управлять скоростью во время выполнения операции.
Технология применима для сварки других материалов, к примеру, термопластов, керамики, магнитных сплавов и т. д.
Небольшая площадь стыкового сварочного шва.
Безопасность процесса, так как отсутствуют рентгеновское излучение и выделение вредных продуктов сгорания.
Сварку детали можно произвести через прозрачный экран.

При переходе на новое изделие или при смене материала для изменения настроек оборудования затрачивается минимальное время.

Нет ни одной идеальной технологии. Помимо плюсов у лазерной сварки труб существуют и некоторые недостатки:

Из-за высокой стоимости оборудования, запчастей и расходных материалов такая технология применяется только на крупных производствах.
Ограничения по КПД: у твердотельных установок – коэффициент полезного действия не превышает 1 %, а газовых – может составить максимум 10 %.
Проведение работ на оборудовании требует специальной подготовки и уровня квалификации.
Свойство изделия отражать световой поток отражается на эффективности работы оборудования.
К помещениям, в которых размещено и эксплуатируется оборудование, предъявляются особые высокие требования: показатель влажности, запыленность (чистота воздуха) и уровень вибрации.

Несоблюдение правил по эксплуатации оборудования может стать причиной получения ожогов оператором.

При проведении сварочных работ могут возникнуть следующие дефекты шва: образование шлака, раковин, сквозных отверстий, непроваренных участков, пустот и трещин. В основном это происходит из-за низкой квалификации обслуживающего персонала либо неточной настройки оборудования, а также при нарушениях контроля рабочего процесса.

Рабочие параметры лазерной сварки

Существует несколько параметров, по которым осуществляется лазерная сварка труб.

По глубине проплавляемого слоя лазерная сварка подразделяется на следующие виды:

микросварка – при проплавлении на глубину до 0,1 мм;
минисварка – от 0,1 до 1,0 мм;
макросварка – при плавлении материала по линии шва с глубиной более 1 мм.

По площади контакта свариваемых заготовок:

Шовное сваривание – является наиболее востребованным способом при работе с нержавеющими материалами и трубами. Формируемый шов довольно надежный, несмотря на его маленькую площадь.
Точечное сваривание – наиболее востребованный способ при операциях с мелкими деталями (до 100 мкм включительно). Чаще всего применяется в радиоэлектронной промышленности.

Помимо этого, используется для сварки тонкостенных материалов. Для этого необходимо перед запуском процесса лазерной сварки выставить базовые режимы для обеспечения заданной глубины плавления.

По видам выполнения лазерная сварка разделяется на:

Стыковую. Операция проводится без применения флюса и присадок. При этом стык между свариваемыми элементами составляет не более 0,2 мм.

Технология заключается в «кинжальном» проплавлении соединяемых заготовок на всю толщину. При этом интенсивность излучения не превышает значения 1 мВт/см².

Такой способ сварки требует обязательного предохранения формируемого шва от окисления (для этой цели используют азот, аргон или инертные газы). Применение гелия позволяет избежать возможных пробоев материала.

Сварка внахлест. Такой способ предусматривает укладку краев подготовленных листов один на другой и соединение их с помощью мощного излучения лазера.

При таком варианте выполнения необходимо предварительно локально закрепить элементы для сварного соединения. Величина зазора между их поверхностями не должна превышать 0,2 мм.

Для более высокого качества шов следует выполнить дважды.

Комплектация оборудования для лазерной сварки труб

По оснащению автоматическими устройствами сварочные лазерные установки подразделяются всего на два вида: ручные и автоматические.

Первый тип применяют преимущественно на средних или малых металлообрабатывающих предприятиях. Термин «ручная» не означает, что процесс сварки производится только с помощью рук. Размеры сварочного аппарата довольно внушительные. Большинство моделей оснащаются колесными парами для перемещения и установки на другое место.

Второй вариант используют исключительно на крупных промышленных производствах, в первую очередь в машиностроительной и судостроительной отраслях по причине высокой стоимости оборудования.

Промышленные лазерные сварочные установки всегда обладают одинаковой комплектацией, в которую входят:

Система охлаждения.
Источник питания.
Оптический резонатор.
Система управления мощностью лазера, его фокусировкой и перемещением.
Система подачи газов, которая используется для защиты поверхностей свариваемых поверхностей (или элементов).
Блок передвижения заготовки и луча.
Блок фокусирования.
Сварочная головка, оснащенная линзой.
Технологический лазер (твердотельный или газовый).

Аппараты лазерной сварки труб и других металлических изделий могут оборудоваться CCD-мониторами или микроскопами, с помощью которых легче контролировать рабочие процессы, связанные с ремонтными работами (пайкой, сваркой) заготовок очень маленьких размеров.

Поставка сварочного оборудования может происходить в нескольких компоновках. Существуют и портальные или консольные установки, могут быть манипуляторы-роботы. Управлять оборудованием можно посредством автоматов (оснащенных системами с ЧПУ), так и вручную (с применением выносного пульта). В первом варианте предусмотрено применение специальных программ, а при втором – управление перемещением, скоростью и рабочим процессом закрепляется за оператором.

Промышленное оборудование оснащается одним из двух видов лазера: твердотельным или газовым либо применяется смешанный вариант.

Виды лазерной сварки

По виду сварочные установки подразделяются на твердотельные и газовые лазеры:

Твердотельные, в основе которых трубка, имеющая внутри отражающую поверхность – зеркало насыщения.

Твердотельная лазерная сварка труб производится с помощью электродов специального назначения. Они могут быть рубиновыми или стеклянными, с добавлением неодима.

Мощность такой установки не превышает 6 кВт. Поэтому твердотельная лазерная сварка может применяться только для сваривания металлических заготовок небольшой толщины.

С помощью такой лазерной установки можно сваривать золото, нихром, тантал или расплавить проволоку толщиной меньше 1 мм и произвести точечную сварку тонких фольгированных деталей.

Внутри трубки устанавливается рубиновый стержень трубчатой цилиндрической формы, который и выполняет функцию преломляющей линзы для образования лазерного луча.

К внешнему контуру подводятся токи возбуждения. Их также подают и на лампу, которая воспроизводит высокочастотные кратковременные световые импульсы, аккумулируемые рубиновой трубкой.

Вслед за этим внутри рубинового стержня появляется лазерный пучок с высокой ионизацией. Далее лазерный луч выходит с помощью направленного магнитного поля.

Отличительной чертой лазерной сварки является маленькая мощность лазерного луча, поэтому их используют для обработки только малогабаритных и легкоплавких деталей.

Такие лазеры активно применяются в сфере микроэлектроники: при производстве микрораспределителей, микросхем, тиристоров и диодов.

Газовые лазерные установки обладают значительно большей мощностью. Их отличие от твердотельных лазеров в том, что во внутреннее пространство отражательной трубки закачивается смесь ионизирующего газа, преимущественно СО₂ + N₂ + Не.

Установки газовых лазерных сварок намного мощнее твердотельных, поэтому их область применения значительно шире. Здесь функцию электродов выполняет аргон. Большие габариты и вес являются существенными минусами таких лазеров.

Тем не менее, такие установки обладают большой мощностью, которая может достигать 20 кВт. Фактически такой аппарат способен сваривать элементы со скоростью до 60 м/ч без ее снижения.

К самым внушительным типам лазеров относятся газодинамические. Для того чтобы газ начал функционировать, его необходимо разогреть до возникновения ультравысокого давления. Такое оборудование способно варить металлы со скоростью 200 м/ч.

Газодинамические лазеры используются только на производствах с большим масштабом продукции.

С помощью таких установок можно сварить нержавейку, стекло, алюминий. Такое оборудование имеет широкую область применения. Однако здесь стоит учесть один немаловажный момент.

Область сварки при работе с лазером необходимо защищать от воздействия кислорода, так как это может негативно отразиться на качестве шва. Из-за того, что испарение металла происходит мгновенно, световой пучок рассеивается стремительно.

Чтобы этого не произошло, следует для угнетения плазмы подавать газ. Эту функцию выполняет гелий, потому что он не препятствует аргону и не допускает рассеивания лазера.

Для лазерной сварки труб соединяют аргон и гелий в равной пропорции, тем самым одновременно используя две функции: подавляющую и защитную.

Принцип работы такой лазерной установки не сложен: в трубку устанавливаются два электрода, являющиеся возбудителями возникновения направленного заряда лазера в среде газа.

Лазерным лучом управляют магнитные поля высокой мощности.

Для защиты от перегрева рабочей полости с азотом из-за импульсного воздействия электродов такое сварочное оборудование оснащается водяной системой охлаждения.

Газодинамический лазер по своему устройству подобен обычной газовой лазерной установке, но отличие его в том, что газ при номинальной температуре +10 000 °С подают через отверстие сопла Лаваля, в котором происходит его ионизация и превращение в лазерный поток ионов газа.

В промышленности, помимо газовых и твердотельных установок, применяют гибридные (комбинированные) лазерные установки. Они предназначены для соединения заготовок с толщиной стенок более 2 см.

Помимо стандартного перечня оснащенности, устанавливают электродуговую горелку и механизм с подачей заготовок в сварочную ванну.

Лазерная сварка труб является популярной и современной технологией, предназначенной для качественного и прочного соединения различных металлов. Однако прежде чем приступить к работе с таким оборудованием, необходимо внимательно ознакомиться с важными особенностями и технологическими принципами данного процесса, от этого зависит качество готового изделия. Кроме того, необходимо обладать определенными навыками, знанием и опытом.

Лазерная сварка

Основной принцип сварки заключается в том, чтобы расплавить основной и присадочный металл в месте самого соединения, чтобы они смогли образовать неразрывную связь. Сущность лазерной сварки практически полностью совпадает с данным принципом. Пусть она не так распространена, как остальные разновидности, но является востребованным в промышленности способом соединения, обладающим высокой точностью. Свое название данный метод получил благодаря тому, что соединение металла происходит путем воздействия лазера, который становится главным энергетическим источником. Лазерная сварка может использоваться для соединения как одинаковых, так и разнородных по составу металла заготовок. Активно ее используют в сварке электронной техники.

Процесс лазерной сварки металла

Такой способ появился в 60-х годах, после того как была изобретена лазерная установка, которая может воздействовать импульсами непрерывно. Здесь важно было обеспечить высокую концентрацию энергии, которая поможет достичь той температуры, которая требуется для расплавления металла. Диапазон допустимой толщины металла для соединения составляет от нескольких микрометров до нескольких сантиметров.

Лазерная сварка получила распространение в промышленности, чему способствовали ее положительные качества:

Для сварки не требуется механическая обработка металла;
После проведения процесса не нужны ни какие дополнительные правки;
Технология обладает высокой точностью, так что можно качественно соединять тонкие и детали со сложным фигурным швом;
В сравнение с другими методами соединения этот обладает высокой экологической безопасностью;
Метод обладает высокой производительностью;
Скорость сварки намного выше, чем у других вариантов;
Место соединения является достаточно тонким, поэтому, близлежащие к нему области основного металла минимально подвергаются тепловому воздействию.

Недостатки лазерной сварки

При всех положительных сторонах здесь есть ряд серьезных недостатков, благодаря чему технология так и остается узкоспециализированной:

Очень высокие цены на оборудование для проведения работ;
Высокая себестоимость самого процесса сварки;
Низкий коэффициент полезного действия, который достигает всего до 2%;
Подходит только для узкого спектра процедур.

Разновидности

Лазерная сварка трубопроводов и прочих видов соединений может производиться несколькими типами аппаратов. Твердотельный обладает короткими и более слабыми волнами. Он чаще всего работает в импульсном режиме, но иногда требуется применять и беспрерывный режим, хотя здесь он менее эффективен. Отличие в принципе работы заключается в том, что лазерное излучение проходит из твердотельного элемента, которым является стеклянный стержень. При этом включается неодим, гранат и рубин. Сам стержень располагается в камере, освещение которой происходит при помощи лампы накачки. Она создает световые вспышки. Данный тип техники используется для тонких электронных приборов и точечной сварки.

Газовый аппарат одинаково используется как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Он обладает более высокой мощностью, так как здесь применяются высоковольтные источники тока. В аппарате используется поперечный тип прокачки, что дает ему компактность размеров. В среднем, максимальная толщина сварки для таких моделей составляет до 2 см. В качестве активной среды здесь выступают газы.

Таким способом можно выделить еще две разновидности:

Импульсная лазерная сварка скапливает большое количество энергии, а затем все накопленное воздействует на место соединение за короткий промежуток времени. Данная технология отлично подходит для металлов, которые сильно подвержены деформациям. Воздействие силы происходит преимущественно на поверхность, так что исключается глубокое проникновение. Импульсные установки обладают более высокой стоимостью, чем непрерывные.

Импульсная лазерная сварка

Непрерывная лазерная сварка предназначена для создания сплошных швов, которые могут делаться не только поверхностно, но и глубокими. Зона проплавления почти не зависит от глубины и практически всегда остается узкой.

Технология

Лазерная сварка проводится путем воздействия лазерного излучения, сфокусированного пучком небольшого сечения. Частично этот пучок отражается от поверхности, но большая часть его проникает в основной металл. При проникновении происходит поглощение энергии, после чего металл нагревается и расплавляется, если достиг определенной температуры. Благодаря этому и формируется сварочный шов.

«Важно!
Уменьшение мощности зачастую происходит путем расфокусировки пучка, что не делает процесс более экономичным.»

Сварка производится в любом пространственном положении. Сварка производится при помощи дополнительных присадочных материалов, в качестве которых выступает сварочная проволока, порошок или лента. Условно технологию процесса можно разделить на:

Макросварку – когда толщина проплавления составляет более 1 мм;
Минисварку – когда толщина проплавления лежит в диапазоне 0,1-1 мм;
Микросварку – при толщине проплавления до 0,1 мм.

Для проведения процесса не нужно создавать условия вакуума. Также не стоит использовать газовую среду в качестве защиты, так как это может привести преломлению и экранированию лазерного луча. При воздействии на кромки, луч оплавляет их, благодаря чему получается припой из того же материала, что и сделана сама заготовка. Регулировка силы пучка зависит от его плотности, так что при высокой концентрации можно добиться максимально высокой тонкости, которая практически не достижима для других видов сварки. В большинстве случаев лазерная сварка является автоматическим процессом и, кроме как для настроек и установки деталей, человеческий труд не требуется.

Применение лазерной сварки во многом является безопасным процессом, так как человек не контактирует с ней непосредственно, как это происходит при ручной дуговой. Но здесь есть свой ряд особенностей, которые может привести к травмам, если не применять технику безопасности. Главным правилом является недопущение попадание на пути лазера посторонних предметов. Здесь очень тонкий луч обладает высоким уровнем энергии, так что человеческая рука или еще что-либо, может быть очень легко пропалена. Перед использованием установки всегда нужно проверять ее работоспособность и исправность, чтобы не возникло ни каких проблем. Вблизи не должны находиться ни какие легко возгораемые предметы.

Данный процесс должен проводиться согласно определенным стандартам. Определяющим здесь является ГОСТ 28915-91. В нем прописаны все данные, необходимые для качественной импульсной сварки лазером, точечных соединений, а также все типы получаемых соединений, их параметры и так далее.

Особенности лазерной сварки стали

Сначала происходит очищение поверхности металлической заготовки от окалин, грязи, ржавчины и прочих посторонних веществ. Не допускается, чтобы на стали находилась влага. Зачистка осуществляется при помощи щеток по металлу. После зачистки поверхность желательно обезжирить. Затем идет подгонка деталей под сварку, чтобы кромки плотно прилегали друг к другу. Зазор если и должен быть, то его берут минимальным, около 5% от толщины свариваемого металла. при сборке используются прихватки. Здесь лучше использовать стыковое соединение, а не нахлесточное.

Схема лазерной сварки

Сварка лазером относится к узкоспециализированным процессам. Ее технология является очень сложной, так как нужно знать множество нюансов самой техники. Дороговизна аппаратов делает ее трудно доступной для многих сфер, кроме тех, где она действительно востребована.

Читайте также: