Лазерная сварка. Общая информация

Лазерная сварка. Общая информация.

Процесс лазерной сварки: на переднем плане трубка подачи защитного газа, в центре кадра зона воздействия лазерного излучения на металл, виден газовый факел испарения металла

Лазерная сварка — технологический процесс получения неразъемного соед инения частей изделия методом местного расплавления металлов средством нагрева по примыкающим поверхностям.

Источником нагрева сплава является излучение лазера. Когда лазерный луч попадает на сплав, энергия излучения поглощается, сплав греется и плавится. В итоге такового плавления и следующей кристаллизации возникает крепкое сцепление, которое именуется сварной шов. Такое сцепление основано на межатомном содействии в сплаве.

Таковым образом, лазерная сварка относится к способам сварки плавлением.

Как и хоть какой технологический процесс лазерная сварка имеет свои достоинства и недочеты. К главным преимуществам лазерной сварки можно отнести: локальность обработки материала, высочайшая производительность, технологическая упругость и удобство.

Локальность обработки материала

В локальности обработки заключается ключевое преимущество лазерной сварки. Лазерный луч можно сфокусировать в пятно поперечником до 0,1 мм. В таком небольшом пятне может концентрироваться высочайшая энергия в весьма маленький просвет времени. Иными словами, при высочайшей плотности мощности излучения и маленьком времени облучения сплав греется лишь в зоне лазерного излучения. Это значительно уменьшает размер сварочной ванны (пространство плавления сплава при нагреве), что дозволяет созодать сварные швы и точки существенно меньше по размеру (ширина шва либо поперечник точки), но с большей глубиной проплавления, чем при с помощью остальных технологий сварки металлов (дуговая и контактная сварка).

Не считая того, маленький размер сварочной ванны, маленькая ширина шва и относительно большая глубина шва, также твердый тепловой цикл с высочайшими скоростями нагрева и остывания дает возможность при лазерной сварке уменьшить зону теплового воздействия и, как следует, понизить деформации деталей в целом и понизить эффект фазовых и структурных перевоплощений в околошовной зоне, приводящих к разупрочнению материала, трещинообразованию и т.п.

Также малый размер сварочной ванны и специфичная для лазерной сварки форма шва облагораживают условия кристаллизации расплавленного сплава и, как следует, облагораживают крепкость сварных соединений.

Таковым образом, преимущество лазерной сварки в локальности обработки материала дозволяет:

  • проектировать детали наименьшего размера, расширить ассортимент деталей со сварным соединением, беря во внимание только небольшой сварной шов при лазерной сварке;
  • обрабатывать детали маленького размера;
  • упростить оснастку и технологию сварки неких деталей;
  • производить сварку в недоступных местах, к примеру в ложбинках гофрированных конструкций и т.п.;
  • сберегать сплавы, сварочные материалы;
  • лазерная сварка фактически исключает необходимость обработки сварного шва.

Высочайшая производительность

Производительность процесса сварки определяется скоростью его проведения. Лазерная сварка дозволяет прирастить скорость сварки в 10-15 раз по сопоставлению с классическими способами сварки плавлением (к примеру, дуговая сварка).Так лазерная сварка непрерывным излучением может происходить со скоростями до 10 м/мин. Время получения одной точки при импульсной лазерной сварке может составлять 10 -2 — 10 -3 с, что на порядок резвее, чем, к примеру, при контактной сварке.

Технологическая упругость и удобство

Разработка лазерной сварки владеет гибкостью и удобством внедрения.

Во-1-х, оборудование для лазерной сварки просто поддается автоматизации и роботизации. Лазерную сварку можно производить в разных пространственных положениях. Вероятна сварка как с перемещением изделия под лазерным лучом, так и с перемещением лазерного луча (лазерной сварочной головки) над и вокруг недвижного изделия. Возможность передавать лазерное излучение по световоду (кварцевое волокно, Nd:YAG лазеры, волоконные лазеры) дозволяет создавать наиболее малогабаритные сварочные головки, доставлять излучение в недоступные места и наращивать место перемещения сварочной головки. В целом лазерное оборудование компактнее оборудования, основанного на обычных способах сварки.

Во-2-х, для воплощения лазерной сварки не требуется неотклонимого наличия вакуумных камер либо камер с контролируемой атмосферой, нужных, к примеру, для электронно-лучевой сварки, которая почти во всем может поменять лазерную сварку. Отсутствие таковых камер снимает ограничение на размер свариваемых деталей.

В-3-х, лазерную сварку можно проводить не только лишь в недоступных местах, да и через прозрачные среды в замкнутых размерах, что соединено со специфичностью лазерного излучения.

В-4-х, лазерное излучение дозволяет обрабатывать сплавы, которые с трудом поддаются обработке обыкновенными способами сварки. К примеру, феромагнитные стали с трудом поддаются электронно-лучевой сварке из-за отличия электрического луча магнитным поле от стыка соединяемых деталей.

В-5-х, можно гласить о чистоте процесса лазерной сварки. К примеру, отсутствие электрода, близко размещенного к поверхности свариваемых деталей и поверхности сварного шва, исключает попадание в нее посторонних материалов, что имеет пространство при дуговой сварке.

Интересно почитать:  Что такое катет шва при сварке

Говоря о недочетах технологии лазерной сварки, можно выделить последующие моменты.

Стоимость оборудования для лазерной сварки и технологической оснастки

Установка для лазерной сварки — непростой устройство, состоящий из нескольких технических систем (лазер, оптическая система, система перемещения и т.п.). Независимо от уровня развития технологии его стоимость будет существенно превосходить стоимость оборудования, основанного на обычных способах сварки.

Низкая энергетическая эффективность лазерной сварки

КПД лазерных установок для сварки в силу технических особенностей лазеров изредка когда превосходит 10 %.

Сложность в обслуживании оборудования

Как говорилось выше, лазер — это непростой устройство, его сервис просит высочайший уровень технической подготовки персонала.

При написании статьи использовались последующие материалы:
1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки:
Учеб. пособие для вузов/под ред. А.Г. Григорьянца. — М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006
2. Айхлер Ю., Айхлер Г.И. Лазеры. Выполнение, управление, применение Москва: Техносфера, 2012

Лазерная сварка

Соединение нержавеющих сталей удачно делается аргоновой сваркой либо полуавтоматами. Но если требуется выполнить шов на весьма узком сплаве, то тут эти аппараты наименее удобны. Передаваемая температура от электронной дуги или расплавит узкий материал на сто процентов, или деформирует поверхность изделия. В схожей ситуации наилучшим вариантом является лазерная сварка сплава. Она дозволяет сделать узкий шов с наименьшим температурным действием на изделие. В чем сущность этого способа? Каковы его достоинства и какими аппаратами он осуществляется?

svarka

За счет что происходит сваривание лазером?

Лазерная сварка — это процесс расплавления кромок сплава особым лучом. Крайний выходит от источника света, в каком возбужденные атомы источают фотоны — четкие копии собственных прототипов, не поглощая их. Разница энергии меж уровнями этих атомов увеличивает свет. Это явление именуется индуцированное излучение.

Приобретенный узконаправленный поток перевоплощенного света различается неизменной длинноватой волны и данным колебанием векторов (поляризацией). Конкретно им может быть плавить кромки металлов. Такое свечение может подаваться в зону сварки импульсно, когда сила энергии добивается пика, либо же повсевременно, но с наименьшей силой действия.

Для концентрации и направления луча употребляется особая оптика, состоящая из прозрачных и полупрозрачных зеркал. Сварка может происходить за счет расплавления кромок материала, или с добавлением присадочной проволоки. В гибридных версиях сварки присадочный материал может создавать к тому же электронную дугу, плавящую краешек проволоки, которую сфокусированный пучок энергии лазера укладывает в шов. Защищает сварочную ванну инертный газ, которым в этом случае выступает гелий и его консистенции с аргоном. На видео приметны все главные элементы процесса: источник излучения, канал для подачи проволоки с боку, сопло для продувки газом.

Применение лазерной сварки

Сварка металлов лазером интенсивно употребляется для соединения легированных сталей, в особенности алюминия, титана и нержавейки. Сфокусированный пучок преображенного света способен расплавлять сплав шириной от 0,1 до 10 мм. Это дозволяет сваривать как обычные пластинки, так и тоненькие элементы. Благодаря этому лазерные установки отыскали обширное применение в электротехнике.

Способность создавать тонкие, и осторожные швы, отразилась на использовании лазера в ремонте ювелирных украшений и оправ очков. Для этого употребляют настольные установки, где обозначена точка действия луча. Мастер подносит изделие под эту точку и включает подачу энергии. Происходит точечная сварка.

В индустрии лазер применяется в сваривании частей каров либо коррозионно-устойчивых труб. Для этого выпускаю особые большие установки, располагаемые на креплениях. Как можно увидеть на неких видео, сварка на таковых постах производится подводом изделия под головку лазера и включением оборудования. Если требуется сделать беспрерывный круглый шов, то употребляются доп автоматические приспособления, крутящие изделие во время сварки.

Большая часть таковых аппаратов создано для ведения ровненьких линий шва. Если пластинки разрезаны неровно, либо специально требуется волнистое соединение, то чтоб не вести шов в ручную, используются шаблоны, форма которых соответствует полосы сварки. Головка аппарата буквально повторяет данные повороты и на сто процентов автоматизирует процесс.

Достоинства сварки лазером

У лазерной сварки есть ряд неопровержимых преимуществ, которые выделяют ее на фоне остальных методов соединения методом плавления:

  • сварка методом действия лучом энергии на кромки сплава дозволяет получать весьма узенький, но высочайший шов, по сопоставлению с плодами от полуавтомата либо аргоновой сварки;
  • способ обеспечивает глубочайший провар, но не оставляет наплывов с оборотной стороны;
  • узенькое действие света не дозволяет перенагреваться всей поверхности изделия, что сохраняет целостность его форм и ровность линий;
  • работа ведется на завышенных скоростях и улучшает весь производственный процесс;
  • благодаря лазеру можно соединять такие тонкие элементы, которые неподвластны аргоновой сварке;
  • сохранность при ведении работ за счет отсутствия широкой зоны распространения тепла (возможность вести некие операции по сварке даже без защитных перчаток);
  • легкая обучаемость способу сваривания.
Интересно почитать:  Сварка нержавейки электродом в домашних условиях инвертором

Как показано на неких видео, работу лазерной сваркой можно проводить за столом. Так как головка аппарата находится на кронштейне, то почти всегда обе руки сварщика свободны, что дозволяет удобнее задерживать и направлять изделие. Там, где применяется ручная сварка, ручка устройства достаточно узкая, что не перегружает руку рабочего.

Применяемое оборудование и процесс сварки

Установки, дозволяющие варить лучом усиленного света, независимо от размеров оборудования, бывают 2-ух типов: твердотельные и с внедрением газа. Их механизм работы с сплавом похож, но различаются методы преобразования света в энергию. Разнятся они и по КПД, что влияет на их применение в жизни.

Твердотельные установки

На видео можно увидеть, что одни аппараты варят лазером беспрерывно, а остальные импульсно. 1-ый вид сварки производится устройствами, в базе которых находится жесткий стержень. Нередко употребляют розовый рубин. При пропуске света через который ионы освобождают собственный припас энергии. Концы стержня напыляются серебром, которое интенсивно отражает свет. В итоге такового зеркального эффекта ионы направляются по спирали, вокруг стержня. Их движение закручивается и к нему продолжают подключаться новейшие ионы. Перевоплощенный свет с усиленной энергией проходит через ряд стекол и фокусируется линзой в пучок. Головка аппарата направляет этот луч на свариваемые поверхности. Подача лазера ведется безпрерывно, что дозволяет сваривать тонкие элементы. Но для соединения наиболее толстых деталей требуется концентрация энергии. Потому были придуманы остальные установки.

Газовые аппараты

Для сварки лазером, где требуется глубочайшая проплавка, разработали другой метод преобразования света. Начальным источником в их служит трубка с газом. С каждой стороны резервуар закрыт зеркалами. Находящиеся снутри электроды создают разряд, который вызволяет электроны в газе. Происходит копирование фотонов с усилением энергии атомов. Линзы направляют поток света на изделие. Подача напряжения импульсом способствует наибольшей концентрации энергии на выходе. Благодаря этому вероятна сварка металлов шириной до 10 мм.

Гибридные установки

Чтоб проводить сваривание толстых деталей и изделий с зазором, требуется доп присадочный материал. Для этого употребляют подачу проволоки, которая зажигает электронную дугу. Это дозволяет заполнить место меж пластинами и сделать высочайший сварочный шов. Ванна защищается обдувом инертного газа через закрепленное рядом с лазерной головкой сопло. На видео приметно, что процесс осуществляется весьма слажено: проволока плавится по полосы соединения, а лазер сформировывает из нее шов.

Сварка лазерными установками производится на столе либо подставках от аппарата, в последующей последовательности:

  • сплав принципиально очистить от окалин, масла либо воды;
  • детали нужно подогнать в стык плотно;
  • производится хим травление сплава;
  • головка аппарата подносится к полосы начала соединения и запускается клавиша;
  • требуется неизменное слежение за попаданием луча в зону стыка.

Сваривание усиленной и перевоплощенной световой энергией дозволяет получать крепкие и прекрасные швы, что в особенности принципиально на тонких железных изделиях. При всем этом обеспечивается высочайшая скорость работы и сохранность сварщика. Конкретно потому данный вид сварки получил обширное применение в индустрии и ремонтных мастерских.

Лазерная сварка

Лазерная сварка – процесс, предполагающий соединение деталей с помощью лазерного излучения. На поверхности часть луча отражается, а часть проходит вовнутрь, что приводит к нагреву и плавлению материала, формированию сварного шва.

Механизм работы лазерной сварки

Индивидуальности лазерной сварки

Разработка употребляется при работах с титаном, титановых, дюралевых, магниевых сплавов, различных марок стали. Лазерный луч владеет четкой направленностью, что прибыльно выделяет его на фоне пучка света. Это обосновано тем, что он монохроматичен и когерентен. Лазер сосредотачивает всю термическую мощность, которая будет нужно при соединении деталей конкретно в пятно малого поперечника в месте обработки. Такие индивидуальности лазерной сварки разрешают соединять элементы фактически неприметным швом.

Работы не требуют наличия вакуума и могут производиться в атмосфере. Часто защита сварочной ванны производится аргоном. Но этот газ при содействии с сплавами и лазером вызывает не только лишь расплав сплава, то и его испарение. В итоге луч может экранировать, уходя от данной линии движения, приметно снижая точность и свойство шва. Исключить таковой процесс помогает доборная подача в рабочую область гелия. Этот газ подавляет возможное плазмообразование, предотвращая улетучивание сплава. В итоге лазерная сварка, описание процесса которой мы лишь что привели, дозволяет получать совершенно узкий, ровненький шов. Процесс автоматизирован и может проходить как с частичным, так и со сквозным проплавлением.

Интересно почитать:  Тип шва сварного соединения

Виды и режимы лазерной сварки

Лазерная сварка подразумевает получение 2-ух разновидностей сварочного соединения: шовное и точечное. Установки промышленного уровня способны генерировать непрерывные и импульсные лучи. 1-ые используются для получения как точечных, так и шовных соединений. С помощью импульсного излучения получают лишь точечные швы. При всем этом скорость работ пропорциональна частоте генерируемых лазером импульсов. Точечная разработка получила распространение при соединении тонких железных частей и реализуется вручную. Шовная в большей степени производится аппаратным способом и дозволяет сформировывать глубочайшие сварные соединения.

Исходя из применяемого оборудования и материалов сварка лазером сплава бывает:

  1. Твердотельной.
  2. Газовой.
  3. Гибридной.

Твердотельная

В твердотельных лазерах активным элементом являются стекло либо алюмоиттриевый гранат с добавлением неодима, рубина. Их работа активируется под действием светового потока, излучаемого криптоновыми светильниками завышенной мощности. Предусмотрена возможность работы таковых лазеров как в непрерывном, так и в импульсном режиме. В истинное время более популярны волоконные лазерные источники. Они владеют высочайшей мощностью и ординарны в эксплуатации.

Газовая

Тут употребляют газовые консистенции. Это соединения азота, гелия, углекислого газа. Смесь подается в рабочую область под давлением 2,6-13 кПа. Активируются действующие вещества электронным разрядом. Гелий и азот гарантируют размеренную передачу энергии частицам углекислого газа, обеспечивая рациональные условия для поддержания горения разряда.

Гибридная

Гибридная разработка получения сварных швов соединяет воединыжды дуговую сварку – сварку железным электродом в активном газе либо в инертном газе с лазерной сваркой. При всем этом возрастает подводимая термическая мощность, что дозволяет производить сварку прочных сталей, неосуществимую иными способами.

Достоинства и недочеты технологии

Лазерная сварка, как и остальные технологии, имеет достоинства и недочеты.

К плюсам сварки лазером относят:

  • Есть возможность дозировать поток энергии, подаваемого в рабочую зону. Спектр регулировки довольно широкий. Таковая изюминка дозволяет получать высококачественные сварные соединения деталей разной толщины и конфигурации.
  • Большая глубина оплавления при наименьшем горизонтальном распространении теплового повреждения. Эта изюминка технологии дозволяет употреблять ее при работах с весьма маленькими деталями, а именно в радиотехнике.
  • Возможность использования для получения сварных швов в недоступных местах. Это достигается системой зеркал, способных управлять лазерным лучом, меняя его направление. Эта разработка обширно употребляется при работах на подземных либо подводных коммуникациях. Вовнутрь трубопровода помещается особый постамент, а управление действием идет снаружи с помощью радиопередатчика.
  • Высочайшая точность и свойство работ. Отличия от допустимых размеров малые при соединении как маленьких, так и крупногабаритных деталей. Сварка производится без правок и не просит финальной механической обработки. Процесс сопровождается минимальными температурными поводками и короблением материала.
  • Высочайшая эффективность и скорость работ. Сварной шов железного листа шириной 20 мм производится со скоростью 100 м/час и за 1 подход. Для сопоставления: аналогичный шов с внедрением электронной дуговой сварки делают со скоростью 15 м/час за 5-8 подходов.
  • Экологическая чистота процесса. При работах не выделяется никаких небезопасных веществ, способных нанести вред человеку либо окружающей среде.

Из недочетов отмечают низкий КПД. Работы требуют высочайшей квалификации персонала.

Применение сварки лазером

Сваривать лазерным лучом можно детали различных габаритов, но наибольшее применение разработка получила при работах с материалами маленький и средней толщины: 5-10 мм. Область использования данного вида сварки:

  • соединение деталей, форма и размеры которых не должны значительно изменяться в процессе;
  • изготовка большой конструкций низкой жесткости при наличии швов в недоступных местах;
  • при работах с трудносвариваемыми элементами, разнородными материалами; соединение тонких пластинок, пленок, проводов и остальных просто деформирующихся деталей;
  • в работах с материалами, отлично проводящими тепло.

Наибольшее распространение разработка сварки лазером получила при производстве электрических изделий, в радиоэлектронике, приборостроении, машиностроении, часовом приборостроении, медицине, механике и пр.

Компания АО «ЛЛС» дает оборудование для лазерной сварки по неплохим ценам и с надежными гарантиями. А это залог высочайшего свойства выполненных работ. За уточнением деталей сотрудничества обращайтесь к менеджерам по телефону либо через онлайн-форму.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector