Все о лазерной сварке

Обновлено: 20.09.2024

Лазерная сварка — это один из видов сварки плавлением с нагревом рабочей зоны энергией лазерного излучения. Она относится к термическому классу сварочных технологий и входит в одну группу с плазменной, дуговой и электронно-лучевой сварками.

Технология

Физические характеристики

Лазерная сварка металлов отличается от других видов сварочных технологий высокой плотностью энергии в пятне нагрева — до 1 МВт на кв.см. Это обеспечивает высокую скорость разогрева и охлаждения зоны сварного шва, что значительно уменьшает тепловое воздействие на околошовную зону. Поэтому сварочный процесс не вызывает структурных изменений материала, приводящих к разупрочнению, деформации и образованию трещин.

Размер пятна фокусировки промышленной установки может изменяться в пределах от 0,2 до 13 мм. Глубина проплавления материала прямо пропорциональна энергии излучения лазера, но также зависит от расположения фокальной плоскости луча. Во время сварочной операции зона расплавленного материала перемешается по заданной траектории вместе лазерным лучом, создавая по линии движения сварной шов. Он получается узким и глубоким, поэтому по своей форме принципиально отличается от сварных швов других сварочных технологий.

Виды и режимы лазерной сварки

Технология лазерной сварки включает два вида сварочного соединения: точечное и шовное. При этом промышленные установки могут генерировать два типа лазерного излучения: непрерывное и импульсное. При точечном соединении обычно применяют только импульсное излучение, а при шовном — как непрерывное, так и импульсное. Во втором случае сварной шов образуется путем перекрытия зон импульсного нагрева, поэтому скорость сварки зависит от частоты импульсов. Точечную сварку обычно применяют для соединения тонких металлических деталей, а шовную – для формирования глубоких сварных швов.

Гибридная лазерная сварка относится к сварочным технологиям, при проведении которых применяют присадочные материалы. В этом случае сварочное оборудование дополняется механизмами подачи проволоки, ленты или порошка. Присадочные материалы подаются в зону плавления синхронно с движением сварочной головки, а их толщина соответствует ширине сварного шва и диаметру пятна.

Технологические особенности

Скорость перемещения и энергетические режимы сварочного процесса зависят от ширины сварного шва, а также от вида и толщины свариваемых материалов. Например, стальные листы толщиной 20 мм свариваются газовым лазером со скоростью несколько сот метров в час. Этот показатель на порядок выше предельных характеристик электродуговой сварки.

Лазерная технология особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой. Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов. Это позволяет сваривать лазерным лучом титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является очень высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.

Состав и принцип работы сварочного оборудования

Все установки лазерной сварки состоят из следующих функциональных модулей:

технологический лазер;
система транспортировки излучения;
сварочная головка с фокусирующей линзой;
блок фокусировки луча;
механизмы перемещения сварочной головки и заготовки;
система управления перемещениями, фокусировкой и мощностью лазера.

В сварочном оборудовании в качестве генераторов излучения применяют два типа лазеров: твердотельные и газовые. Мощность первых лежит в диапазоне от десятков ватт до 6 кВт, а вторых – от единиц до 25 кВт. В твердотельных установках излучатель — это прозрачный стержень из рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом. А в газовых аппаратах — прозрачная трубка, заполненная углекислым газом или газовыми смесями.

Кроме излучателя в состав любого лазера входит система накачки, оптический резонатор, блок питания и система охлаждения. Генерируемый световой поток попадает через переднее зеркало оптического резонатора на систему зеркал, которая передает его на фокусирующую линзу сварочной головки.

Установки лазерной сварки выпускаются в разных компоновках: от традиционных портальных или консольных станков с рабочими столами и до роботов-манипуляторов с пятью степенями свободы. Управление сварочным оборудованием может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Если установка имеет систему ЧПУ, то выполнение сварочного процесса осуществляется в автоматическом режиме по заданной программе. В случае ручной лазерной сварки оператор с выносного пульта задает перемещения, скорости и параметры сварочного процесса.

Применение лазерной сварки

Основная область применения лазерной сварки — это передовые производства с инновационными технологиями. Наиболее широко ее применяют в микроэлектронике, приборостроении, авиакосмической отрасли, атомной энергетике и автомобильной промышленности.

В приборостроении и микроэлектронике с помощью лазера соединяют разнородные и разнотолщинные материалы диаметром от микронов до десятых долей миллиметра. Кроме того, лазерная технология позволяет сваривать элементы, расположенные на близком расстоянии от кристаллов микросхем, а также других чувствительных к нагреву элементов.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точеной сваркой кузовных элементов из тонколистовой стали. Для снижения веса в современных автомобилях все чаще применяют детали из алюминиевых и магниевых сплавов. Характерная особенность этих материалов — наличие у них поверхностной оксидной пленки с высокой температурой плавления. Поэтому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

В судостроении, оборонной промышленности, атомной энергетике и авиакосмической отрасли широко используются комплектующие из титана и титановых сплавов. Сварка титана — это одна из самых сложных задач для сварочного производства. В расплавленном состоянии титан обладает высокой химической активностью к кислороду и водороду, что ведет к насыщению зоны расплава газами и образованию холодных трещин. Лазерная сварка успешно справляется с этой проблемой при работе в защитной среде из газовой смеси на основе из аргона и гелия.

Лазерные установки применяют для сварочного соединения металлов с разными физическими свойствами. С их помощью сваривают сталь и медь с алюминиевыми сплавами, а также разнотипные цветные металлы. Новым направлением сварочных технологий является сварка лазером чугуна, которую применяют при производстве корпусов, элементов шестерен, запорной арматуры и других узлов и компонентов.

Стоимость лазерного оборудования снижается с каждым годом. Сейчас небольшие установки импульсной лазерной сварки доступны даже малому бизнесу и частным лицам. Они имеют небольшую мощность и их обычно применяют для резки, сварки и гравировки листовых материалов.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики;
высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева;
наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий;
отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей;
отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения;
химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды);
возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера;
возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами;
быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
высокое качество сварных соединений.

Основные недостатки:

высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих;
низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%);
зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки;
высокие требования к квалификации обслуживающего персонала;
особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Лазерная сварка является самой молодой из сварочных технологий — в промышленности она применяется только с конца семидесятых годов XX века. Сразу после своего появления она начала активно замещать традиционные методы сварки. Наибольшее распространение лазерная сварка получила в передовых производствах с инновационными технологиями.

В наше время лазерная сварка вышла далеко за пределы своего первоначального применения. Сейчас она используется не только в промышленности, но и в часовом производстве, при изготовлении и ремонте ювелирных украшений и даже при создании рекламных конструкций.

Аппараты для лазерной сварки: особенности и технические характеристики самых распространенных моделей

Для неразъемного соединения металлических и неметаллических деталей и поверхностей применяется лазерная сварка. Для такой сварки используются генераторы оптической энергии – лазеры. Сварка с применением лазера имеет целый ряд преимуществ перед обычной сваркой.

Преимущества лазерной сварки исходят из свойств используемого в сварочных аппаратах лазера. Основные свойства излучаемого лазером луча – это:

Благодаря высокой направленности луча, можно создавать высокую концентрацию энергии на определенном участке поверхности. Монохроматичность луча лазера позволяет создавать и использовать эффективные фокусирующие системы, работающие в узком диапазоне частот излучения лазера. Свойство когерентности луча позволяет усиливать его с помощью резонаторов, работающих в режиме резонанса.

Это позволяет создавать на небольшой площадке плотность энергии около 108 Вт/кв. см. Такая плотность энергии позволяет производить сварку металлов.

К недостаткам лазерной сварки можно отнести:

сложность сварочных аппаратов;
высокую стоимость станков и аппаратов;
малый КПД устройств.

Основные виды аппаратов

В зависимости от вида источника световой энергии аппараты для лазерной сварки делятся на два типа – на твердотельном и газовом лазерах.

В твердотельном лазере в качестве рабочего тела используется стержень из рубина, неодимового стекла или алюмо-иттриевого граната с неодимом (Nd:Yag) или иттербием.

Стержень помещается в световую камеру, а для его возбуждения используется импульсная лампа накачки. В результате работы лазер на твердом теле может генерировать мощность в 1-6 кВт. Энергии твердотельного генератора бывает достаточно лишь для сварки мелких деталей, например, для сварки выводов из золота или тантала, сварки катодов кинескопов.

Сварка аппаратами твердотельными лазерами позволяет обеспечивать точную дозировку энергии, в результате чего можно получить качественную сварку при обработке мелких деталей.

В лазерах с газовой накачкой в качестве излучающего тела используется газ, состоящий из смеси углекислого газа, азота и гелия. При прокачке такого газа в камере с помощью электрического разряда происходит возбуждение атомов газа и генерация энергии. Мощность газовых лазеров может превышать 20 кВт. Лучом такой мощности можно сваривать металл толщиной до 20 мм.

Наиболее мощными являются газодинамические лазеры. В таких приборах используется газ, нагретый до 1000-3000°С. Такой газ, перемещаясь в резонатор и охлаждаясь, испускает кванты световой энергии. Накачка генератора может осуществляться с помощью маломощного лазера или другого источника энергии. В результате лазер такого типа может генерировать луч мощностью в 100 кВт, что позволяет сваривать сталь толщиной до 35 мм с большой скоростью.

Лазерная сварка происходит в атмосферных условиях, что требует защиты получаемого шва от воздействия внешней среды. Для этого чаще всего используется газ аргон.

Кроме того, из-за высокой интенсивности луча происходит испарение металла и образование паров. Такая среда рассеивает и экранирует луч лазера. Для предотвращения появления плазмы для мощных лазерных сварочных аппаратов используется защитный газ, например, гелий. Поэтому чаще всего при сварке лазером подается газ, состоящий пополам из аргона и гелия.

Особенностью сварки лазером большой мощности является то, что луч постепенно проникает в глубину детали, оттесняя расплав к задней стенке. Благодаря этому, получается тонкий шов при глубоком проплавлении.

Высокая концентрация энергии позволяет сваривать детали с большой скоростью и обеспечением высокой прочности шва. При этом сокращается зона термического воздействия на материал, а также уменьшаются его сварочные деформации.

Оборудование для сварки лазером включает:

устройство, генерирующее лазерный луч;
систему фокусировки луча;
средство перемещения аппарата (или заготовки).

Установка для сварки может быть стационарной или мобильной. Стационарная установка устанавливается на производстве, и она неподвижна. Мобильная установка перемещается. На практике мобильная установка также довольно тяжелая и чаще всего для перемещения снабжена колесами.

В зависимости от мощности аппараты могут использоваться :

Для микросварки (глубина проплавления не более 0,1 мм).
Для минисварки (глубина проплавления от 0,1 мм до 1 мм).
Для макросварки (глубина проплавления свыше 1 мм).

Аппараты для сварки

Характеристики некоторых аппаратов и станков лазерной сварки приведены в таблице.

Наименование	Назначение	D, мм	Р, Вт	Рпот, кВт	W, дж	М, кг	Цена, руб.
Wizard.100.00, Италия	Для сварки и пайки	0,2…2	65	—	0,1…100	—	1594000
LaserStar T Plus	Для сварки протезов	0,3…2,3	60	—	60	55	2134000
CSHG300, Германия	Сталь, нержавейка	0,2…2	300	8	—	350	758500
TST-W200XT2	Углеродистая сталь, нержавейка	0,2…3	200	14	—	—	1216000
TST-W500L	Рекламные конструкции, сталь, сплавы	0,2…3	500	12	—	480	1475000
BULAT LRS-100, Россия	Сварка, наплавка, сталь, металлы	0,2…2	100	5	40	150	Цена по запросу
LK-GQHW-800, Китай	Нержавейка, AL, сплавы	0,2…1,8	800	6	180	100	$5000…15000

В таблице обозначены:

D – диаметр пятна луча, мм;
P – мощность излучения лазера, Вт;
Pпот – мощность, потребляемая установкой, кВт ;
W – энергия импульса излучения, джоуль;
M – масса устройства, кг.

Большая часть находящихся в продаже аппаратов для лазерной сварки в качестве источника излучения используют твердотельный лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом (Nd:Yag). Длина волны излучения у такого прибора λ=1,06 мкм.

Примерная стоимость аппаратов лазерной сварки на Яндекс.маркет

Лазер работает в непрерывно-импульсном режиме. При этом в большинстве аппаратов имеется возможность изменять как длительность импульсов, так и частоту их повторения. Таким образом регулируется плотность энергии, поступающей на место сварки.

Первые два прибора относятся к устройствам микросварки и предназначены для сварки мелких изделий. Например, аппарат LaserStar T Plus используется для сварки металлических каркасов зубных протезов. Такие аппараты имеют сравнительно небольшие размеры и вес. Например, аппарат LaserStar T Plus имеет вес в 55 кг и может быть размещен на столе. Поскольку оператору необходимо работать с мелкими деталями, то такие приборы снабжаются микроскопом с 10-16 кратным увеличением.

Следующие 5 станков имеют большие габариты и веса. Они могут сваривать сталь и другие металлы с глубиной от 0,1 до 2,8 мм.

При этом некоторые станки, такие, как CSHG300 или LK-GQHW-800, имеют специальную переносную головку, к которой по волоконному кабелю подводится излучение. Благодаря этому, оператор имеет возможность осуществлять сварку в труднодоступных местах.

В таблице приведены данные по станку для лазерной сварки LRS, выпускаемому российским ОКБ «Булат». Эта организация выпускает целую линейку станков, имеющие разные характеристики и различное назначение. К сожалению, эта компания по каким-то причинам не сообщает цену на свою продукцию.

На сайте приведены данные на большое количество различных китайских аппаратов для лазерной сварки. В таблице приведены характеристики на производимый компанией Shenzhen Radium Kang Machinery Eguipment аппарат для лазерной сварки типа LK-GQHW-800. Сравнительный анализ говорит о некотором завышении характеристик данного аппарата, использующего стандартный лазер на YAG:Nd, что объяснимо конкурентной борьбой. Для этого аппарата приведены ориентировочные границы цены. Для получения информации о конкретной цене на устройство необходимо обратиться в компанию.

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!

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.

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:

Читайте также: