Технология лазерной сварки металлов

Технология лазерной сварки металлов

Характерной особенностью такой сварки является то, что шов получается небольшим по ширине, но глубоким.

Почему так происходит? Потому что металлическая поверхность находится под высоким температурным воздействием, которое ограничивается по площади.

Помимо тонких швов, сварка также характеризуется мощным излучением и быстротой обработки.

Особенности и применение

Разделение на технические, технологические и физические особенности сваривания металлов прописано в ГОСТ 19521-74.

В свою очередь, характеристики физического характера делятся по классам:

1. Термический класс — подразумевает процесс сваривания металлов с использованием тепловой энергии и плавления;
2. Термомеханический – процесс осуществляется под давлением и с применением тепловой энергии;
3. Механический – используется механическая энергия и давление.

Лазерное сваривание также имеет свой ГОСТ, относится к первому классу.

Ее особенности в большей мере зависят от особенностей лазерного луча, таких, как направленность, монохроматичность, когерентность.

Благодаря этому луч может концентрироваться точечно и обрабатывать небольшие по площади поверхности. С помощью оптических систем происходит управление лазером.

Лазерная сварка имеет некоторые сходства со сваркой электронными лучами, перед которой имеет определенные преимущества, например, вакуумная среда для более эффективной работы не создается, а цена работ сваривания металла с помощью лазера сопоставляется с классическими способами.

Такой метод сваривания металлов нашел свое применение в автомобильном производстве, поскольку лазерная сварка позволяет экономить материалы, а также обеспечивает герметичность алюминиевого корпуса машины.

Также широко распространено сваривание труб лазером, благодаря своей точности и обеспечению герметичности труб.

Сваривание труб удобно в том плане, что установка сварки может находиться удаленно от непосредственного места соединения.

Чаще всего, лазер используется для сваривания проблемных металлов: нержавейки и алюминия.

Потому что при сваривании нержавеющих материалов и алюминия происходит их быстрое окисление, что в последствии ведет к образованию некачественных швов.

Лазерные лучи не допускают подобных дефектов, поскольку отличаются скоростью обработки поверхности.

Сваривание лазером подразделяется на точечное и шовное (см. видео).

Точечная сварка позволяет обрабатывать даже очень мелкие детали (менее 100 мкм), отвечает требованиям ГОСТ 28915-91. Точечная сварка применяется в создании электронной аппаратуры.

Тонкие материалы также подвергаются именно такому методу сваривания, но при этом необходимо выставить определенные параметры для того, чтобы плавление нержавеющих сталей не было глубоким.

Точечная сварка производится очень быстро.

Шовная – классический способ сваривания нержавеющих материалов, труб.

Как уже говорилось выше, шов при лазерной обработке получается очень аккуратным и небольшим. Дефектность шва проверяется по ГОСТ Р ИСО 5817-2009.

Оборудование, которое применяется для сваривания труб, нержавейки и других материалов, имеет свои разновидности и принципиальные отличия.

Промышленную сварку труб см. на видео.

Разновидности аппаратов

Для выполнения работы своими руками необходим аппарат сварки лазером, который должен отвечать требованиям ГОСТ.

В свою очередь аппарат делится на два вида: твердотельный и газовый:

• Твердотельный аппарат сварки отличается от газового длиной излучаемых волн, они короче, а мощность – слабее. Чаще всего встречается импульсный режим работы аппарата, но иногда он бывает импульсным и непрерывным. Работа протекает по следующей схеме: лазерное излучение происходит из стеклянного стержня (твердотельного активного элемента). При этом включается рубин, гранат алюмоиттриевый и неодим. Стержень располагается в специальной камере, которая освещается лампой накачки. Эта лампа создает световые вспышки. Применяют такое оборудование для обработки тонких электронных приборов, точечной сварки материалов из фольги, например, катодов кинескопа, которые используются в производстве телевизоров;
• Газовый аппарат может работать в непрерывном или импульсном режимах. Это более мощное оборудование с высоковольтными источниками тока. Аппарат с поперечным типом прокачки газа является компактным, при этом позволяющим сваривать металлы, толщина которых не превышает 20 мм. Аппарат более мощного типа – газодинамический, где горячие газы выступают в качестве активной среды.

Цена на такой аппарат очень различается, она зависит от производителя, от конкретного типа оборудования, его размеров и пр., но при этом остается очень высокой.

Импульсные и непрерывные лазеры

Импульсная лазерная установка отвечает требованиям ГОСТ 28915-91, применяется чаще непрерывной, поскольку при точечном воздействии импульсная установка дает лучший эффект.

Технология заключается в скоплении большого количества энергии и ее воздействии на предмет в течение короткого промежутка времени.

Такой метод сваривания, когда применяется импульсная установка, широко применяется при взаимодействии с металлами, которые легко подвергаются деформации, например, при использовании нержавеющих материалов.

При этом аппарат действует таким образом, что материал проплавляется только на поверхности, исключая сквозные отверстия.

Непрерывная лазерная сварка позволяет делать сплошной шов, который может различаться по глубине.

Эта технология подразумевает образование парогазового канала, который обрабатывает металлы различной толщины, а зона проплавления при этом остается узкой.

Надо сказать, что мощность непрерывного лазерного излучения записана в ГОСТ, должна отвечать всем требованиям согласно этому документу.

Цена на импульсные установки достаточно высока.

Особенности сварки различных металлов

Сваривание сталей, алюминия, титана имеет свои особенности, рассмотрим подробнее.

Сваривание сталей подразумевает обязательное очищение поверхности от коррозии, окалины, влаги и прочего.

Это необходимо для того, чтобы в процессе работы не возникало пористости и оксидных соединений.

Иногда из-за неочищенной поверхности в самом шве могут возникать холодные трещины, при сварке стальных труб это образование не допустимо.

Зачистка поверхности делается с использованием нержавеющих щеток не только в том месте, где будет располагаться шов, но еще и на прилегающей площади (10-15 см). Место сваривания сталей необходимо обезжирить.

Сварка нержавеющих сталей внахлест не рекомендуется из-за чувствительности материала к концентраторам напряжения, только в стык.

Лазерная сварка стальных труб – дело непростое, поэтому выполнять его своими руками не рекомендуется, лучше доверить его специалистам.

Магниевые сплавы и алюминий также имеет свои особенности.

Обычная сварка может сопровождаться испарением легирующих элементов и окислением поверхности.

Поверхность материалов обрабатывается механически, проходит травление, а впоследствии осветляется, промывается с помощью горячей воды, а перед сваркой зачищается шабером.

Магниевые сплавы соединяются без использования подкладок.

Соединение титана предполагает ряд сложностей:

• при высоких температурах материал становится химически активным веществом;
• когда температура при обработке титана начинает превышать 330 градусов, тогда можно увидеть рост зерна;
• могут возникать холодные трещины в самом шве из-за высокого уровня содержания водорода.

Все перечисленные трудности можно избежать при использовании лазерной сварки титана.

Перед рабочим процессом необходимо обработать поверхность титана: зачистить, можно использовать для этого пескоструйную обработку, химически затравить, обеспечить впоследствии осветление и промыть.

Для создания качественного шва на поверхности титана необходимо обработать его гелием. К сварке титана применим ГОСТ Р ИСО 5817-2009.

Ручная сварка

Сегодня можно приобрести станок лазерной сварки, работать на котором можно в домашних условиях, своими руками. Цена такого станка будет не слишком высока.

Благодаря ему, можно своими руками отремонтировать ювелирные изделия, подкорректировать оправу очков, обработать медицинское оборудование, своими руками произвести поверхностное уплотнение материалов, точечная спайка также имеет место быть.

Сварка своими руками предполагает более быстрое соединение материалов.

При этом необходимо учитывать, что лазер способен излучать видимые и невидимые лучи большой мощности.

Чаще всего, это невидимый инфракрасный луч, поэтому при работе с аппаратом необходимо соблюдать технику безопасности.

Оборудование для соединения материалов лазером должно быть оснащено крышками безопасности.

Что такое лазерная сварка?

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. Лазерная сварка заключается в использовании высокоэнергетических лазерных импульсов для локального нагрева материала на небольшой площади. Энергия лазерного излучения диффундирует в материал за счет теплопроводности, и материал плавится, образуя определенную расплавленную ванну, чтобы обеспечить настоящую сварку. Сварочный аппарат для лазерной сварки обладает такими преимуществами, как высокая скорость сварки, высокое соотношение сторон, малая деформация, высокая плотность, простота эксплуатации оборудования, пригодность для работы в различных условиях, возможность сварки специальных металлов с высокой температурой плавления, возможность одновременной и многократной обработки. Прецизионный лазерный сварочный аппарат предназначен главным образом для сварки тонкостенных материалов и прецизионных деталей, он может выполнять точечную сварку, стыковую сварку, сварку швом, герметичную сварку и т. Д., С высоким соотношением глубины, малой шириной сварного шва, небольшой зоной термического влияния, небольшой деформацией и высокой скоростью сварки. , Сварной шов является гладким и красивым. Его не нужно обрабатывать или просто обрабатывать после сварки. Сварочный шов имеет высокое качество, никаких воздушных отверстий, его можно точно контролировать, малое пятно фокусировки, высокую точность позиционирования и простоту автоматизации.

Состав и принцип работы сварочного оборудовани

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 лазер. 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.

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.

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.

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 ручной лазерной сварки

Волоконно лазерная сварка применяется для сварки металлических конструкций из листового и профильного металла (труб). Такая сварка отличается высоким качеством соединения различных металлов.

Преимущества лазерной сварки

• Идеальный сварной шов
• Высокий ресурс и отсутствие расходных материалов (кроме газа)
• Сварка без правок и дальнейшей механической обработки свраного шва
• Высокая производительность и скорость сварки
• Высокая экологическая безопасность по сравнению с традиционной сваркой
• Минимальные температурные поводки и коробление металла (в сравнении с другими методами).
• Возможность сварки двух разных материалов

Принцип работы

Сущность лазерного процесса сварки состоит в следующем: лазерное излучение направляется в систему фокусирующих линз и фокусируется в пучок. Дальше луч направляется на свариваемые детали, нагревает и расплавляет металл, формируя аккуратный сварной шов.

Свариваемые материалы не подвергаются чрезмерным нагревам в следствии чего не происходит их деформация и сохраняется геометрия изделия. Стоит также отметить что, даже малоопытные сварщики использующие оптоволоконные ручные лазерные аппараты показывают высокую эффективность и качество в сварке металлоконструкций, фитингов и т.д.

Лазерную сварку производят сквозным и частичным проплавлением в любом пространственном положении. Волоконная сварка проводится непрерывным излучением. При сварке изделий малых толщин от 0,05 до 1,0 мм сварка проходит с расфокусировкой лазерного луча.

В последнее время широкое распространение получили сварочные головки с сканаторными системами формирующие так называемый воблинг шов. За счет поступательно вращательного движения лазерного луча формируется равный широкий сварочный шов. Такие головки, как WSX ND18, позволяют регулировать его ширину от 0-4мм.

Как и в традиционной сварке, в лазерной также используют присадочных материалы (проволока диаметром около 1,5 мм, лента или порошок). Присадка увеличивает сечение сварного шва. Для подачи проволоки в зону сварки используют автоподатчики с регулировкой скорости подачи. Лазерная сварка разделяется на три вида: микросварка (толщина или глубина проплавления до 100 мкм), мини-сварка (глубина проплавления от 0,1 до 1 мм), макросварка (глубина проплавления более 1 мм).

Оборудование

Лазерный сварочный аппарат состоит из следующих компонентов.

1. Лазерный источник.
Мы поставляем три бренда лазерных источников излучения: IPG, Raycus или MAX.
Важно правильно подобрать мощность лазера. Диапазон мощностей для ручной сварки составляет от 500 до 2000 Ватт. Для комфортной сварки нержавеющей стали лучше использовать лазерный излучатель не 1500 ватт.

2. Водяной чиллер.
Для охлаждения источника излучения и лазерной головки используется водяной охладитель жидкости — чиллер. Этот аппарат сам регулирует температуру охлаждающей жидкости и отключает станок если он выходит за рамки рекомендуемых параметров.

3. Сварочная головка.
В составе сварочных аппаратов мы используем лазерные головки производства Hanwei и WSX. WSX головки обладают дополнительными параметрами настройки, меньшими габаритами и весом, а самое главное возможностью регулировки сварного шва и отключение воблинг эффекта. Отключение воблинга позволяет производить резку металлов сварочным аппаратом установив специальное сопло.

4. Контроллер управления лазерным источником.
Контроллер управления представляет собой микрокомпьютер с понятным интерфейсом на английском или русском языке. С помощью тачскрина Вы можете настроить мощность изучения, частоту, подачу газа и другие необходимые параметры.

5. Сварочный газ Аргон.
Газ необходим не только для поддержания хорошей свариваемости материалов, но и для защиты оптического тракта от копоти и нагара.
Используйте только высокоочищенный газ для сварочных работ. Это увеличит ресурс защитных и фокусирующих линз, ресурс самого лазерного излучателя и повысит качество сварного шва.

Технология сварки при помощи лазера — как работает, где используется, ее особенности

Отличным способом объединения стекла с металлом является метод сварки лазером. При его содействии становится допустимой мгновенная и изящная металлическая сварка.

Есть автоматический и полуавтоматический способы выполнения работы. При использовании таких режимов образуется основательный шов.

Далее вы узнаете, что такое лазерная сварка и какие плюсы и минусы она имеет.

Общие сведения

Сваривание происходит при помощи специального оснащения. Автоматический режим работает без участия человека, полуавтоматический под надзором сварщика. Второе название этого способа «сварка лазерным лучом», так как луч греет и плавит металл.

Она имеет параметры, разрешающие соединять элементы между собой. Лучевой пучок располагается в определенной зоне. На маленьком кусочке сосредотачивается значительная энергия и происходит оплавление элемента.

Ее хватает для моментальной сварки элементов значительной толщины. «Квант 15» — одно из лучших лазерных устройств. Его нередко применяют для сваривания разных элементов, имеющих толщину до 3 мм.

Дантисты используют этот прибор для разработки протезирования. При его содействии осуществимо сваривание нержавейки. Существует 2 типа аппаратов: твердотельные и газовые. Есть еще третий тип сваривания, называемый лазерно-дуговой.

Она имеет все функции обоих способов соединения металлов. Аппарат нечасто используют в быту, поэтому заострим наше внимание на двух видах сваривания.

Использование твердотельного лазера

Твердотельный лазер применяют с электродами специального назначения. Они бывают рубиновые, стеклянные, с добавлением неодимов.

На рисунке ниже вы можете рассмотреть подробную схему. Мощность этого прибора не более 6 кВт. В связи с этим, твердотельные лазеры применяют для сваривания деталей небольшой толщины.

Этот лазер допускает сварку золотых элементов, нихрома, тантала. Становится реальным расплавить проволоку толщиной до 1 мм. Также допустимо точечное сваривание фольгированных деталей.

Использование газового лазера

Газовые лазеры сильнее твердотельных, следовательно, область их использования больше. Здесь аргон заменяют электроды. На рисунке ниже изображена подробная схема. Большие размеры и вес являются большим минусом таких лазеров.

Однако за увесистым каркасом прячется мощность, которая достигает 20 кВт. Это означает то, что аппарат способен сваривать элементы, не снижая темп (средняя скорость сваривания составляет 60 м в час).

Самыми внушительными лазерами являются газодинамические. Нужно подогреть газ до ультравысокого давления, для того, чтобы он функционировал. Аппарат варит металл при скорости 200 м в час и производит 100 кВт.

Их применяют исключительно на огромных предприятиях.

С такой установкой можно выполнять сварку: алюминия; нержавейки; стекла. Область использования этого оборудования весьма внушительна. Однако необходимо учитывать важную деталь.

Во время сварки лазером сварочную область необходимо оградить от кислорода, так как шов может образоваться некачественным. Так как металл мгновенно испаряется, то пучок света рассеивается очень быстро.

Чтобы не допустить этого, необходимо делать подачу газа, угнетающего плазму. Для этого часто применяют гелий, так как он не является барьером для аргона и не позволяет лазеру рассеиваться.

Профессионалы задействуют в процессе соединение аргона и гелия в равной пропорции, одновременно реализовывая 2 опции: защитную и подавляющую.

Достоинства и недостатки

Точность — главная прерогатива лазерной сварки. Эти аппараты никогда не делают ошибок, при их содействии проецируете луч в нужную вам область и допустимость погрешности сводится к минимуму.

Даже при работе с крошечными элементами. В то же время соединение остается отличного качества.

Лазеры, задействующие газ, сваривают детали, формируя аккуратный шов. Благодаря этой привилегии они не изменяют свою форму даже под действием запредельных температур, так как область повышенного теплового давления спроецирована в одну область.

Следующая функция недоступна некоторым сваркам. Луч можно навести с дальней дистанции, что весьма комфортно в малодоступных участках. Приведем пример: есть прибор, который может устранять неисправности в трубопроводах, располагаемых под водой.

Это допустимо при задействовании отражающих поверхностей. Прямой луч можно отразить в нужном вам направлении. Это дает возможность сварки в самых непредсказуемых местах.

Вершина профессионализма — сваривание нескольких деталей в одно и то же время, применяя для этой цели одну установку.

При выполнении этой цели применяют призму, рассеивающую луч и распределяющую его в нескольких направлениях. Становится возможным сокращение затрат при сварке и происходит увеличение продуктивности.

Единственным минусом является высокая ее технологическая сложность и высокая цена. Не все мастера оценят достоинства оборудования и захотят освоить нужную технику.

Подведем итог

Если вы действительно хотите усовершенствовать свое мастерство, то вам необходимо освоить метод электросварки лазером.

Вы сможете без особых усилий объединить металлы любых размеров, вам будет доступна мгновенная и высококачественная сварка алюминия и нержавейки.